СИСТЕМА ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ СТОЛКНОВЕНИЙ РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ ГРУЗОПОДЪЁМНЫХ МАШИН С ПЕРЕСЕКАЮЩИМИСЯ ЗОНАМИ ОБСЛУЖИВАНИЯ

Полезная модель относится к области подъемно-транспортного оборудования и может быть использована в системах управления и защиты от перегрузок и повреждения грузоподъемных машин.
В настоящее время одним из направлений повышения безопасности выполнения работ на строительном участке является использование систем предотвращения столкновений рабочего оборудования грузоподъемных машин с пересекающимися зонами обслуживания.
Известна, в частности, антиколлизийная система "SMIE-AC30" (Франция) для предотвращения столкновений грузоподъемных кранов. Система "SMIE-AC30" содержит установленное на каждом кране устройство безопасности крана, включающее в себя цифровые датчики параметров крана, информационно-управляющий модуль с цифровым вычислителем (микропроцессорный блок обработки данных), дисплей и исполнительный блок. Информационно-управляющие модули кранов связаны между собой кабелем или радиосвязью, образуя совместную сеть для обмена информацией о положении, движениях и нагрузке оборудования кранов. Система реализует способ управления и защиты от столкновений кранов, включающий измерение на каждом кране аналоговых и/или контроль дискретных рабочих параметров крана, характеризующих пространственное положение крана и/или его оборудования, преобразование измеренных и контролируемых параметров в цифровые кодированные сигналы, передачу этих сигналов по беспроводной линии связи в информационно-управляющий модуль устройства безопасности крана, и обмен информацией между информационно-управляющими модулями, установленными на каждом из "n" работающих в группе башенных кранов, о положении, движениях и нагрузке его оборудования (Дана Рафчикова. Антиколлизионные системы "SMIE- АС30" защиты кранов. Журнал "Подъемные сооружения. Специальная техника". 2001, №4).
Система "SMIE-AC30" повышает безопасность выполнения грузоподъемных работ за счет использования информации о состоянии других кранов для предотвращения столкновений между ними. Однако данное техническое решение может быть реализовано только в новых разработках систем предотвращения столкновений грузоподъемных кранов, в которых заранее предусматривается возможность соединения информационно-управляющих модулей между собой кабелем или радиосвязью. При этом известная система обладает недостаточной ремонтопригодностью, так как выход из строя приемо-передающего устройства, входящего в состав информационно-управляющего модуля, вызывает необходимость полной замены последнего с последующей настройкой прибора безопасности на кране и считывания информации с регистратора параметров крана.
Наиболее близкой к заявленной полезной модели по совокупности существенных признаков является система предотвращения столкновений рабочего оборудования грузоподъемных кранов с пересекающимися зонами обслуживания, содержащая установленные на грузоподъемных кранах приборы безопасности, включающие в свой состав различные модули (электронные блоки и датчики). Каждый модуль системы безопасности содержит модем (приемо-передающее устройство), микроконтроллер и источник питания. К микроконтроллеру, в зависимости от назначения модуля, могут быть подключены цифровые или аналоговые датчики (первичные преобразователи) или органы управления и/или исполнительные устройства. Датчики (первичные преобразователи) и органы управления могут быть как встроенными в модуль, так и выполненными автономными и подключенными к нему. Модули соединены между собой с помощью беспроводной цифровой линии связи. Модем содержит, в частности, приемник, передатчик, цифровой трансивер, генератор, контроллер последовательного интерфейса, буферное оперативное запоминающее устройство, управляющую логику и схему управления энергопотреблением (RU 2282576 С2, B66C 13/18, 27.08.2008).
Описанный в патентном документе RU 2282576 С2 способ беспроводной передачи информации в системе безопасности грузоподъемного крана обеспечивает возможность обмена данными между информационно-управляющими модулями, установленными на каждом из "n" работающих в группе грузоподъемных кранов, о положении, движениях и нагрузке его оборудования, что повышает безопасность выполнения грузоподъемных работ за счет использования информации о состоянии других кранов для предотвращения столкновений между ними. Однако данное техническое решение, также как и описанное выше, может быть реализовано только в новых разработках систем предотвращения столкновений грузоподъемных машин, в которых заранее предусматривается возможность соединения информационно-управляющих модулей между собой с помощью беспроводной линии связи, и поэтому не может быть использовано для оснащения парка грузоподъемных машин, оснащенных в настоящее время приборами безопасности с кабельной линией связи датчиков параметров грузоподъемной машины с микропроцессорным блоком обработки данных.
Известно, что для обеспечения требуемой надежности и помехозащищенности протоколы передачи данных по проводным и по беспроводным каналам имеют совершенно разную структуру, кодировку и методы контроля правильности обмена и способы обеспечения помехозащищенности, обусловленные именно особенностями среды передачи сигнала - по проводам или по радиоканалу. А в системах безопасности, в силу присущих им особенностей, зачастую применяются нестандартные протоколы проводного обмена, что делает просто невозможной их непосредственную передачу или прием посредством радиоканала, так как приемо-передающие радиомодули обычно выполняются в виде законченных микросхем промышленного изготовления, на вход которых должен подаваться сигнал, соответствующий какому-либо стандартному протоколу. Поэтому для реализации известной системы с использованием известных приемо-передающих радиомодулей промышленного изготовления необходимо ввести в конструкцию блока обработки данных дополнительные элементы для бесперебойной связи между приемо-передающим радиомодулем и микроконтроллером блока обработки данных, но в прототипе они отсутствуют и в источнике информации (RU 2282576 С2) нет соответствующих рекомендаций.
Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является разработка системы предотвращения столкновений рабочего оборудования грузоподъемных машин с пересекающимися зонами обслуживания на базе выпускаемых или находящихся в эксплуатации микропроцессорных приборов безопасности грузоподъемных машин, обладающей повышенной ремонтопригодностью.
Поставленные технические задачи решаются тем, что в системе предотвращения столкновений рабочего оборудования грузоподъемных машин с пересекающимися зонами обслуживания, содержащей установленные на грузоподъемных машинах приборы безопасности, имеющие в своем составе микропроцессорный блок обработки данных с подключенными к нему с помощью цифровой линии связи датчиками параметров грузоподъемной машины, исполнительный блок и приемо-передающее устройство для передачи данных по цифровой линии связи о положении, движениях и нагрузке оборудования каждой грузоподъемной машины на другие близкорасположенные грузоподъемные машины с пересекающимися зонами обслуживания, согласно полезной модели, приборы безопасности грузоподъемных машин снабжены подключенным к указанной цифровой линии связи приемо-передающим блоком, расположенным вне блока обработки данных и включающим в себя указанное приемо-передающее устройство, выполненное в виде радиомодуля, и блок согласования приемо-передающего устройства с цифровой линией связи.
Достижению технического результата способствуют также частные существенные признаки полезной модели.
Приемо-передающий радиомодуль содержит радиочастотный приемопередатчик с антенной и, по крайней мере, один микроконтроллер со встроенным или внешним запоминающим устройством в виде энергонезависимой памяти, приспособленный для определения и хранения в запоминающем устройстве его индивидуального адреса и адреса приемо-передающего блока, которому предназначена передаваемая информация, а также для согласования протоколов передачи данных по проводным и беспроводной линиям связи и формирования пакетов для передачи данных по указанным линиям.
Сущность предложенного технического решения заключается в следующем.
Приемо-передающий блок, подключенный к цифровой линии связи микропроцессорного блока обработки данных с датчиками параметров грузоподъемной машины, расположенный вне микропроцессорного блока обработки данных и включающий в себя приемо-передающее устройство, выполненное в виде радиомодуля, и блок согласования приемо-передающего устройства с цифровой линией связи является по существу приемо-передающим устройством выносного типа, конструктивно необъединенным с микропроцессорным блоком обработки данных и который может быть изготовлен и поставлен потребителям как дополнительная опция, к выпускаемым в настоящее время или находящимся в эксплуатации приборам безопасности грузоподъемных машин, имеющих в своем составе блок обработки данных на основе микропроцессора. Это позволяет упростить реализацию предлагаемой системы на базе находящихся в эксплуатации современных приборов безопасности грузоподъемных машин, без возврата их на завод-изготовитель и какой-либо дополнительной конструктивной доработки блока обработки данных, а также повысить ремонтопригодность предлагаемой системы, так как приемо-передающий блок может быть заменен, при необходимости, без замены полностью микропроцессорного блока обработки данных и последующей необходимости настройки прибора безопасности на кране и считывания информации с регистратора параметров крана.
Технический результат - повышение ремонтопригодности системы предотвращения столкновений рабочего оборудования грузоподъемных машин с пересекающимися зонами обслуживания.
На чертеже показана блок-схема предлагаемой системы.
1
m
Система предотвращения столкновений рабочего оборудования грузоподъемных машин с пересекающимися зонами обслуживания содержит установленные на грузоподъемных машинах 1-1 штатные многофункциональные микропроцессорные приборы 2 безопасности, имеющие в своем составе блок 3 обработки данных, к которому подключен посредством цифровой линии 4 связи (шины последовательного CAN-интерфейса) комплекс датчиков 5 параметров грузоподъемной машины, и подключенный к цифровой линии 4 связи исполнительный блок 6. Комплекс датчиков 5 параметров грузоподъемной машины включает в себя аналоговые, цифровые и дискретные датчики. Цифровые датчики подключаются к цифровой линии 4 связи непосредственно, а аналоговые датчики - через контроллеры (на чертеже не показаны).
Конструкция блока 3 обработки данных не является предметом настоящей полезной модели, так как различные конструкции блоков обработки данных на основе современных микроконтроллеров широко описаны в технической литературе. Блок 3 обработки данных в общем случае содержит собственный микроконтроллер, внешнее запоминающее устройство, клавиатуру, модуль визуальной индикации, включающий в себя в себя дисплей и световые индикаторы предупредительной и аварийной сигнализации, модуль звуковой сигнализации и встроенный регистратор параметров работы грузоподъемной машины с часами реального времени. Блок 3 может иметь и другое наименование, например, информационно-управляющий блок, цифровой вычислитель, вычислительно-управляющее устройство, блок отображения информации, блок управления и т.д.
К цифровой линии 4 связи подключен расположенный вне блока 3 обработки данных приемо-передающий блок 7, содержащий приемо-передающий радиомодуль 8 и блок 9 согласования приемо-передающего радиомодуля с цифровой линией 4 связи. Блок 9 производит, по существу, согласование протоколов передачи данных по проводной и беспроводной линиям связи.
Приемо-передающий радиомодуль 8 содержит радиочастотный приемопередатчик с антенной и, по крайней мере, один микроконтроллер со встроенным или внешним запоминающим устройством в виде энергонезависимой памяти (на чертеже не показаны). Микроконтроллер приемо-передающего радиомодуля 8 приспособлен для определения и хранения в запоминающем устройстве его индивидуального адреса и адреса приемо-передающего блока 7, которому предназначена передаваемая информация, а также для согласования протоколов передачи данных по проводной и беспроводной линиям связи и формирования пакетов для передачи данных по указанным линиям.
Грузоподъемные машины могут быть оборудованы, в частности, приборами безопасности «Ограничитель нагрузки ОНК-160» (модификации: ОНК-160М, ОНК-160Б и ОНК-160С), выпускаемыми Арзамасским электромеханическим заводом. Данные приборы выполнены на базе микроконтроллера MSP430F149 фирмы «Texas Instruments» (США).
В качестве датчиков 5 измеряемых или контролируемых параметров грузоподъемной машины можно использовать специализированные датчики, используемые в выпускаемых приборах и системах безопасности, либо общепромышленные датчики соответствующего исполнения. Конкретный набор датчиков, используемых в системе, зависит от типа грузоподъемной машины.
Электропитание элементов приемо-передающего блока 7 осуществляется с помощью переходного кабеля от блока питания, входящего в состав блока 3 обработки данных (на чертеже не показано).
Электропитание датчиков 5 параметров грузоподъемной машины осуществляется с помощью кабельной комбинированной линии связи между элементами системы безопасности грузоподъемной машины, включающей двухпроводную линию обмена данными и двухпроводную линию электропитания датчиков указанной системы от блока обработки данных. Такая линия связи использована, в частности, в приборах безопасности грузоподъемных кранов «Ограничитель нагрузки ОНК-160» для связи блока обработки данных (блока отображения информации «БОИ» в приборах безопасности ОНК-160Б и ОНК-160С или блока управления «БУ» в приборе безопасности ОНК-160М) и комплекса датчиков параметров крана.
Беспроводная передача и прием данных осуществляется на частоте 2,4 ГГц на основе международного стандарта IEEE 802.15.4. Для него многими производителями электронных компонентов выпускаются приемо-передающие радиомодули различной мощности и степени интеграции. Возможно использование приемо-передающих радиомодулей ХВР24 фирмы DiGi, сертифицированных в Российской Федерации. При передаче сигналов по радиоканалу при необходимости может быть использован ретранслятор (на чертеже не показан).
Блок 9 согласования приемо-передающего радиомодуля 7 с цифровой линией 4 связи может быть выполнен на основе микроконтроллера MSP430F2410 фирмы «Texas Instruments» (США).
Система работает следующим образом.
1
Рабочие параметры грузоподъемной машины, обозначенной на чертеже как 1, т.е. параметры, характеризующие ее нагрузку, геометрию и режим работы, измеряются или контролируются с помощью комплекса датчиков 5 параметров грузоподъемной машины (первичными преобразователями). Микроконтроллер блока 3 обработки данных, работая по программе, записанной в памяти микроконтроллера, осуществляет опрос датчиков 5 и обработку измеренных и преобразованных в цифровую форму сигналов указанных датчиков. Эта обработка может заключаться, в частности, в вычислении текущего значения грузового момента, определении текущего положения стрелового оборудования и в сравнении полученных величин соответственно с грузовой характеристикой грузоподъемной машины, хранящейся в памяти микроконтроллера, а также с зоной допустимых положений стрелы в своей рабочей зоне, заданной оператором грузоподъемной машины при помощи клавиатуры при введении параметров координатной защиты. Далее микроконтроллер блока 3 обработки данных, в зависимости от результатов этого сравнения, формирует сигналы управления исполнительным блоком 6, осуществляя защиту грузоподъемной машины от перегрузок, и реализует координатную защиту в своей рабочей зоне. Кроме того, микроконтроллер осуществляет запись рабочих параметров в долговременную энергонезависимую память регистратора параметров грузоподъемной машины. При этом форма, объем и порядок записей устанавливаются в соответствии с нормативными требованиями Ростехнадзора.
1
2
m
2
m
Одновременно микроконтроллер блока 3 обработки данных осуществляет передачу информации о пространственном положении рабочего оборудования грузоподъемной машины 1 на подключенный к блоку 3 приемо-передающий блок 7 для последующей передачи этих данных с помощью приемо-передающего радиомодуля 8 на другие близко расположенные грузоподъемные машины 1-1, с пересекающимися зонами обслуживания. В свою очередь микроконтроллеры блоков 3 обработки данных грузоподъемных машин 1-1 принимают через свои приемо-передающие блоки 7 данные о пространственном положении окружающих их кранов и передают данные о своем кране.
1
2
1
1
При приближении рабочего оборудования грузоподъемной машины 1 на недопустимое расстояние к оборудованию другой грузоподъемной машины, например, грузоподъемной машины 1, внесенное в память микроконтроллера прибора 2 безопасности грузоподъемной машины 1. При этом блок 3 обработки данных подает команду на отключение приводов рабочего оборудования грузоподъемной машины 1 через исполнительный блок 6.
2
Аналогичным образом работает прибор 2 безопасности грузоподъемной машины 1.
Предлагаемая полезная модель может быть изготовлена промышленным способом на приборостроительном предприятии с использованием современных электронных компонентов и технологий.