專利名稱：塔式起重機(jī)監(jiān)控記錄裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種監(jiān)控記錄裝置，具體涉及一種塔式起重機(jī)重要參數(shù)的實(shí)時(shí)檢測(cè)、記錄、顯示和針對(duì)參數(shù)的大小對(duì)起升電機(jī)渦流制動(dòng)器進(jìn)行實(shí)時(shí)控制并給出語(yǔ)音提示和控制的安全控制裝置。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)建筑業(yè)的不斷發(fā)展，建筑施工的機(jī)械化程度越來(lái)越高，作為工地現(xiàn)場(chǎng)主要的大型物料垂直輸送設(shè)備-塔式起重機(jī)的應(yīng)用也越來(lái)越普及，全國(guó)塔機(jī)平均年產(chǎn)量不低于5000臺(tái)，而且正在工地運(yùn)行的塔機(jī)近十萬(wàn)臺(tái)，然而在這近十萬(wàn)臺(tái)運(yùn)行的塔機(jī)中，至今還沒(méi)有一套完整的運(yùn)行參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)，雖然一般都安裝一些參量的限位開(kāi)關(guān)，但限位開(kāi)關(guān)的運(yùn)行好壞，操作者無(wú)法知道，同時(shí)，由于沒(méi)有塔機(jī)的參量的連續(xù)顯示，操作者對(duì)塔機(jī)的運(yùn)行工況無(wú)法得知，因而塔機(jī)的安全事故時(shí)有發(fā)生。而塔機(jī)發(fā)生的安全事故都是較為重大的事故，不論是設(shè)備生產(chǎn)廠家還是設(shè)備用戶都希望對(duì)事故的責(zé)任有一個(gè)較為科學(xué)客觀的判定，但目前由于沒(méi)有監(jiān)控記錄裝置，對(duì)事故發(fā)生大多采用主觀分析判斷，誤判的情況經(jīng)常發(fā)生。此外，塔式起重機(jī)的起升電機(jī)通常是采用帶渦流制動(dòng)器的繞線式電動(dòng)機(jī)，渦流制動(dòng)器的性能離散性較大，即使在相同的控制電壓下，產(chǎn)生的制動(dòng)力矩，也會(huì)有較大的區(qū)別，而現(xiàn)行的塔機(jī)控制系統(tǒng)沒(méi)有渦流制動(dòng)器的調(diào)節(jié)回路，經(jīng)常造成起升電機(jī)過(guò)載燒壞，維修更換非常困難，給生產(chǎn)帶來(lái)很大損失。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是解決現(xiàn)有塔式起重機(jī)無(wú)完整的運(yùn)行參數(shù)監(jiān)控記錄裝置、起升電機(jī)渦流制動(dòng)器無(wú)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)控制的問(wèn)題，而提供一種在駕駛室內(nèi)能夠?qū)崟r(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)并顯示記錄塔機(jī)重要運(yùn)行參數(shù)、并能實(shí)時(shí)控制起升電機(jī)渦流制動(dòng)器以改善起升電機(jī)工作條件、還可在各種極限狀態(tài)下給出語(yǔ)音提示和執(zhí)行相應(yīng)的控制動(dòng)作、一旦重大事幫發(fā)生后可回放事故前十分種內(nèi)塔機(jī)實(shí)際運(yùn)行情況的塔式起重機(jī)監(jiān)控記錄裝置。
本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是這種塔式起重機(jī)監(jiān)控記錄裝置由傳感器、前置處理單元、單片機(jī)CPU、存儲(chǔ)單元、時(shí)鐘單元、鍵盤、顯示驅(qū)動(dòng)電路為主構(gòu)成，傳感器包括力矩傳感器或者力矩傳感器與電流傳感器，力矩傳感器為安裝在塔機(jī)力矩限制器上的位移傳感器，電流傳感器安裝在起升電機(jī)附近測(cè)量起升電機(jī)定子或轉(zhuǎn)子的電流，力矩傳感器信號(hào)通過(guò)前置處理單元進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)整和通道增益的調(diào)節(jié)，使其有效信號(hào)的幅值范圍滿足單片機(jī)A/D通道的要求后，送往單片機(jī)CPU中，電流傳感器取得一個(gè)電壓幅值與電機(jī)定子或轉(zhuǎn)子電流成比例的交流電壓信號(hào)，一路送速度檢測(cè)單元，經(jīng)處理后得到電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)送單片機(jī)CPU中，另一路經(jīng)有效值電路處理后，得到與電機(jī)軸轉(zhuǎn)矩成比例的信號(hào)送往前置處理單元，然后再送往單片機(jī)CPU，上述這些信號(hào)送往單片機(jī)CPU后，根據(jù)原始設(shè)定、比較，輸出信號(hào)到顯示驅(qū)動(dòng)電路，同時(shí)單片機(jī)CPU對(duì)進(jìn)來(lái)的信號(hào)首先將電流、力矩和速度信號(hào)連同當(dāng)時(shí)的時(shí)鐘單元時(shí)鐘值一起送往存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)記錄，還可通過(guò)鍵盤輸入?yún)?shù)，在主機(jī)上回放記錄狀態(tài)。
上述技術(shù)方案中，顯示驅(qū)動(dòng)電路還可增設(shè)語(yǔ)音單元，采用不同的語(yǔ)言播報(bào)出相應(yīng)的塔機(jī)工作狀態(tài)。
上述技術(shù)方案中，還可增設(shè)對(duì)外部設(shè)備進(jìn)行通訊的RS232通訊口，通過(guò)外部設(shè)備計(jì)算機(jī)打印機(jī)，用于記錄參數(shù)的打印和圖形顯示。
上述技術(shù)方案中，還可增設(shè)渦流控制單元，當(dāng)判定系統(tǒng)的電機(jī)過(guò)載時(shí)，單片機(jī)CPU輸出一控制信號(hào)到渦流控制單元，該信號(hào)在渦流控制單元中與V0相減送往PI控制器中，經(jīng)限幅單元，去控制電機(jī)渦流制動(dòng)器的給定電壓，以減少電機(jī)的過(guò)載程度，保護(hù)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)速。
上述技術(shù)方案中，傳感器還可包括風(fēng)速傳感器、幅度傳感器、高度傳減器。
工作原理塔式起重機(jī)的所有運(yùn)行工況參數(shù)中，能夠直接造成重大安全事故的參數(shù)為工作力矩和吊重，其中，工作力矩的大小就是表示塔機(jī)結(jié)構(gòu)件的承載狀況，如果工作力矩超限，輕者會(huì)造成塔機(jī)結(jié)構(gòu)件的疲勞操作，重者會(huì)造成倒塔，而重量值所代表的是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的承載狀況，如果超限也可造成起升機(jī)構(gòu)的過(guò)載損壞和起升電動(dòng)機(jī)的燒毀，本塔式起重機(jī)監(jiān)控記錄裝置主要包括檢測(cè)塔機(jī)工作力矩的力矩傳感器；檢測(cè)起升電動(dòng)機(jī)電流值的電流傳感器，該電流值通過(guò)變換，可得到與起升電動(dòng)機(jī)軸轉(zhuǎn)矩成比例的信號(hào)，測(cè)量起升電動(dòng)機(jī)軸轉(zhuǎn)矩的值要比直接測(cè)量吊重更能全面和有效地保護(hù)起升機(jī)構(gòu)和起升電動(dòng)機(jī)，因?yàn)槠鹕妱?dòng)機(jī)軸轉(zhuǎn)矩的超限，其原因除了吊重超載外，還可能鋼絲繩纏繞、減速機(jī)卡死、制動(dòng)器未打開(kāi)等因素造成，而采用直接測(cè)量重量的方法就無(wú)法克服后者的影響。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果1、能夠在顯示屏上實(shí)時(shí)地反映塔機(jī)運(yùn)行中最為重量的三個(gè)參數(shù)塔機(jī)力矩、起升電動(dòng)機(jī)軸轉(zhuǎn)距、起升速度。讓操作者能夠?qū)@些與塔機(jī)安全運(yùn)行有重大關(guān)聯(lián)的參數(shù)做到一目了然。2、塔機(jī)運(yùn)行在極限狀況時(shí)，除了有光電提示外，還有較為清楚而簡(jiǎn)短的語(yǔ)音提示，同時(shí)給出繼電器控制信號(hào)中斷塔機(jī)相應(yīng)部分的工作。3、本裝置在塔機(jī)出事故后，可回放事故前十分鐘內(nèi)的實(shí)際工作狀況，給事故判定提供科學(xué)的依據(jù)，同時(shí)該記錄參數(shù)還可通過(guò)串口發(fā)送到計(jì)算機(jī)或打印機(jī)。4、本實(shí)用新型一改大多數(shù)采用重量傳感器測(cè)量吊重的方法，而采用測(cè)電動(dòng)機(jī)電流來(lái)綜合出電機(jī)軸轉(zhuǎn)距的辦法，這種方法更為全面地反映了電機(jī)可能過(guò)載的情況，不論是吊重過(guò)大，鋼絲繩纏繞有問(wèn)題，傳動(dòng)機(jī)有故障，渦流制動(dòng)器異常等，都會(huì)直接反映到電機(jī)軸轉(zhuǎn)矩的增加。5、本裝置還根據(jù)電流的大小，對(duì)電機(jī)渦流制動(dòng)器實(shí)現(xiàn)了直接的控制，克服了渦流制動(dòng)器的性能參數(shù)離散性造成的電機(jī)過(guò)載。6、本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，構(gòu)思新異，造價(jià)低，適合國(guó)情。因此市場(chǎng)潛力巨大。


圖1為本實(shí)用新型原理框圖圖2、圖3為本實(shí)用新型實(shí)施電路圖。
具體實(shí)施方式
參見(jiàn)圖1，這種塔式起重機(jī)監(jiān)控記錄裝置由傳感器、前置處理單元，單片機(jī)CPU，渦流控制單元、存儲(chǔ)單元、顯示驅(qū)動(dòng)電路為主構(gòu)成，還可增設(shè)時(shí)鐘單元、鍵盤、連接外部設(shè)備計(jì)算機(jī)、打印機(jī)等的通訊接口電路RS232單元，傳感器包括電流傳感器及其有效值電路、速度檢測(cè)單元和力矩傳感器等，當(dāng)然還可擴(kuò)充風(fēng)速傳感器、幅度傳感器、高度傳感器等，力矩傳感器安裝在塔機(jī)力矩限制器上，顯示驅(qū)動(dòng)電路包括極限狀態(tài)指示驅(qū)動(dòng)單元、顯示驅(qū)動(dòng)單元、時(shí)鐘及其它參數(shù)顯示單元、語(yǔ)音單元、繼電器驅(qū)動(dòng)單元、速度指示驅(qū)動(dòng)單元。傳感器電路的力矩傳感器和電流傳感器產(chǎn)生兩路信號(hào)，這兩路信號(hào)分別通過(guò)不同的處理電路送往單片機(jī)的A/D通道，其中力矩信號(hào)通過(guò)“前置處理單元”進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)整和通道增益的調(diào)節(jié)，使其有效信號(hào)的幅值范圍滿足單片機(jī)A/D通道的要求后，送往單片機(jī)CPU中；另一路電機(jī)轉(zhuǎn)子電流通過(guò)電流傳感器取出后，得到一個(gè)電壓幅值與電機(jī)轉(zhuǎn)子電流成比例的交流電壓信號(hào)。該信號(hào)一路送“速度檢測(cè)單元”，經(jīng)處理后得到電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)送單片機(jī)CPU中，另一路經(jīng)有效值電路處理后，得到與電機(jī)軸轉(zhuǎn)矩成比例的信號(hào)送往“前置處理單元”，然后再送往單片機(jī)CPU，圖中虛線所表示的傳感單元為本裝置可擴(kuò)展的部分。這些信號(hào)往單片機(jī)CPU后，可根據(jù)原始設(shè)定、比較、輸出信號(hào)到“極限狀態(tài)指示單元”點(diǎn)亮或關(guān)閉相應(yīng)的指示燈，并根據(jù)過(guò)載的參數(shù)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的語(yǔ)音提示單元，以語(yǔ)音的方式播報(bào)出塔機(jī)當(dāng)前的狀態(tài)。如果有任何一個(gè)參數(shù)處于過(guò)載狀態(tài)，CPU將驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的繼電器以控制塔機(jī)電氣系統(tǒng)。當(dāng)判定系統(tǒng)的電機(jī)過(guò)載時(shí)，CPU將輸出一控制信號(hào)到“渦流控制單元”該信號(hào)在“渦流控制單元”中與V0相減送往PI控制器中，經(jīng)限幅單元，去控制電機(jī)渦流制動(dòng)器的給定電壓，以減少電機(jī)的過(guò)載程度。當(dāng)所有的極限狀態(tài)都判定完成后，CPU將對(duì)進(jìn)來(lái)的信號(hào)首先把電流、力矩和速度信號(hào)同當(dāng)時(shí)的時(shí)仲值一起送往“存儲(chǔ)單元”存儲(chǔ)，同時(shí)把速度信號(hào)，送往“速度指示驅(qū)動(dòng)單元”，以點(diǎn)亮相應(yīng)的指示燈。與電機(jī)軸轉(zhuǎn)距成比例的信號(hào)和塔機(jī)力矩信號(hào)同時(shí)送往“顯示驅(qū)動(dòng)單元”，進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示?！癛S232”單元主要是對(duì)外部設(shè)備如計(jì)算機(jī)，打印機(jī)進(jìn)行通訊，用于記錄參數(shù)的打印和圖形顯示。本裝置也可在自身的主機(jī)上回放記錄狀態(tài)。
參見(jiàn)圖2、圖3的實(shí)施例電路圖。
圖2為系統(tǒng)的模擬通道圖其中，S1為電機(jī)電流傳感器，該信號(hào)一路經(jīng)R13送到41A，變成與轉(zhuǎn)子速度有固定關(guān)系的脈沖信號(hào)送到圖3中，CPU的T0口，以測(cè)得電機(jī)轉(zhuǎn)速，另一路經(jīng)C1輸入到有效值電路中，求得有效值后，經(jīng)P1，R2，R3，C7構(gòu)成的取值，經(jīng)濾波電路進(jìn)入放大器O1放大，R4，R5，P2構(gòu)成零點(diǎn)調(diào)節(jié)電路，該信號(hào)經(jīng)O1放大后，由R9送往O2進(jìn)行幅值調(diào)節(jié)，P3為調(diào)節(jié)電位器，在經(jīng)D3和D4構(gòu)成的限幅和箝位電路后，再到O3跟隨器上，經(jīng)R12、C8濾波后送往圖3中，CPU的P1.0端。
力矩傳感器為S2，S2的輸出為一電壓信號(hào)，其信號(hào)的處理環(huán)節(jié)與電流的有效值的電路完全一樣，經(jīng)相同的處理后送單片機(jī)CPU的P1.1端。
圖中的S3，S4為裝置的擴(kuò)展功能，用于幅度和高度的檢測(cè)。
圖2中，R25，R26，R27，D9構(gòu)成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電壓值，該值經(jīng)R28與CPU送出的信號(hào)OUT5在由O6，R22，R23，R24構(gòu)成的減法電路相減后，經(jīng)R21進(jìn)入由O7，R20，C9，R19組成的PI電路，再由R18，D7，D8構(gòu)成的限幅箝位電路后輸出，以控制渦流電壓。
P0T4是塔機(jī)電控系統(tǒng)中的小車運(yùn)行信號(hào)，經(jīng)R16，R17，42A，43A后，送往CPU的P11，用于狀態(tài)判定，OUT3和OUT4是CPU中的送出力矩和電流信號(hào)，它們分別經(jīng)O4和O5構(gòu)成的電壓跟隨器后，送到光柱顯示單元，進(jìn)行顯示輸出。
V1，V2，E1，E2，E3，E4，C11，C12組成正負(fù)穩(wěn)壓電源電路；D10，D11，E5，E6，E7，C10，C13，C14和H分別提供數(shù)字和模擬電源。
圖3中，U5為CPU，它根據(jù)由P1.0和P1.1進(jìn)入的電流和力矩信號(hào)結(jié)合T0進(jìn)入的電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行綜合處理，經(jīng)OUT3和OUT4送到圖2中的跟隨器中進(jìn)行光柱顯示，其速度值經(jīng)總線(P0口)送到U2，以點(diǎn)亮相應(yīng)的速度指示發(fā)光二極管D2～D5和D12～D15，U1是時(shí)鐘發(fā)生芯片，CPU經(jīng)SCLK，SDA和SCS端取得時(shí)鐘信號(hào)后，一方面送Y1進(jìn)行時(shí)鐘顯示，另一方面與力矩信號(hào)，電流信號(hào)，速度信號(hào)一送U3儲(chǔ)存。
當(dāng)出現(xiàn)有過(guò)極限狀態(tài)時(shí)，CPU一方面啟動(dòng)U8和語(yǔ)音芯片U9經(jīng)功率放大TDA2822放大后，發(fā)出相應(yīng)的語(yǔ)音提示。另一方面經(jīng)總線送往U6鎖存，經(jīng)三極管Q1、Q2，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)繼電器動(dòng)作。
K1、K2～K5是裝置的鍵盤，用于參數(shù)輸入和初始設(shè)定。
U7用于CPU通訊口的驅(qū)動(dòng)，以提供該裝置與外部設(shè)備，計(jì)算機(jī)和打印機(jī)的通訊通道。
集成電路型號(hào)01～07OP0741A～43ACD40106U1DS1302U274HC573U3DS1220U474HC573 U5ADUC812U674HC573U7MAX232U874HC573U9APIS40
權(quán)利要求1.一種塔式起重機(jī)監(jiān)控記錄裝置，其特征在于由傳感器、前置處理單元、單片機(jī)CPU、存儲(chǔ)單元、時(shí)鐘單元、鍵盤、顯示驅(qū)動(dòng)電路為主構(gòu)成，傳感器包括力矩傳感器或者力矩傳感器與電流傳感器，力矩傳感器為安裝在塔機(jī)力矩限制器上的位移傳感器，電流傳感器安裝在起升電機(jī)附近測(cè)量起升電機(jī)定子或轉(zhuǎn)子的電流，力矩傳感器信號(hào)通過(guò)前置處理單元進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)整和通道增益的調(diào)節(jié)，使其有效信號(hào)的幅值范圍滿足單片機(jī)A/D通道的要求后，送往單片機(jī)CPU中，電流傳感器取得一個(gè)電壓幅值與電機(jī)定子或轉(zhuǎn)子電流成比例的交流電壓信號(hào)，一路送速度檢測(cè)單元，經(jīng)處理后得到電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)送單片機(jī)CPU中，另一路經(jīng)有效值電路處理后，得到與電機(jī)軸轉(zhuǎn)矩成比例的信號(hào)送往前置處理單元，然后再送往單片機(jī)CPU，上述這些信號(hào)送往單片機(jī)CPU后，根據(jù)原始設(shè)定、比較，輸出信號(hào)到顯示驅(qū)動(dòng)電路，同時(shí)單片機(jī)CPU對(duì)進(jìn)來(lái)的信號(hào)首先將電流、力矩和速度信號(hào)連同當(dāng)時(shí)的時(shí)鐘單元時(shí)鐘值一起送往存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)記錄，還可通過(guò)鍵盤輸入?yún)?shù)，在主機(jī)上回放記錄狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔式起重機(jī)監(jiān)控記錄裝置，其特征在于顯示驅(qū)動(dòng)電路還可增設(shè)語(yǔ)音單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔式起重機(jī)監(jiān)控記錄裝置，其特征在于還可增設(shè)對(duì)外部設(shè)備進(jìn)行通訊的RS232通訊口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔式起重機(jī)監(jiān)控記錄裝置，其特征在于還可增設(shè)渦流控制單元，單片機(jī)CPU輸出一控制信號(hào)到渦流控制單元，渦流控制單元中，與V0相減送往PI控制器中，經(jīng)限幅，控制電機(jī)渦流制動(dòng)器的給定電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔式起重機(jī)監(jiān)控記錄裝置，其特征在于傳感器還可包括風(fēng)速傳感器、幅度傳感器、高度傳感器。
專利摘要一種塔式起重機(jī)監(jiān)控記錄裝置，由傳感器、前置處理單元、單片機(jī)CPU、存儲(chǔ)單元、時(shí)鐘單元、鍵盤、顯示驅(qū)動(dòng)電路為主構(gòu)成，傳感器包括力矩傳感器或者力矩傳感器加電流傳感器，傳感器信號(hào)經(jīng)前置處理后進(jìn)入單片機(jī)CPU進(jìn)行程序運(yùn)算，輸出進(jìn)行顯示驅(qū)動(dòng)，同時(shí)單片機(jī)將進(jìn)來(lái)的信號(hào)連同時(shí)鐘值一起送存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)記錄，還可通過(guò)鍵盤輸入?yún)?shù)，在主機(jī)上回放記錄狀態(tài)。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)合理，功能齊全、技術(shù)先進(jìn)，性能優(yōu)良，為我國(guó)建筑施工塔機(jī)提供了一種新型的安全監(jiān)控記錄設(shè)備。
文檔編號(hào)B66C13/00GK2554148SQ0222427
公開(kāi)日2003年6月4日 申請(qǐng)日期2002年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月18日
發(fā)明者倪建軍 申請(qǐng)人:倪建軍