專利名稱：用于塔式起重機(jī)模擬培訓(xùn)系統(tǒng)的操作機(jī)構(gòu)信號采集系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于塔式起重機(jī)的模擬駕駛領(lǐng)域，具體涉及用于塔式起重機(jī)模擬培訓(xùn)系統(tǒng)的操作機(jī)構(gòu)信號采集系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
港機(jī)仿真操作模擬器是用于港口起重機(jī)駕駛員培訓(xùn)的仿真訓(xùn)練設(shè)備，近年來在國外得到了快速發(fā)展，仿真模擬器已成為國外大型港口培訓(xùn)港機(jī)駕駛員的主要設(shè)備。在我國， 隨著港口集裝箱專業(yè)化碼頭的建設(shè)與發(fā)展，具有先進(jìn)技術(shù)水平的大型岸邊集裝箱起重機(jī)、 輪胎式集裝箱門式起重機(jī)已成為各港口碼頭集裝箱裝卸運(yùn)輸?shù)某Ｒ?guī)設(shè)備。而在我國，隨著國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及房地產(chǎn)業(yè)得發(fā)展，塔式起重機(jī)在實(shí)際生產(chǎn)過程中得到了更多地應(yīng)用， 在城市的建設(shè)過程中應(yīng)用十分廣泛?，F(xiàn)階段還沒有一套功能成熟、操作性強(qiáng)、仿真度高的模擬培訓(xùn)操作系統(tǒng)。塔式起重機(jī)的運(yùn)動形式多樣復(fù)雜，對運(yùn)動形式的正確控制顯得格外重要，因而能否準(zhǔn)確采集運(yùn)動信號會影響整體的模擬效果。目前國內(nèi)塔式起重機(jī)駕駛模擬器還沒有成型的技術(shù)和應(yīng)用，而現(xiàn)有類似的駕駛模擬器信號采集系統(tǒng)大多采用圖I的形式以外接電源供電，為整個傳感器系統(tǒng)提供電壓，傳感器的信號經(jīng)由I/o接口將信號傳至計算機(jī)。而控制系統(tǒng)一般采用簡單的按鈕開關(guān)量，將動作信號傳給傳感器系統(tǒng)。綜合其設(shè)計特點(diǎn)，缺點(diǎn)如下I)此類系統(tǒng)的通用性不強(qiáng)，不能滿足塔式起重機(jī)主令控制方式；2)外接電源不能保證有效提供TTL電平，容易導(dǎo)致信號不穩(wěn)定，最終傳輸至計算機(jī)的信號波動使模擬環(huán)境失真；3)控制系統(tǒng)由簡單的控制元件，如控制按鈕，行程開關(guān)等，不能真實(shí)模擬起重機(jī)的控制過程與電氣互鎖；4)不是基于半實(shí)物仿真，影響了模擬培訓(xùn)效果。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種用于塔式起重機(jī)模擬培訓(xùn)系統(tǒng)的操作機(jī)構(gòu)信號采集系統(tǒng)，輸出信號有良好的穩(wěn)定性和可靠性。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是用于塔式起重機(jī)模擬培訓(xùn)系統(tǒng)的操作機(jī)構(gòu)信號采集系統(tǒng)，包括電源、傳感器、數(shù)據(jù)采集卡和計算機(jī)，其特征在于它還包括控制單元，所述的傳感器輸出端與控制單元連接，控制單元的信號輸出線通過I/o接口與數(shù)據(jù)采集卡連接；所述的電源為直流供電電源，為傳感器提供電壓，所述的數(shù)據(jù)采集卡輸出端與計算機(jī)連接。按上述方案，所述的傳感器包括吊鉤起升傳感器、小車傳感器、臂架旋轉(zhuǎn)傳感器和主機(jī)傳感器；所述的控制單元包括與上述各傳感器依次對應(yīng)的吊鉤起升控制單元、小車控制單元、臂架旋轉(zhuǎn)控制單元和主機(jī)控制單元。[0011]按上述方案，所述的主機(jī)傳感器包括啟動傳感器、停止傳感器、急停傳感器、鑰匙開關(guān)、檢修梯安全門開關(guān)和走臺安全門開關(guān)；所述的主機(jī)控制單元包括與上述主機(jī)傳感器依次對應(yīng)的啟動控制器、停止控制器、急停控制器、鑰匙控制器、檢修梯安全門控制器和走臺安全門控制器。按上述方案，所述的傳感器為繼電器。按上述方案，所述的吊鉤起升控制單元、小車控制單元和臂架旋轉(zhuǎn)控制單元均為低壓繼電壓與接觸器串聯(lián)組成。按上述方案，所述的啟動控制器、停止控制器、急?？刂破?、鑰匙控制器、檢修梯安全門控制器、走臺安全門控制器和走臺照明控制器均由低壓接觸器組成。本實(shí)用新型的工作原理為為了保證各傳感器電氣性能滿足TTL電平的要求，加裝直流供電電源，保證各傳感器可以穩(wěn)定工作在TTL電平上。TTL電源為傳感器供給電壓； 傳感器接受來自主令控制單元的控制信號，主令控制單元為每個控制點(diǎn)加裝了獨(dú)立的TTL 電平和信號采集系統(tǒng)，用來頻繁地切換復(fù)雜的多回路控制線路和實(shí)現(xiàn)各種控制元件的聯(lián)動、自鎖；傳感器將信號傳遞給對應(yīng)的低壓接觸器；低壓接觸器將處理過的信號通過I/O接口反饋給數(shù)據(jù)采集卡；數(shù)據(jù)采集卡將采集到的信號傳輸至計算機(jī)，至此完成信號流的傳遞。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是[0017]I、采用傳感器由控制單元與i/o接口的輸入端相連，輸出信號有良好的穩(wěn)定性和可靠性。[0018]2、加裝直流供電電源，保證各傳感器可以穩(wěn)定工作在TTL電平上。[0019]3、對不同的傳感器分別配置對應(yīng)的控制單元，一一對應(yīng)，便于管理和維護(hù)。


[0020]圖I為原有的信號采集系統(tǒng)的框圖。[0021]圖2為本實(shí)用新型一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。[0022]圖3為直流供電電源電路原理圖。[0023]圖4為吊鉤起升電路原理圖。[0024]圖5為小車運(yùn)行電路原理圖。[0025]圖6為臂架控制單元的電路原理圖。[0026]圖7為主機(jī)控制單元的電路原理圖。[0027]圖8為I/O接口電路原理圖。
具體實(shí)施方式
[0028]圖2為本實(shí)用新型一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖，包括直流供電電源、傳感器、控制單元、
數(shù)據(jù)采集卡和計算機(jī)。所述的電源為直流供電電源，為傳感器提供電壓；所述的傳感器輸出端與控制單元連接，控制單元的信號輸出線通過I/O接口與數(shù)據(jù)采集卡連接；所述的數(shù)據(jù)采集卡輸出端與計算機(jī)連接。所述的傳感器包括吊鉤起升傳感器、小車傳感器、臂架旋轉(zhuǎn)傳感器和主機(jī)傳感器；所述的控制單元包括與上述各傳感器依次對應(yīng)的吊鉤起升控制單元、 小車控制單元、臂架旋轉(zhuǎn)控制單元和主機(jī)控制單元。主機(jī)傳感器包括啟動傳感器、停止傳感器、急停傳感器、鑰匙開關(guān)、檢修梯安全門開關(guān)和走臺安全門開關(guān)；所述的主機(jī)控制單元包括與上述主機(jī)傳感器依次對應(yīng)的啟動控制器、停止控制器、急停控制器、鑰匙控制器、檢修梯安全門控制器和走臺安全門控制器。圖3為直流供電電源電路原理圖，電源電路(TTL供電電源)向傳感器組提供電壓 (+5V或+24V),電源電路分別向吊鉤起升控制單元、小車控制單元、臂架旋轉(zhuǎn)控制單元、主機(jī)控制單元提供電壓( 220V電壓)。圖中1Q1、1Q2、1Q3均為空氣開關(guān)，IGl與1G2均為交直流變壓模塊。圖4為吊鉤起升電路原理圖，第一吊鉤起升傳感器SI、第二吊鉤起升傳感器S2、第三吊鉤起升傳感器S3、第四吊鉤起升傳感器S4的信號輸出線分別與對應(yīng)的第一吊鉤起升控制單元(-5K1)、第二吊鉤起升控制單元(-5K2)、第三吊鉤起升控制單元(-5K3)、第四吊鉤起升控制單元(-5K4)的輸入端相連。圖5為小車運(yùn)行電路原理圖,第一小車傳感器S5、第二小車傳感器S6、第三小車傳感器S7、第四小車傳感器S8的信號輸出線分別與對應(yīng)的第一小車控制單元(-6K1)、第二小車控制單元(-6K2)、第三小車控制單元(-6K3)、第四小車控制單元(-6K4)的輸入端相連。圖6為臂架控制單元的電路原理圖，第一臂架旋轉(zhuǎn)傳感器S9、第二臂架旋轉(zhuǎn)傳感器S10、第三臂架旋轉(zhuǎn)傳感器S11、第四臂架旋轉(zhuǎn)傳感器S12的信號輸出線分別與對應(yīng)的第一臂架旋轉(zhuǎn)控制單元(-4K1)、第二臂架旋轉(zhuǎn)控制單元(-4K2)、第三臂架旋轉(zhuǎn)控制單元 (-4K3)、第四臂架旋轉(zhuǎn)控制單元(-4K4)的輸入端相連。圖7為主機(jī)控制單元的電路原理圖，啟動傳感器S13的信號輸出線與主機(jī)控制單元的啟動控制器(-2SB2)的輸入端相連，停止傳感器S14的信號輸出線與主機(jī)控制單元的停止控制器(-2SB3)的輸入端相連,急停傳感器S15的信號輸出線與主機(jī)控制單兀的急?？刂破?-2SB4)的輸入端相連，鑰匙開關(guān)S16與主機(jī)控制單元的鑰匙控制器(-2SB1)的輸入端相連，檢修梯安全門開關(guān)S17與主機(jī)控制單元的檢修梯安全門控制器(-2SQ1)的輸入端相連，走臺安全門開關(guān)S18與主機(jī)控制單元的走臺安全門控制器(-2SQ2)的輸入端相連。圖8為I/O接口電路原理圖，啟動控制器(-2SB2)、停止控制器(-2SB3)、急停控制器(-2SB4)、鑰匙控制器(-2SB1)、檢修梯安全門控制器(-2SQ1)、走臺安全門控制器 (-2SQ2)、啟動信號控制器(-2KM1)、走臺照明控制器(-2SB7)的信號輸出線分別與I/O接口的輸入端(輸入控制板)相連。塔式起重機(jī)模擬培訓(xùn)系統(tǒng)的操作分別有四個檔位吊鉤的起升檔、下降檔、快速檔、慢速檔；小車的前進(jìn)檔、后退檔、快速檔、慢速檔；臂架旋轉(zhuǎn)的順時針檔、逆時針檔、快速檔、慢速檔；吊鉤起升傳感器、小車傳感器、臂架旋轉(zhuǎn)傳感器分別相應(yīng)各有四個。操作桿、起動按鈕、停止按鈕、急停開關(guān)、機(jī)械鎖、電鈴、電源指示燈等設(shè)在控制箱上(由左、右控制箱組成)。操作桿通過齒輪傳動帶動凸輪軸轉(zhuǎn)動，達(dá)到觸頭關(guān)合要求，前后、左右的位置可滿足實(shí)際使用的要求分為I 3檔，左、右控制箱可以同時控制四個機(jī)構(gòu)觸頭組，分別控制起升機(jī)構(gòu)、小車機(jī)構(gòu)(變幅機(jī)構(gòu))、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等，并設(shè)有自動復(fù)位機(jī)構(gòu)。在每個控制機(jī)構(gòu)觸頭與按扭上加裝低壓行程開關(guān)傳感器，以檢測其工作狀態(tài)。數(shù)據(jù)采集卡與控制信號連接說明各個點(diǎn)的控制信號按控制要求通過I/O 口與數(shù)據(jù)采集卡連接。I/O 口與數(shù)據(jù)采集卡之間要焊裝IK電阻。相應(yīng)的控制信號由數(shù)據(jù)采集卡控制，存入內(nèi)存。當(dāng)要調(diào)用相關(guān)信號狀態(tài)時，通過調(diào)用相關(guān)的DLL函數(shù)就可得到內(nèi)存中相關(guān)信號狀態(tài)值。
權(quán)利要求1.用于塔式起重機(jī)模擬培訓(xùn)系統(tǒng)的操作機(jī)構(gòu)信號采集系統(tǒng)，包括電源、傳感器、數(shù)據(jù)采集卡和計算機(jī)，其特征在于它還包括控制單元，所述的傳感器輸出端與控制單元連接，控制單元的信號輸出線通過I/o接口與數(shù)據(jù)采集卡連接；所述的電源為直流供電電源，為傳感器提供電壓，所述的數(shù)據(jù)采集卡輸出端與計算機(jī)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于塔式起重機(jī)模擬培訓(xùn)系統(tǒng)的操作機(jī)構(gòu)信號采集系統(tǒng)， 其特征在于所述的傳感器包括吊鉤起升傳感器、小車傳感器、臂架旋轉(zhuǎn)傳感器和主機(jī)傳感器；所述的控制單元包括與上述各傳感器依次對應(yīng)的吊鉤起升控制單元、小車控制單元、臂架旋轉(zhuǎn)控制單元和主機(jī)控制單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于塔式起重機(jī)模擬培訓(xùn)系統(tǒng)的操作機(jī)構(gòu)信號采集系統(tǒng)，其特征在于所述的主機(jī)傳感器包括啟動傳感器、停止傳感器、急停傳感器、鑰匙開關(guān)、檢修梯安全門開關(guān)和走臺安全門開關(guān)；所述的主機(jī)控制單元包括與上述主機(jī)傳感器依次對應(yīng)的啟動控制器、停止控制器、急?？刂破?、鑰匙控制器、檢修梯安全門控制器和走臺安全門控制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于塔式起重機(jī)模擬培訓(xùn)系統(tǒng)的操作機(jī)構(gòu)信號采集系統(tǒng)，其特征在于所述的傳感器為繼電器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于塔式起重機(jī)模擬培訓(xùn)系統(tǒng)的操作機(jī)構(gòu)信號采集系統(tǒng)，其特征在于所述的吊鉤起升控制單元、小車控制單元和臂架旋轉(zhuǎn)控制單元均為低壓繼電壓與接觸器串聯(lián)組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于塔式起重機(jī)模擬培訓(xùn)系統(tǒng)的操作機(jī)構(gòu)信號采集系統(tǒng)，其特征在于所述的啟動控制器、停止控制器、急?？刂破鳌㈣€匙控制器、檢修梯安全門控制器和走臺安全門控制器均由低壓接觸器組成。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種用于塔式起重機(jī)模擬培訓(xùn)系統(tǒng)的操作機(jī)構(gòu)信號采集系統(tǒng)，包括電源、傳感器、采集卡和計算機(jī)，其特征在于它還包括控制單元，所述的傳感器輸出端與控制單元連接，控制單元的信號輸出線通過I/O接口與數(shù)據(jù)采集卡連接；所述的電源為直流供電電源，為傳感器提供電壓，所述的采集卡輸出端與計算機(jī)連接。采用傳感器由控制單元與I/O接口的輸入端相連，輸出信號有良好的穩(wěn)定性和可靠性。
文檔編號G09B9/00GK202352123SQ201120417968
公開日2012年7月25日 申請日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月28日
發(fā)明者張貞貞, 徐桂芳, 王艷平, 肖文, 胥洪流, 董浩明, 谷曼, 陳定方, 陳崢 申請人:武漢市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所, 武漢理工大學(xué)