本專(zhuān)利屬于自動(dòng)化控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種起重機(jī)危險(xiǎn)狀態(tài)監(jiān)控設(shè)備。

背景技術(shù)：

在鋼鐵企業(yè)安全問(wèn)題一直以來(lái)也是嚴(yán)抓重管，但是安全問(wèn)題還是頻頻出現(xiàn)。在鋼鐵企業(yè)，起重機(jī)應(yīng)用廣泛，是生產(chǎn)的主要設(shè)備，同時(shí)也是安全問(wèn)題突出的設(shè)備。盡管加強(qiáng)司機(jī)安全培訓(xùn)、加強(qiáng)操作規(guī)范、加強(qiáng)維護(hù)規(guī)范，但是安全問(wèn)題任然無(wú)法解決，主要是起重機(jī)屬于大重型設(shè)備，操作員沒(méi)有全面的視角，無(wú)法觀察起重機(jī)各個(gè)方位的安全狀態(tài)，同時(shí)起重機(jī)本身設(shè)備眾多，無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)各個(gè)設(shè)備的隱患，這也導(dǎo)致起重機(jī)的安全問(wèn)題無(wú)法根本解決。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問(wèn)題，本專(zhuān)利提供一種有效地解決方案，實(shí)現(xiàn)一種起重機(jī)危險(xiǎn)狀態(tài)監(jiān)控設(shè)備，用于起重機(jī)的危險(xiǎn)狀態(tài)監(jiān)控檢測(cè)，危險(xiǎn)狀態(tài)提前報(bào)警，并提供連鎖信號(hào)，保證在危險(xiǎn)狀態(tài)下，起重機(jī)及時(shí)停車(chē)，從而避免安全事故的方生。

本專(zhuān)利解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

該起重機(jī)危險(xiǎn)狀態(tài)監(jiān)控設(shè)備，包括主控制器模塊、n個(gè)遠(yuǎn)程IO模塊、傳感器、急停開(kāi)關(guān)、門(mén)開(kāi)關(guān)、重錘限位、超速開(kāi)關(guān)、輸出繼電器指示燈；主控制器模塊與一個(gè)遠(yuǎn)程IO模塊通過(guò)RS485總線(xiàn)相連；其他遠(yuǎn)程IO模塊通過(guò)RS485總線(xiàn)進(jìn)行級(jí)聯(lián)；輸出繼電器指示燈與主控制器模塊相連；傳感器、急停開(kāi)關(guān)、門(mén)開(kāi)關(guān)與遠(yuǎn)程IO模塊1相連；重錘限位、超速開(kāi)關(guān)與遠(yuǎn)程IO模塊2相連；更多的重錘限位、超速開(kāi)關(guān)則依次連接到遠(yuǎn)程IO模塊n上。

主控制器模塊包括CPU、IO模塊、煙霧探測(cè)模塊、SD卡模塊、RS-232接口模塊、RS-485接口模塊、PT100接口模塊、EEPROM模塊、RTC模塊、高速 時(shí)鐘模塊、低速時(shí)鐘模塊；IO模塊和煙霧探測(cè)模塊均與CPU的IO接口相連；SD卡模塊與CPU的SDIO接口相連；RS-232接口模塊與CPU的UART1接口相連；RS-485接口模塊與CPU的UART2接口相連；PT100接口模塊與CPU的ADC接口相連；EEPROM模塊與CPU的IIC接口相連；高速時(shí)鐘模塊與CPU時(shí)鐘接口相連；低速時(shí)鐘模塊與CPU的RTC模塊相連。

遠(yuǎn)程IO模塊包括CPU、IO模塊、煙霧探測(cè)模塊、RS-485接口模塊、高速時(shí)鐘模塊、PT100接口模塊；IO模塊和煙霧探測(cè)模塊均與CPU的IO接口相連；RS-485接口模塊與CPU的UART1接口相連；PT100接口模塊與CPU的ADC接口相連；高速時(shí)鐘模塊與CPU時(shí)鐘接口相連。

在目前的起重機(jī)設(shè)備安全系統(tǒng)中主要還是以安全監(jiān)視為主，以起重機(jī)本體PLC為主要控制器，采集起重機(jī)各種設(shè)備的信息，匯總到監(jiān)控設(shè)備實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警、綜合管理的功能。這種系統(tǒng)安全管理對(duì)事后分析更為有效，但對(duì)事故預(yù)防效果并不明顯。主要是因?yàn)槠鹬貦C(jī)的PLC要完成起重機(jī)的各種設(shè)備之間的協(xié)調(diào)，要完成起重機(jī)運(yùn)行的工藝要求，任務(wù)繁多，如果再增加繁雜的安全監(jiān)管、事故預(yù)警等工作，將導(dǎo)致起重機(jī)PLC的負(fù)擔(dān)過(guò)重，并且由于PLC屬于順序執(zhí)行的設(shè)備，無(wú)法在執(zhí)行起重機(jī)常規(guī)任務(wù)的同時(shí)還進(jìn)行安全監(jiān)管，如果安全監(jiān)管任務(wù)量太大，則會(huì)影響起重機(jī)常規(guī)任務(wù)的執(zhí)行。所以在目前的起重機(jī)PLC控制系統(tǒng)中還是將起重機(jī)本身的工藝運(yùn)行作為側(cè)重點(diǎn)，在完成起重機(jī)的主要設(shè)備的安全狀態(tài)檢測(cè)之后則認(rèn)為起重機(jī)當(dāng)前的狀態(tài)時(shí)安全的，即開(kāi)始執(zhí)行起重機(jī)的常規(guī)工藝流程，尤其在自動(dòng)化起重機(jī)更是如此。只有在下一個(gè)循環(huán)周期執(zhí)行時(shí)才會(huì)再次檢查起重機(jī)的各種設(shè)備的安全狀態(tài)。這種工況對(duì)起重機(jī)的安全監(jiān)管的實(shí)時(shí)性是較低的。而且因?yàn)槭侵挥幸粋€(gè)主控PLC，所以任務(wù)均由該P(yáng)LC的CPU完成，沒(méi)有冗余檢測(cè)，則當(dāng)該P(yáng)LC出現(xiàn)故障時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致某些關(guān)鍵信號(hào)出現(xiàn)采集錯(cuò)誤， 會(huì)將無(wú)效的不安全信號(hào)認(rèn)為的安全的，從而導(dǎo)致檢測(cè)疏漏。另外，由于工作的側(cè)重點(diǎn)不同，起重機(jī)的PLC系統(tǒng)不會(huì)對(duì)起重機(jī)各種安全設(shè)備做復(fù)雜的連鎖檢查，主要對(duì)于每個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)行的連鎖條件滿(mǎn)足要求即會(huì)執(zhí)行操作指令。

本專(zhuān)利采用嵌入式CPU實(shí)現(xiàn)起重機(jī)危險(xiǎn)狀態(tài)監(jiān)控設(shè)備，本專(zhuān)利設(shè)備有主控模塊和遠(yuǎn)程IO模塊組成。主控模塊負(fù)責(zé)采集部分IO設(shè)備信息、溫度信息、輸出連鎖信號(hào)和進(jìn)行狀態(tài)指示，同時(shí)將采集的信息進(jìn)行分析整理儲(chǔ)存在SD卡中。主控模塊通過(guò)RS485總線(xiàn)與其他若干遠(yuǎn)程IO模塊連接，采集遠(yuǎn)程IO模塊上的數(shù)據(jù)信息。主控模塊最主要的功能是將每個(gè)遠(yuǎn)程IO模塊以及主控模塊自身采集到的信息進(jìn)行匯總、分析、統(tǒng)計(jì)根據(jù)起重機(jī)運(yùn)行的特性，做出的維護(hù)計(jì)劃報(bào)表，同時(shí)對(duì)所有輸入設(shè)備進(jìn)行總體條件分析，得出不安全的因素，在出現(xiàn)危險(xiǎn)信息以及即將出現(xiàn)的不安全信息進(jìn)行輸出顯示并同繼電器連鎖到起重機(jī)主控回路，必要時(shí)立即停止起重機(jī)所有設(shè)備的運(yùn)行，進(jìn)行安全報(bào)警。主控模塊與起重機(jī)本體PLC不做通訊連接，只通過(guò)繼電器連鎖信號(hào)交互，與主機(jī)PLC平行運(yùn)行，除必要的連鎖信號(hào)外，互不干涉。同時(shí)本專(zhuān)利設(shè)備是與起重機(jī)主控回路直接連鎖，不通過(guò)主機(jī)PLC中轉(zhuǎn)，具有高度安全性，不會(huì)因?yàn)橹鳈C(jī)PLC影響本設(shè)備的安全效果。因此本專(zhuān)利設(shè)備具有高可靠性、高穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)，從而保證了起重機(jī)整體安全性，使起重機(jī)整機(jī)運(yùn)行的危險(xiǎn)系數(shù)大幅度降低。

本專(zhuān)利每個(gè)遠(yuǎn)程IO模塊和中控器均配置PT100檢測(cè)接口，可以連接PT100溫度傳感器，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)各個(gè)部位的穩(wěn)定，可以做出高溫報(bào)警，火災(zāi)報(bào)警。在夏季起重機(jī)工作溫度會(huì)急劇上升，為了保證起重機(jī)溫度運(yùn)行，每臺(tái)起重機(jī)的電氣室都配置空調(diào)系統(tǒng)，但是空調(diào)系統(tǒng)基本不會(huì)參與到起重機(jī)主機(jī)PLC的監(jiān)控中，所以在某些情況下，空調(diào)出現(xiàn)故障時(shí)卻無(wú)法檢測(cè)到，也導(dǎo)致起重機(jī)故障頻繁，甚至設(shè)備損壞，而本專(zhuān)利設(shè)備可以完全解決該問(wèn)題。另外起重機(jī)的某些設(shè) 備如果出現(xiàn)損壞可能會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)，但是火災(zāi)除卻采用火災(zāi)報(bào)警檢測(cè)設(shè)備外，還無(wú)法有效檢測(cè)，而且除卻大型港機(jī)和造船門(mén)機(jī)外，其他起重機(jī)基本不會(huì)配置火災(zāi)報(bào)警設(shè)備。本專(zhuān)利集成了PT100模塊和煙霧探測(cè)模塊可以配合檢測(cè)火災(zāi)情況，如果探測(cè)到火災(zāi)情況，可以立即停止起重機(jī)的控制回路和動(dòng)力回路的電源，并發(fā)出報(bào)警信息，從而使操作人員及時(shí)了解火災(zāi)情況，避免損失擴(kuò)大。

本專(zhuān)利實(shí)現(xiàn)了起重機(jī)危險(xiǎn)狀態(tài)監(jiān)控設(shè)備，使起重機(jī)的安全性能有了大幅度提供，解決了起重機(jī)本體PLC無(wú)法兼顧的起重機(jī)繁瑣的安全監(jiān)測(cè)問(wèn)題，對(duì)起重機(jī)的安全因素、安全隱患、火災(zāi)報(bào)警、高溫報(bào)警有了良好的檢測(cè)和防護(hù)措施，從而有效保障起重機(jī)的安全運(yùn)行。

附圖說(shuō)明

圖1是本專(zhuān)利電氣系統(tǒng)圖。

圖2是本專(zhuān)利主控設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖。

圖3是本專(zhuān)利遠(yuǎn)程IO設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本專(zhuān)利的具體實(shí)施例。

實(shí)施例：

圖1是本專(zhuān)利的電氣系統(tǒng)圖，本專(zhuān)利采用意大利意法半導(dǎo)體工業(yè)級(jí)嵌入式CPU，型號(hào)為STM32F407，該CPU具有168MHz主頻，內(nèi)置1MB的程序存儲(chǔ)器和192kB的RAM，具有最高210MIPS的運(yùn)算速度，即每秒可以執(zhí)行210兆條指令，具有穩(wěn)定性高，工作溫度范圍高的優(yōu)點(diǎn)。主控制器以該CPU為核心與遠(yuǎn)程IO模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，同時(shí)做出數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)計(jì)、匯總等工作，綜合這些數(shù)據(jù)和當(dāng)前的實(shí)時(shí)輸入信息及時(shí)做出危險(xiǎn)判斷，在發(fā)生危險(xiǎn)狀況時(shí)，邏輯通過(guò)繼電器輸出連鎖起重機(jī)控制回路和動(dòng)力回路，使起重機(jī)立即停止運(yùn)行，同時(shí)輸出信號(hào)燈， 做出對(duì)應(yīng)的危險(xiǎn)信息顯示。

圖1中的遠(yuǎn)程IO模塊將安裝于起重機(jī)需要進(jìn)行信號(hào)采集的信號(hào)源附近，然后通過(guò)RS485總線(xiàn)連接到主控制器，將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到主控制器中。由于采集的信號(hào)較多，如果均通過(guò)電纜連接到主控制器，勢(shì)必造成電纜數(shù)量大大增加，同時(shí)電纜的數(shù)量增多，也是整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，抗干擾能力會(huì)降低，系統(tǒng)的可靠性就無(wú)法保證。所以采用遠(yuǎn)程IO模塊采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，在信號(hào)源附近設(shè)置遠(yuǎn)程IO模塊，就近采集信號(hào)，可以完全避免上述的問(wèn)題發(fā)生。而RS485通訊方式也是抗干擾能力最強(qiáng)的總線(xiàn)，僅以?xún)蓚€(gè)雙絞線(xiàn)為介質(zhì)進(jìn)行通訊，采用差分電壓進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，可以有效抑制共模干擾。

本專(zhuān)利可以設(shè)置多個(gè)遠(yuǎn)程IO模塊，對(duì)于不同情況的起重機(jī)可以靈活布置。遠(yuǎn)程IO模塊主要采集傳感器、急停開(kāi)關(guān)、門(mén)開(kāi)關(guān)、重錘限位、超速開(kāi)關(guān)等設(shè)備信息，傳感器、急停開(kāi)關(guān)、門(mén)開(kāi)關(guān)主要集中于起重機(jī)本體固定部分上，所以可以將這些信號(hào)采集到同樣遠(yuǎn)程IO模塊中，本專(zhuān)利將這些信號(hào)采集在遠(yuǎn)程IO-1模塊中。重錘限位、超速開(kāi)關(guān)等設(shè)備主要在起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)，隨小車(chē)移動(dòng)，而有的起重機(jī)有多個(gè)起升機(jī)構(gòu)和多個(gè)小車(chē)機(jī)構(gòu)，所以根據(jù)起重機(jī)不同，每個(gè)小車(chē)都設(shè)置一個(gè)遠(yuǎn)程IO模塊，這樣就可能有多個(gè)設(shè)置于小車(chē)上的遠(yuǎn)程IO，用于采集現(xiàn)場(chǎng)的重錘限位、超速開(kāi)關(guān)等設(shè)備的信息。

如圖2本專(zhuān)利主控模塊的結(jié)構(gòu)圖，本專(zhuān)利對(duì)CPU外擴(kuò)了IO模塊、RS232接口、RS-485接口、SD卡模塊、EEPROM模塊、PT100溫度檢測(cè)模塊、煙霧探測(cè)模塊。RS232接口作為外部配置接口使用，連接PC機(jī)通過(guò)超級(jí)終端可以對(duì)本設(shè)備進(jìn)行參數(shù)配置。RS-485接口連接其他遠(yuǎn)程IO模塊采用RS-485方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。SD卡模塊保存數(shù)據(jù)信息，主要包括CPU對(duì)采集到的信息進(jìn)行匯總、分析、統(tǒng)計(jì)，并根據(jù)起重機(jī)運(yùn)行的特性，做出的維護(hù)計(jì)劃報(bào)表，對(duì)所有輸入設(shè)備進(jìn)行總體條 件分析，得出不安全的因素、可能出現(xiàn)危險(xiǎn)信息等數(shù)據(jù)匯總的報(bào)表等。EEPROM模塊用于保存參數(shù)設(shè)置信息。PT100溫度檢測(cè)模塊和煙霧探測(cè)模塊可以檢測(cè)區(qū)域溫度，做出高溫報(bào)警，配合煙霧探測(cè)模塊還可以做出火災(zāi)報(bào)警。IO模塊負(fù)責(zé)控制輸出繼電器動(dòng)作，同時(shí)也可以控制報(bào)警指示燈的顯示，另外也可以采集本地附近的輸入信號(hào)。

圖3是本專(zhuān)利遠(yuǎn)程IO設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖。包括擴(kuò)展CPU、IO模塊、RS-485接口、PT100溫度檢測(cè)模塊、煙霧探測(cè)模塊。遠(yuǎn)程IO模塊同樣具有CPU，CPU不僅是為了實(shí)現(xiàn)與主控制器的通訊，同時(shí)也具有將本地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行換算、轉(zhuǎn)化的功能，可以降低主控制器CPU的工作負(fù)荷，同時(shí)也可以將一些報(bào)警信息本地化，可以不用主控制器參與，將本地采集的一些信號(hào)進(jìn)行匯總分析，直接作出最終結(jié)果，匯總給主控制器。有效減少主控制器的運(yùn)算量。IO模塊可以連接限位開(kāi)關(guān)、傳感器等輸入設(shè)備。RS-485接口連接主控制器，實(shí)現(xiàn)與主控制器間的數(shù)據(jù)交換。PT100溫度檢測(cè)模塊和煙霧探測(cè)模塊可以檢測(cè)區(qū)域溫度，做出高溫報(bào)警，配合煙霧探測(cè)模塊還可以做出火災(zāi)報(bào)警。