專利名稱：多功能塔式起重機(jī)安全控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子信息智能化技術(shù)在建筑機(jī)械相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用，尤其涉及一種多功能塔式起重機(jī)安全控制系統(tǒng)，它能夠?qū)崿F(xiàn)塔式起重機(jī)的安全保護(hù)、工作參數(shù)實(shí)時(shí)記錄、歷史事件順序記錄、載荷消擺智能控制、歷史事件回放、數(shù)據(jù)通信等功能。
背景技術(shù)：
塔式起重機(jī)(簡(jiǎn)稱塔機(jī))是工業(yè)和民用建筑施工中的重要設(shè)備，具有工作效率高，使用范圍廣，操作容易，安裝拆卸簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。近年來(lái)，建筑業(yè)的迅速發(fā)展，為塔式起重機(jī)的發(fā)展創(chuàng)造了前所未有的發(fā)展機(jī)會(huì)，但同時(shí)也提出了挑戰(zhàn)，塔機(jī)安全事故隨著起重機(jī)數(shù)量的猛增而頻繁發(fā)生。雖然我國(guó)對(duì)塔機(jī)及其配套件實(shí)行了產(chǎn)品生產(chǎn)制造證、準(zhǔn)用證、推廣證、安全證制度，但塔機(jī)的安全事故仍然不能避免。為此，減少塔機(jī)事故、提高塔機(jī)安全性能和作業(yè)效率迫在眉睫。國(guó)家有關(guān)部門強(qiáng)制在塔機(jī)上使用安全保護(hù)裝置。這些安全裝置包括力矩限制器、起重載荷限制器、幅度限位器、回轉(zhuǎn)限位器和高度限位器等。GB9462-1999《塔式起重機(jī)技術(shù)條件》和GB5144-1994《塔式起重機(jī)安全規(guī)程》等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)限制器的各項(xiàng)性能和要求都作了明確規(guī)定。
力矩限制器的研制始于50年代后期，主要經(jīng)歷了機(jī)械式、電子模擬式、數(shù)字式及微機(jī)控制式。我國(guó)從70年代末80年代初開始研制起重機(jī)載荷和力矩限制器，相繼推出了一些產(chǎn)品。比較有影響的有北京三發(fā)高科技實(shí)業(yè)總公司的LX系列力矩限制器，葛洲壩水電學(xué)院研制的力矩限制器限制器，大連工程機(jī)械研究所的AMLU-1型力矩限制器和長(zhǎng)沙浦沅電子安全信息技術(shù)開發(fā)有限公司的ACS系列起重力矩限制器等。應(yīng)該看到，機(jī)械類限制器工作可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，損壞率低，保修方便，保修費(fèi)用低，但是無(wú)顯示裝置和自檢能力等。
然而隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能儀表技術(shù)及傳感器技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)今起重機(jī)用戶已越來(lái)越不滿足于起重機(jī)僅僅擁有載荷、力矩限制功能，他們希望獲得更多關(guān)于起重機(jī)狀態(tài)的準(zhǔn)確信息，包括起升高度、風(fēng)速、起升角度、工作幅度等信息；并希望起重機(jī)具有較強(qiáng)的自動(dòng)控制功能及自診斷能力和智能化程度，以降低操作和維護(hù)的勞動(dòng)負(fù)擔(dān)并保證起重機(jī)的安全。起重機(jī)設(shè)備制造廠商及其他研究單位也順應(yīng)用戶的需求開始開發(fā)以微型計(jì)算機(jī)為核心的數(shù)字式起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)。南京電子技術(shù)研究所、重慶建筑大學(xué)等單位都研制了可對(duì)塔機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的產(chǎn)品。
但是，從目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)狀況來(lái)看，塔機(jī)的智能化方面還處于起步階段。就電子類限制器而言，雖然有顯示裝置，有預(yù)警信號(hào)，自檢功能好，但根據(jù)調(diào)查顯示，目前電子類限制器的完好率僅占調(diào)查抽樣的34.7％，無(wú)故障連續(xù)工作不足一年的達(dá)81.4％。國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的最主要問(wèn)題是可靠性問(wèn)題，在解決可靠性前提下還需提高整機(jī)性能及完善系統(tǒng)功能。另一方面，當(dāng)前國(guó)內(nèi)研制的“黑匣子”產(chǎn)品大都采用8位MCS-51單片機(jī)的系統(tǒng)，對(duì)內(nèi)存的管理能力及存儲(chǔ)設(shè)備的容量都十分有限，功能大多較單一；大都普遍缺乏強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)分析軟件的配合，龐大的數(shù)據(jù)顯示起來(lái)很不直觀，難以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行具體分析；而且能把限制器功能、安全監(jiān)控和智能操作這三項(xiàng)功能結(jié)合在一起監(jiān)控裝置在國(guó)內(nèi)還未見報(bào)道過(guò)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是解決上述問(wèn)題，提供一種集多種限制器功能、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄、動(dòng)作事件記錄、數(shù)據(jù)分析、載荷消擺智能控制、歷史事件回放、數(shù)據(jù)通信等功能于一體的多功能塔式起重機(jī)安全控制系統(tǒng)，它除了具有數(shù)據(jù)記錄的黑匣子功能以外，還將各種限制器的功能以及包括消擺控制、最佳路徑選擇等智能操作的功能也集成在一起，不但取代傳統(tǒng)的各種限制器，還能使得大型塔機(jī)主鉤在滿載時(shí)根據(jù)給定目的地，實(shí)現(xiàn)載荷啟動(dòng)和定位時(shí)的消擺控制，并選擇最佳路線和最佳速度曲線運(yùn)行，在輕載和空鉤時(shí)高速運(yùn)行，提高工作效率。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種多功能塔式起重機(jī)安全控制系統(tǒng)，它包括控制電路和系統(tǒng)軟件。所述控制電路由微處理器模塊、傳感器及信號(hào)調(diào)理模塊、繼電器模塊、鍵盤與液晶顯示模塊、通信模塊構(gòu)成；微處理器模塊與其它模塊分別相連并安裝在一個(gè)盒體內(nèi)，傳感器通過(guò)電纜與盒體相連所述軟件以嵌入式操作系統(tǒng)μCOS-II為平臺(tái)，將整個(gè)系統(tǒng)功能分解成多個(gè)任務(wù)，通過(guò)多任務(wù)調(diào)度完成整個(gè)系統(tǒng)控制。包括數(shù)據(jù)采集，載荷起升高度、幅度和回轉(zhuǎn)角以及力矩的計(jì)算，載荷的消擺控制，并將原始數(shù)據(jù)和處理結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)和分析、與管理計(jì)算機(jī)通信。
所述微處理器模塊的微處理器采用ARM芯片，其外圍電路還包括程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、用以進(jìn)行開關(guān)量輸入和模擬量輸入的輸入通道、用以進(jìn)行開關(guān)量和模擬量輸出的輸出通道、鍵盤顯示接口、實(shí)時(shí)時(shí)鐘。
所述傳感器及信號(hào)調(diào)理模塊，包括安裝在起重機(jī)相應(yīng)部位的重力傳感器、幅度傳感器、高度傳感器、電流電壓傳感器、風(fēng)力傳感器和傾斜角傳感器，調(diào)理電路把電流、電壓、重力等信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波，差分放大整形后變成0-3V模擬量，把幅度、高度等信號(hào)通過(guò)光電開關(guān)變成脈沖量，通過(guò)扁平電纜接入微處理模塊的輸入通道。輸入通道分為模擬輸入和開關(guān)量輸入、脈沖輸入。
所述繼電器模塊包括中間繼電器、輸入插座和接線端子；各繼電器通過(guò)輸入插座連接扁平電纜與微處理器模塊連接，微處理器模塊通過(guò)輸出命令控制繼電器的動(dòng)作；繼電器觸點(diǎn)通過(guò)接線端子與起重機(jī)電控箱相連來(lái)控制接觸器的動(dòng)作，從而控制塔機(jī)的提升、回轉(zhuǎn)、變幅電機(jī)的啟停。
所述鍵盤與液晶顯示模塊，包括安裝在面板上的多個(gè)功能鍵和圖形液晶顯示屏及其驅(qū)動(dòng)電路；鍵盤與液晶顯示模塊與微處理器模塊通過(guò)扁平電纜連接；液晶顯示屏以漢字菜單方式在主頁(yè)面顯示塔機(jī)的載荷重量、高度、幅度、力矩等實(shí)時(shí)工作參數(shù)，其它頁(yè)面還能顯示順序記錄的事件，完成保護(hù)參數(shù)設(shè)定、時(shí)間修改、消擺控制使能、寫U盤等一系列操作。
所述通信模塊，包括USB接口和RS232接口，USB接口可直接連接常規(guī)U盤，通過(guò)菜單完成對(duì)歷史數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)存，RS232接口連接到PC計(jì)算機(jī)，完成歷史數(shù)據(jù)的通信；在PC計(jì)算機(jī)上通過(guò)RS232通信或U盤獲取原始?xì)v史數(shù)據(jù)，專用軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，完成事故回放，故障分析，數(shù)據(jù)曲線顯示、打印功能等。
所述程序存貯器是由非易失的FLASH存儲(chǔ)器構(gòu)成；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器則分別由RAM和FLASH組成，每當(dāng)出現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作事件，比如力矩超限、電源掉電、倒塔事故發(fā)生等，則執(zhí)行把RAM中的數(shù)據(jù)保存到FLASH中，以防掉電數(shù)據(jù)丟失。
所述多任務(wù)包括模擬量數(shù)據(jù)輸入、開關(guān)量輸入、模擬量數(shù)據(jù)輸出、開關(guān)量輸出、安全保護(hù)、消擺控制、順序發(fā)生事件記錄、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)存、人機(jī)接口和通信任務(wù)。
所述載荷的消擺控制，采用開環(huán)控制的雙脈沖算法，具體方法是首先通過(guò)傳感器檢測(cè)并計(jì)算出繩長(zhǎng)l，計(jì)算出擺振周期T=2πlg]]>，變幅和回轉(zhuǎn)都會(huì)產(chǎn)生擺振，消除的辦法是啟動(dòng)后延時(shí)半個(gè)擺振周期立即停止，再過(guò)半個(gè)擺振周期T/2后重新啟動(dòng)電機(jī)。
本發(fā)明的安全保護(hù)功能是通過(guò)載荷重量、力矩、高度、幅值及回轉(zhuǎn)角度的計(jì)算，然后計(jì)算值和給定值相比較，當(dāng)大于設(shè)定的額定值時(shí)發(fā)出相應(yīng)命令，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)載荷重量、力矩、高度、幅度、回轉(zhuǎn)限位等限制器的保護(hù)功能。在力矩保護(hù)中，根據(jù)規(guī)定當(dāng)計(jì)算力矩大于額定值50％時(shí)，變幅小車由高速轉(zhuǎn)成次高速，達(dá)80％以上時(shí)給出報(bào)警，大于106％時(shí)則切斷提升電源并只允許變幅小車向內(nèi)行駛；在重量限位保護(hù)中，載荷達(dá)到設(shè)定的額定值50％以上時(shí)，不允許高速提升，達(dá)到80％以上則給出報(bào)警，大于106％時(shí)切斷提升電源，只允許下降操作。
本發(fā)明的多功能塔式起重機(jī)安全控制系統(tǒng)，采用了嵌入式系統(tǒng)軟件和硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)理念，采用了模塊化的設(shè)計(jì)思想，功能配置、擴(kuò)展方便。在軟件平臺(tái)的設(shè)計(jì)中，采用嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)μCOS-II對(duì)系統(tǒng)的多任務(wù)進(jìn)行調(diào)度和管理，滿足了其實(shí)時(shí)性和擴(kuò)展性要求。該平臺(tái)不僅可以在塔式起重機(jī)上應(yīng)用，還可以在通用DDC(Direct Digital Control)、智能儀器儀表等其它場(chǎng)合應(yīng)用。
本發(fā)明的有益效果是(1)在塔機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，各種限制器功能保障設(shè)備安全運(yùn)行。
(2)在塔機(jī)的使用和維護(hù)過(guò)程中，可利用記錄的數(shù)據(jù)快速準(zhǔn)確地判明塔機(jī)的故障、塔機(jī)的工作性能及其變化趨勢(shì)，以便制定合理的維修周期和維修重點(diǎn)。
(3)當(dāng)塔機(jī)出現(xiàn)事故時(shí)，可根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)分析事故原因，分清責(zé)任。
(4)在新型塔機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，可充分利用樣機(jī)上所記錄的大量數(shù)據(jù)來(lái)指導(dǎo)塔機(jī)設(shè)計(jì)，使塔機(jī)具有更好的安全性能和經(jīng)濟(jì)性能。
(5)在塔機(jī)的試驗(yàn)過(guò)程中，可利用記錄的數(shù)據(jù)分析、排除故障，消除塔機(jī)上的各種隱患。
(6)載荷消擺功能可極大提高塔機(jī)的運(yùn)行效率，減少操作工人的操作頻度。
(7)在操縱工人的培訓(xùn)中，可利用記錄數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)定操縱工人的技能，確保培訓(xùn)質(zhì)量。
本發(fā)明的功能如下1)數(shù)據(jù)記錄功能在塔機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，以10毫秒為采樣周期實(shí)時(shí)采集并記錄塔機(jī)的工作參數(shù)，主要包括載重量、電流電壓、風(fēng)速等。用于計(jì)算高度，幅度和回轉(zhuǎn)角的脈沖信號(hào)采用中斷進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)結(jié)果每10毫秒存儲(chǔ)一次。在塔機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，實(shí)時(shí)記錄塔機(jī)的提升、下降、回轉(zhuǎn)、變幅等主要操作過(guò)程；記錄載荷提升高度、幅度值、回轉(zhuǎn)角度、起重力矩等工作參數(shù)。始終保持最新20分鐘左右(根據(jù)內(nèi)存容量可變)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄，當(dāng)出現(xiàn)停電或塔機(jī)傾倒則停止數(shù)據(jù)記錄并將記錄的數(shù)據(jù)和事件轉(zhuǎn)存入FLASH中。
2)動(dòng)作事件順序記錄功能按時(shí)間順序記錄工作過(guò)程中發(fā)生的重要?jiǎng)幼魇录?，包括塔機(jī)的操作(提升、變幅和回轉(zhuǎn)等)和安全保護(hù)事件。記錄發(fā)生事件的類型、時(shí)刻及其相關(guān)參數(shù)，最多可記錄256個(gè)事件。
3)安全保護(hù)功能利用黑匣子的智能判斷實(shí)現(xiàn)塔機(jī)多種安全限制器的功能，如力矩限制、起重量限制、高度限制、幅度限制和回轉(zhuǎn)角限制等。
4)數(shù)據(jù)分析與事故回放功能利用裝置提供的USB接口以文件形式將數(shù)據(jù)寫入U(xiǎn)盤或利用RS232接口與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信將記錄數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦芾碛?jì)算機(jī)，再利用“塔式起重機(jī)安全分析系統(tǒng)”軟件，對(duì)記錄的事件和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以曲線方式顯示記錄數(shù)據(jù)，以動(dòng)畫方式回放歷史操作過(guò)程。
5)實(shí)時(shí)顯示功能液晶屏幕實(shí)時(shí)顯示塔機(jī)工作的關(guān)鍵參數(shù)(載荷重量、力矩、幅度、回轉(zhuǎn)角度)和主要操作(提升、回轉(zhuǎn)、變幅)。用戶可通過(guò)鍵盤設(shè)置參數(shù)或切換不同的顯示界面。屏幕主畫面顯示提升、回轉(zhuǎn)、變幅三機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)，同時(shí)實(shí)時(shí)顯示載荷的重量值，變幅小車工作幅度值以及塔機(jī)承受的力矩值。一旦有報(bào)警事件，畫面自動(dòng)切換到報(bào)警畫面，顯示此時(shí)的事件類型、發(fā)生時(shí)刻及相關(guān)參數(shù)，直到操作人員按鍵才能切換到主畫面。
6)載荷消擺載荷回轉(zhuǎn)和變幅時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)完成其消擺控制，提高工作效率。


圖1是本發(fā)明控制電路結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本發(fā)明微處理器模塊結(jié)構(gòu)圖；圖3是傳感器信號(hào)調(diào)理原理圖；圖4是傳感器區(qū)分電機(jī)正反轉(zhuǎn)的原理示意圖；圖5是傳感器安裝位置示意圖；圖6是USB接口原理圖；圖7是載荷消擺原理示意圖；圖8是塔機(jī)數(shù)據(jù)分析與事故回放軟件界面。
其中，1、高度傳感器，2、回轉(zhuǎn)傳感器，3、重量傳感器，4、變幅傳感器。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1中，本發(fā)明的控制電路由微處理器模塊、傳感器及信號(hào)調(diào)理模塊、繼電器模塊、鍵盤與液晶顯示模塊等構(gòu)成；微處理器模塊作為主模塊與其它模塊通過(guò)扁平電纜相連接；傳感器模塊與現(xiàn)場(chǎng)的傳感器通過(guò)屏蔽電纜連接；繼電器模塊與電控箱通過(guò)屏蔽電纜連接。
圖2中，本發(fā)明的微處理器模塊中主處理器采用ARM芯片(AT91M55800A)，它是基于ARM7嵌入式微處理器的16/32位微控制器，其內(nèi)核為高性能的32位RISC(精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī))體系結(jié)構(gòu)，并具有高密度的16位指令集和極低的功耗，內(nèi)嵌了8通道10位ADC、2通道10位DAC和6通道16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，8KB片內(nèi)SRAM，58個(gè)I/O口，ARM處理器資源豐富、處理能力強(qiáng)，具有很高的性能價(jià)格比。外圍電路中的程序存儲(chǔ)器采用FLASH存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分為隨機(jī)存儲(chǔ)器和非易失存儲(chǔ)器，其中非易失存貯器采用FLASH存儲(chǔ)器。USB接口可直接通用U盤用來(lái)轉(zhuǎn)存記憶的數(shù)據(jù)，另外提供了標(biāo)準(zhǔn)的RS232通信接口。
圖3中，本發(fā)明的傳感器調(diào)理模塊包擴(kuò)脈沖量信號(hào)調(diào)理和模擬量信號(hào)調(diào)理。本發(fā)明中的高度、幅度、回轉(zhuǎn)角度都是采用光電開關(guān)作為傳感器，設(shè)計(jì)的孔板與電機(jī)輸出軸相連，隨著電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)輸出一系列脈沖信號(hào)。為了克服現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)機(jī)的干擾和傳輸線路上的干擾，除了增加光電隔離以外還設(shè)計(jì)了差分電路。本發(fā)明中的重量傳感器采用壓力傳感器，輸出為小電壓信號(hào)，其調(diào)理電路采用儀用放大器并采用差分輸入，進(jìn)一步提高其抗干擾能力。
圖4中，本發(fā)明中檢測(cè)高度、幅度、回轉(zhuǎn)角度的傳感器采用雙光電開關(guān)來(lái)判斷運(yùn)動(dòng)方向，通過(guò)調(diào)整孔板的安裝位置使得兩個(gè)脈沖滿足圖4所示關(guān)系，微處理器對(duì)通道A采用中斷方式對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，B通道則作為開關(guān)量輸入，當(dāng)A脈沖的中斷到來(lái)時(shí)，A通道為高電平，此時(shí)中斷服務(wù)程序要同時(shí)判斷B脈沖的電平，若A為高電平且B為低電平則為正轉(zhuǎn)，反之，若A為高電平同時(shí)B為高電平則為反轉(zhuǎn)。
圖5中，本發(fā)明中的傳感器包括重量傳感器3、高度傳感器1、變幅傳感器4、回轉(zhuǎn)傳感器2、風(fēng)速傳感器等，重量傳感器3安裝在滑輪軸上，承受繩索的壓力與重量成正比；高度、變幅、回轉(zhuǎn)傳感器分別安裝在提升、變幅、回轉(zhuǎn)電機(jī)附近。以上傳感器分別通過(guò)屏蔽電纜連接到駕駛室內(nèi)的控制主機(jī)。
圖6中，USB接口電路的芯片采用ISP1160，ISP1160是一款兼容USB 2.0版規(guī)范的USB主控制器，其下行口可以與具有上行口的USB設(shè)備連接，用于轉(zhuǎn)存記錄的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)在U盤記錄的數(shù)據(jù)以文件形式存儲(chǔ)，每次寫U盤形成的文件是自動(dòng)以存盤時(shí)刻的日歷信息作為文件名，例如，2006年12月10日19點(diǎn)20分存儲(chǔ)的文件名為R06CAJ20.dat，其中R表示記錄數(shù)據(jù)，06為年份-C為月-A日-J時(shí)-20分。
圖7中，載荷啟動(dòng)(例如變幅)會(huì)產(chǎn)生擺角如圖a所示，為了消除這一擺角只需啟動(dòng)后暫停小車的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)載荷越過(guò)圖b位置擺到圖c位置時(shí)，再次啟動(dòng)小車則小車同載荷一起無(wú)擺角勻速運(yùn)動(dòng)。載荷停止時(shí)的消擺策略與以上策略類似。
圖8是該發(fā)明中的數(shù)據(jù)分析軟件系統(tǒng)，在計(jì)算機(jī)Windows系統(tǒng)中下以正視圖和俯視圖的方式給出了塔機(jī)的結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)接收來(lái)自232串口或U盤中記錄的數(shù)據(jù)。根據(jù)數(shù)據(jù)可以動(dòng)畫的方式完成塔機(jī)記錄的某一段時(shí)間的操作過(guò)程回放，可直觀地看到過(guò)去某時(shí)刻塔機(jī)進(jìn)行的操作，同時(shí)該時(shí)刻重物的高度、重量、回轉(zhuǎn)角度、力矩等實(shí)時(shí)參數(shù)也顯示在屏幕上，載荷曲線反映的是實(shí)時(shí)力矩與塔機(jī)允許的最大力矩之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。歷史曲線功能還可單獨(dú)查看重量、高度、力矩等曲線。事件記錄功能可以記錄多達(dá)256條歷史事件，塔機(jī)每進(jìn)行的一個(gè)動(dòng)作，例如提升、回轉(zhuǎn)、力矩限制、高度限制等，都以歷史事件的方式進(jìn)行記載，每條事件除了包含動(dòng)作類型、動(dòng)作時(shí)刻以外，還包含相關(guān)參數(shù)，比如，提升操作所提升重物的重量等。
將嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)μCOS-II移植到塔機(jī)安全控制系統(tǒng)的軟件中，是本發(fā)明的一個(gè)重點(diǎn)。μCOS-II可以支持64個(gè)任務(wù)，在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，針對(duì)多功能塔機(jī)安全控制系統(tǒng)的實(shí)際情況，按照任務(wù)劃分原則，把應(yīng)用軟件分成九個(gè)用戶任務(wù)和4個(gè)中斷。4個(gè)中斷分別為脈沖計(jì)數(shù)、A/D、串口通信和定時(shí)器中斷。本系統(tǒng)分成的9個(gè)任務(wù)模塊是模擬量數(shù)據(jù)輸入、開關(guān)量輸入、脈沖量輸入、數(shù)據(jù)量輸出、模擬量輸出、事件記錄、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)存、人機(jī)接口和通信等子任務(wù)。高度、幅度和回轉(zhuǎn)角的測(cè)量都是使用脈沖計(jì)數(shù)傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，測(cè)量原理相似，將脈沖的采集與處理用一個(gè)脈沖量輸入任務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)；力矩與重量和幅值有關(guān)，將重量的采集和處理、力矩的計(jì)算歸為模擬量輸入任務(wù)實(shí)現(xiàn)；控制三個(gè)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)功能類似，用一個(gè)數(shù)字量輸出任務(wù)實(shí)現(xiàn)；人機(jī)接口任務(wù)包括按鍵操作與顯示；動(dòng)作事件或事故發(fā)生時(shí)，事件記錄任務(wù)負(fù)責(zé)記錄相關(guān)參數(shù)，并在必要時(shí)轉(zhuǎn)存FLASH，由歷史數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存任務(wù)實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種多功能塔式起重機(jī)安全控制系統(tǒng)，它包括控制電路和系統(tǒng)軟件，其特征是所述控制電路由微處理器模塊、傳感器及信號(hào)調(diào)理模塊、繼電器模塊、鍵盤與液晶顯示模塊、通信模塊構(gòu)成；微處理器模塊與其它模塊分別相連并安裝在一個(gè)盒體內(nèi)，傳感器通過(guò)電纜與盒體相連；所述軟件以嵌入式操作系統(tǒng)μCOS-II為平臺(tái)，將整個(gè)系統(tǒng)功能分解成多個(gè)任務(wù)，通過(guò)多任務(wù)調(diào)度完成整個(gè)系統(tǒng)控制，包括數(shù)據(jù)采集、載荷起升高度、幅度和回轉(zhuǎn)角以及力矩的計(jì)算、載荷的消擺控制，并將原始數(shù)據(jù)和處理結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)和分析、與管理計(jì)算機(jī)通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能塔式起重機(jī)安全控制系統(tǒng)，其特征是所述微處理器模塊的微處理器采用ARM芯片，其外圍電路還包括程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、用以進(jìn)行開關(guān)量輸入和模擬量輸入的輸入通道、用以進(jìn)行開關(guān)量和模擬量輸出的輸出通道、鍵盤顯示接口、實(shí)時(shí)時(shí)鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能塔式起重機(jī)安全控制系統(tǒng)，其特征是所述傳感器及信號(hào)調(diào)理模塊，包括安裝在起重機(jī)相應(yīng)部位的重力傳感器、幅度傳感器、高度傳感器、電流電壓傳感器、風(fēng)力傳感器和傾斜角傳感器，調(diào)理電路把電流、電壓、重力等信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波，差分放大整形后變成0-3V模擬量，把幅度、高度等信號(hào)通過(guò)光電開關(guān)變成脈沖量，通過(guò)扁平電纜接入微處理模塊的輸入通道。輸入通道分為模擬輸入和開關(guān)量輸入、脈沖輸入。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能塔式起重機(jī)安全控制系統(tǒng)，其特征是所述繼電器模塊包括中間繼電器，輸入插座和接線端子；各繼電器通過(guò)輸入插座連接扁平電纜與微處理器模塊連接，微處理器模塊通過(guò)輸出命令控制繼電器的動(dòng)作；繼電器觸點(diǎn)通過(guò)接線端子與起重機(jī)電控箱相連來(lái)控制接觸器的動(dòng)作，從而控制塔機(jī)的提升、回轉(zhuǎn)、變幅電機(jī)的啟停。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能塔式起重機(jī)安全控制系統(tǒng)，其特征是所述鍵盤與液晶顯示模塊，包括安裝在面板上的多個(gè)功能鍵和圖形液晶顯示屏及其驅(qū)動(dòng)電路；鍵盤與液晶顯示模塊與微處理器模塊通過(guò)扁平電纜連接；液晶顯示屏以漢字菜單方式在主頁(yè)面顯示塔機(jī)的載荷重量、高度、幅度、力矩等實(shí)時(shí)工作參數(shù)，其它頁(yè)面還能顯示順序記錄的事件，完成保護(hù)參數(shù)設(shè)定、時(shí)間修改、消擺控制使能、寫U盤等一系列操作。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能塔式起重機(jī)安全控制系統(tǒng)，其特征是所述通信模塊，包括USB接口和RS232接口，USB接口可直接連接常規(guī)U盤，通過(guò)菜單完成對(duì)歷史數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)存，RS232接口連接到PC計(jì)算機(jī)，完成歷史數(shù)據(jù)的通信；在PC計(jì)算機(jī)上通過(guò)RS232通信或U盤獲取原始?xì)v史數(shù)據(jù)，專用軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，完成事故回放，故障分析，數(shù)據(jù)曲線顯示、打印功能等。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多功能塔式起重機(jī)安全控制系統(tǒng)，其特征是所述程序存貯器是由可帶電擦除的FLASH存儲(chǔ)器構(gòu)成；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器則分別由RAM和FLASH組成，每當(dāng)出現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作事件，則執(zhí)行把RAM中的數(shù)據(jù)保存到FLASH中，以防掉電數(shù)據(jù)丟失。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能塔式起重機(jī)安全控制系統(tǒng)，其特征是所述多任務(wù)包括模擬量數(shù)據(jù)輸入、開關(guān)量輸入、模擬量數(shù)據(jù)輸出、開關(guān)量輸出、安全保護(hù)、消擺控制、順序發(fā)生事件記錄、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)存、人機(jī)接口和通信任務(wù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能塔式起重機(jī)安全控制系統(tǒng)，其特征是所述載荷的消擺控制，采用開環(huán)控制的雙脈沖算法，具體方法是首先通過(guò)傳感器檢測(cè)并計(jì)算出繩長(zhǎng)l，計(jì)算出擺振周期T=2πlg,]]>變幅和回轉(zhuǎn)都會(huì)產(chǎn)生擺振，消除的辦法是啟動(dòng)后延時(shí)半個(gè)擺振周期立即停止，再過(guò)半個(gè)擺振周期T/2后重新啟動(dòng)電機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多功能塔式起重機(jī)安全控制系統(tǒng)。它解決了現(xiàn)有起重機(jī)安全控制系統(tǒng)功能單一，無(wú)法有效對(duì)起重機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和處理，安全性較差等問(wèn)題，具有集多個(gè)功能于一體，能有效對(duì)起重機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，提高其運(yùn)行安全性等優(yōu)點(diǎn)。其結(jié)構(gòu)為它包括控制電路和系統(tǒng)軟件?？刂齐娐酚晌⑻幚砥髂K、傳感器及信號(hào)調(diào)理模塊、繼電器模塊、鍵盤與液晶顯示模塊、通信模塊構(gòu)成；微處理器模塊與其它模塊分別相連并安裝在一個(gè)盒體內(nèi)，傳感器通過(guò)電纜與盒體相連；軟件以嵌入式操作系統(tǒng)μCOS－II為平臺(tái)，將整個(gè)系統(tǒng)功能分解成多個(gè)任務(wù)，通過(guò)多任務(wù)調(diào)度完成整個(gè)系統(tǒng)控制。
文檔編號(hào)B66C13/22GK1986374SQ200610070800
公開日2007年6月27日 申請(qǐng)日期2006年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月19日
發(fā)明者張桂青, 汪明, 王積永, 申斌, 閻巧 申請(qǐng)人:山東建筑大學(xué)