專利名稱：一種用于冶金起重機(jī)的斷軸保護(hù)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及應(yīng)用在冶金起重機(jī)上的行星減速器低速和高速軸的轉(zhuǎn)速監(jiān)控、斷 軸檢測(cè)、超速報(bào)警的一種冶金起重機(jī)斷軸保護(hù)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
由于冶金起重機(jī)吊運(yùn)液態(tài)金屬，所以對(duì)其運(yùn)行可靠性要求非常高，為了保證出現(xiàn) 故障情況下仍然可以將短時(shí)帶病工作，通常都將起升減速器采用行星減速器，使用雙電動(dòng) 機(jī)，雙鋼絲繩卷筒工作。這樣在其中一臺(tái)電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，另一臺(tái)電動(dòng)機(jī)仍然可以獨(dú)立完 成工作。但帶來(lái)的問(wèn)題是如果減速器的任何一根軸發(fā)生斷裂都將使系統(tǒng)失控，載荷將會(huì)發(fā) 生墜落事故。為了避免此類事故發(fā)生，在減速器的高速軸和低速軸都安裝有制動(dòng)器，但低速 軸的制動(dòng)器有著巨大的制動(dòng)力矩，如果頻繁工作將可能造成型的機(jī)械損傷，帶來(lái)新 的隱患。 所以目前都將低速軸的制動(dòng)器作為安全制動(dòng)器使用，只在發(fā)生超速或斷軸等非常情況下投 入。目前應(yīng)用斷軸檢測(cè)的監(jiān)控系統(tǒng)都不十分理想，普遍存在靈敏度低、誤動(dòng)作率高、維 護(hù)困難等缺點(diǎn)，并且基本都不具備人機(jī)界面，系統(tǒng)工作狀態(tài)無(wú)法直接了解。
發(fā)明內(nèi)容為了克服上述斷軸監(jiān)控系統(tǒng)的弊端，本實(shí)用新型提供一種用于冶金起重機(jī)的全新 的斷軸保護(hù)系統(tǒng)。該斷軸保護(hù)系統(tǒng)不僅可以完成常規(guī)的超速報(bào)警、高低軸速度監(jiān)控、斷軸監(jiān) 控功能，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了人機(jī)界面、故障時(shí)的系統(tǒng)狀態(tài)記錄、故障時(shí)的重要參數(shù)曲線記錄的功 能。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種用于冶金起重機(jī)的斷軸保護(hù)系統(tǒng)，該斷軸保護(hù)系統(tǒng)包括光電耦合數(shù)據(jù)編碼器 數(shù)據(jù)采集電路、編碼器數(shù)據(jù)解碼模塊、高速計(jì)數(shù)模塊、主控單元、顯示單元、存儲(chǔ)單元、IO單 元，其特征在于光電耦合編碼器數(shù)據(jù)采集電路與編碼器數(shù)據(jù)解碼模塊相連；高速計(jì)數(shù)模 塊與編碼器數(shù)據(jù)解碼模塊相連；高速計(jì)數(shù)模塊、顯示單元、存儲(chǔ)單元都分別與主控單元相 連；4個(gè)高速計(jì)數(shù)模塊負(fù)責(zé)將編碼器數(shù)據(jù)解碼模塊的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，分別為兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的 轉(zhuǎn)速采集和兩部鋼絲繩卷筒的轉(zhuǎn)速采集數(shù)據(jù)；編碼器接口的光電耦合電路，光耦的響應(yīng)時(shí) 間不大于35微秒。該斷軸保護(hù)系統(tǒng)包括光電耦合數(shù)據(jù)編碼器數(shù)據(jù)采集電路、編碼器數(shù)據(jù)解碼模塊、 4個(gè)高速計(jì)數(shù)模塊、主控單元、顯示單元、存儲(chǔ)單元、IO單元，其中光電耦合編碼器數(shù)據(jù)采集 電路與編碼器數(shù)據(jù)解碼模塊相連；高速計(jì)數(shù)模塊與編碼器數(shù)據(jù)解碼模塊相連；高速計(jì)數(shù)模 塊、顯示單元、存儲(chǔ)單元都分別與主控單元相連；編碼器數(shù)據(jù)解碼模塊，負(fù)責(zé)對(duì)編碼器的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，轉(zhuǎn)換為高速計(jì)數(shù)模塊可以 識(shí)別的脈沖；高速計(jì)數(shù)模塊負(fù)責(zé)將編碼器數(shù)據(jù)解碼模塊的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)；高速計(jì)數(shù)模塊共4個(gè)，分別為兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速采集和兩部鋼絲繩卷筒的轉(zhuǎn)速采集數(shù)據(jù)。主控單元將實(shí)時(shí)采集高速計(jì)數(shù)模塊的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)比較兩部鋼絲繩卷筒的速度偏差、鋼絲繩卷筒與電動(dòng)機(jī)之間的速度偏差，其中任何一個(gè)偏差超過(guò)設(shè)定的閥值時(shí)(如5% ) 則立即實(shí)施保護(hù)，通過(guò)IO單元輸出故障信號(hào)。另外主控單元還將完成采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)記 錄、顯示、人機(jī)界面處理等功能。本發(fā)明的有益效果是克服了以往斷軸監(jiān)控系統(tǒng)的維護(hù)困難、動(dòng)作不可靠的缺點(diǎn)， 增加了人機(jī)界面使系統(tǒng)維護(hù)更容易，系統(tǒng)狀態(tài)觀測(cè)十分明晰，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了故障實(shí)時(shí)存 儲(chǔ)，故障時(shí)的系統(tǒng)狀態(tài)、主要參數(shù)曲線的存儲(chǔ)功能，不需要針對(duì)每臺(tái)起重機(jī)編制特殊的故障 檢測(cè)程序，既方便了用戶的使用，也使產(chǎn)品的售后服務(wù)和升級(jí)變得十分簡(jiǎn)單。

圖1是本實(shí)用新型的系統(tǒng)整體連接示意圖。圖2是本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實(shí)用新型的光電耦合編碼器數(shù)據(jù)采集電路圖。圖4是本實(shí)用新型的編碼器解碼模塊電路圖。圖5a是本實(shí)用新型的一片(四位)計(jì)數(shù)模塊電路圖。圖5b是本實(shí)用新型的8位計(jì)數(shù)模塊電路圖
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施例。實(shí)施例1.圖3顯示了編碼器接口的光電耦合電路。由于編碼器的輸出頻率很高，按照選 用8級(jí)交流異步電動(dòng)機(jī)，選用每圈1024個(gè)脈沖的增量編碼器來(lái)計(jì)算，則需要的響應(yīng)時(shí)間不 能大于70微秒，而為了系統(tǒng)的穩(wěn)定和可靠，光耦的響應(yīng)時(shí)間至少低于要求的1/2才可以，即 光耦的響應(yīng)時(shí)間不能大于35微秒，本例光耦選用了 6N317，其響應(yīng)時(shí)間是75納秒。2.圖4所示為編碼器數(shù)據(jù)解碼電路。由于編碼器是輸出相位互差90度的脈沖信 號(hào)，無(wú)法被計(jì)數(shù)模塊識(shí)別，所以增加本電路將其轉(zhuǎn)換為計(jì)數(shù)模塊可以識(shí)別的獨(dú)立遞增脈沖 或獨(dú)立的遞減脈沖。傳統(tǒng)方法是將編碼器解碼通過(guò)專用解碼芯片或者采用專用智能芯片編 程來(lái)實(shí)現(xiàn)，雖然這種方法可靠性和性能都很高，但前者的芯片采購(gòu)困難，后者還需要進(jìn)行解 碼的編程，并且這兩者的成本都很高。本例采用簡(jiǎn)單的74HC系列數(shù)字電路搭建編碼器解碼 電路，可靠性和性能都很高，而成本更是非常低，連前者的十分之一都不到。3.圖5所示為高速計(jì)數(shù)模塊的電路圖。由于要求計(jì)數(shù)頻率速度較高，至少不能低 于50kHZ，如果由CPU直接計(jì)數(shù)，將大大增加CPU的負(fù)擔(dān)，容易產(chǎn)生丟失脈沖的情況，如果采 用專用計(jì)數(shù)模塊，則成本太高，本例用74HC193作為計(jì)數(shù)模塊，但該芯片能完成45MHz的計(jì) 數(shù)。由于該74HC193只能完成4位計(jì)數(shù)，為了提高檢測(cè)精度和降低主控單元的負(fù)擔(dān)， 采用了 4塊74HC193進(jìn)行級(jí)聯(lián)完成一路編碼器的16位計(jì)數(shù)功能，圖5a所示電路為一片 74HC193計(jì)數(shù)單元電路，要成一路計(jì)數(shù)功能則需要4個(gè)這樣的單元。另外為了便于主控單元 接口，采用了 74HC244作為數(shù)據(jù)緩沖接口，以總線方式訪問(wèn)，圖5b所示電路為8位數(shù)據(jù)采集緩沖電路，由于本計(jì)數(shù)電路要求同時(shí)采集16位數(shù)據(jù)，所以需要這樣的單元電路2個(gè)。4.顯示單元由于需要顯示的信息量較多，并且需要繪制系統(tǒng)狀態(tài)曲線，所以本例選用了一個(gè)夏普8寸的TFT顯示屏，由于主控單元本身支持直接驅(qū)動(dòng)TFT顯示屏，所以省卻了顯示屏的 驅(qū)動(dòng)電路，使系統(tǒng)得到簡(jiǎn)化。5.存儲(chǔ)單元由于需要保存眾多的歷史信息和系統(tǒng)狀態(tài)信息，要求存儲(chǔ)容量至少不小于128M， 所以采用容量高于128M的SD存儲(chǔ)卡作為存儲(chǔ)介質(zhì)。6.主控單元本實(shí)用新型對(duì)主控單元的性能要求較高，需要非常高的運(yùn)算速度，至少要保證整 個(gè)程序的循環(huán)周期不能低于10ms，否則可能或錯(cuò)過(guò)故障的監(jiān)測(cè)，而主控單元要完成的任務(wù) 很多，包括人際界面的顯處理、編碼器數(shù)據(jù)的采集、鍵盤、故障記錄、曲線顯示等眾多功能， 所以采用了以ARM9為CPU的主控單元，主控單元負(fù)責(zé)綜合所述的接口電路、模塊單元的控 制處理任務(wù)。將圖3 圖5集成為單元采集板，每塊采集板集成2路編碼器采集信號(hào)，本實(shí) 用新型需要采集4路編碼器信號(hào)，所以需要使用了 2塊采集板。7.電路搭建綜合上述原理圖繪制完整的原理圖，按照該原理圖繪制PCB，制板即可。電源采用 5V 3A, 24V IA的雙組開(kāi)關(guān)電源。
權(quán)利要求一種用于冶金起重機(jī)的斷軸保護(hù)系統(tǒng)，該斷軸保護(hù)系統(tǒng)包括光電耦合數(shù)據(jù)編碼器數(shù)據(jù)采集電路、編碼器數(shù)據(jù)解碼模塊、高速計(jì)數(shù)模塊、主控單元、顯示單元、存儲(chǔ)單元、IO單元，其特征在于光電耦合編碼器數(shù)據(jù)采集電路與編碼器數(shù)據(jù)解碼模塊相連；高速計(jì)數(shù)模塊與編碼器數(shù)據(jù)解碼模塊相連；高速計(jì)數(shù)模塊、顯示單元、存儲(chǔ)單元都分別與主控單元相連；4個(gè)高速計(jì)數(shù)模塊負(fù)責(zé)將編碼器數(shù)據(jù)解碼模塊的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，分別為兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速采集和兩部鋼絲繩卷筒的轉(zhuǎn)速采集數(shù)據(jù)；編碼器接口的光電耦合電路，光耦的響應(yīng)時(shí)間不大于35微秒。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種斷軸保護(hù)系統(tǒng)，用于冶金起重機(jī)上的行星減速器低速和高速軸的轉(zhuǎn)速監(jiān)控、斷軸檢測(cè)、超速報(bào)警監(jiān)控。該斷軸保護(hù)系統(tǒng)包括光電耦合數(shù)據(jù)編碼器數(shù)據(jù)采集電路、編碼器數(shù)據(jù)解碼模塊、高速計(jì)數(shù)模塊、主控單元、顯示單元、存儲(chǔ)單元、IO單元。光電耦合編碼器數(shù)據(jù)采集電路與編碼器數(shù)據(jù)解碼模塊相連；高速計(jì)數(shù)模塊與編碼器數(shù)據(jù)解碼模塊相連；高速計(jì)數(shù)模塊、顯示單元、存儲(chǔ)單元都與主控單元相連；主控單元將實(shí)時(shí)采集的4個(gè)高速計(jì)數(shù)模塊的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)比較兩部鋼絲繩卷筒的速度偏差、鋼絲繩卷筒與電動(dòng)機(jī)之間的速度偏差，其中任何一個(gè)偏差超過(guò)閥值(如5％)則立即實(shí)施保護(hù)。本實(shí)用新型克服系統(tǒng)維護(hù)簡(jiǎn)單，方便了用戶的使用。
文檔編號(hào)B66D1/54GK201574060SQ20092030666
公開(kāi)日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2009年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月22日
發(fā)明者周德峰 申請(qǐng)人:大連寶通工業(yè)控制有限公司