專利名稱：起重工程機(jī)械安全保護(hù)智能控制系統(tǒng)及控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及起重工程機(jī)械安全保護(hù)智能控制系統(tǒng)及控制器。
背景技術(shù)：
近年來，國內(nèi)起重工程機(jī)械行業(yè)得到了較快的發(fā)展，主機(jī)制造企業(yè)的產(chǎn)品在發(fā)動機(jī)、機(jī)械、液壓等方面與國外標(biāo)桿產(chǎn)品的差距在逐漸縮小，但在智能控制方面的發(fā)展速度一直相對較低，逐漸成為制約我國工程機(jī)械行業(yè)全面趕超國外企業(yè)的瓶頸。經(jīng)分析其原因主要有( I)智能控制由于包含軟件部分，相對于機(jī)械、液壓來說保密工作比較容易，給我國工程機(jī)械制造企業(yè)的學(xué)習(xí)、借鑒制造了相當(dāng)大的難度。(2)工程機(jī)械智能控制器市場一直被國外的西門子、力士樂、EPEC> InterControl等公司壟斷，并且這些智能控制器的設(shè)計(jì)都是針對歐美工程機(jī)械的應(yīng)用水平，與國內(nèi)現(xiàn)階段的應(yīng)用不太兼容，嚴(yán)重制約了國內(nèi)各主機(jī)制造商在應(yīng)用上的創(chuàng)新能力。( 3 )由于硬件平臺的繁多和差異，造成每個企業(yè)內(nèi)部不同主機(jī)研究部門的研發(fā)成果很難共享和交流，制約了企業(yè)智能控制技術(shù)積累的速度和效果。急需設(shè)計(jì)一款適合國內(nèi)起重工程機(jī)械使用的智能控制器，能夠?qū)⑵鹬毓こ虣C(jī)械臂架所受的下垂力及臂架所轉(zhuǎn)過的角度和距離變成直觀的數(shù)字顯示出來，并提前預(yù)警，同時(shí)控制其向危險(xiǎn)方向運(yùn)動。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種起重工程機(jī)械安全保護(hù)智能控制系統(tǒng)及控制器，以直觀的顯示起重工程機(jī)械設(shè)備轉(zhuǎn)過的角度和距離，遇到危險(xiǎn)情況能夠提前預(yù)警，并控制向危險(xiǎn)方向運(yùn)動。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的起重工程機(jī)械安全保護(hù)智能控制器包括CPU、一個U/F變頻器、智能開關(guān)和至少兩組放大器，兩組放大器的放大倍數(shù)不同，每組放大器內(nèi)的放大器個數(shù)與用于連接的傳感器數(shù)量相同，所述至少兩組放大器的信號輸出端連入智能開關(guān)的信號輸入端，該智能開關(guān)的選通端由CPU控制連接，智能開關(guān)的信號輸出端連入U(xiǎn)/F變頻器，該U/F變頻器的信號輸出端連入CPU的輸入端，該CPU的輸入端還連接有程序片，CPU設(shè)有控制、顯示接口。為實(shí)現(xiàn)上述的另一目的，本實(shí)用新型的起重工程機(jī)械安全保護(hù)智能控制系統(tǒng)包括控制器、顯示器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和至少一組傳感器，每組傳感器至少包括兩個同類型的傳感器，所述傳感器測得電阻變化而產(chǎn)生電壓變化，將電壓變化信號傳入控制器進(jìn)行處理后輸出給顯示器或控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作，所述控制器包括CPU、一個U/F變頻器、智能開關(guān)和至少兩組放大器，兩組放大器的放大倍數(shù)不同，每組放大器內(nèi)的放大器個數(shù)與連接的傳感器數(shù)量相同，所述至少兩組放大器的信號輸出端連入智能開關(guān)的信號輸入端，該智能開關(guān)的選通端由CPU控制連接，智能開關(guān)的信號輸出端連入U(xiǎn)/F變頻器，該U/F變頻器的信號輸出端連入CPU的輸入端，該CPU的輸入端還連接有程序片，CPU通過控制、顯示接口分別于所述控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)和顯示器連接。進(jìn)一步的，所述至少一組傳感器包括角度傳感器和測力傳感器兩組傳感器。進(jìn)一步的，所述控制器還控制連接有警示設(shè)備。本實(shí)用新型的起重工程機(jī)械安全保護(hù)智能控制系統(tǒng)能夠通過力信號及角度信號的采集，將信號轉(zhuǎn)換為直觀的數(shù)字，顯示在操作人員的面前，控制器經(jīng)過精確的計(jì)算，判斷當(dāng)前工程機(jī)械的工作狀態(tài)是否接近或處在危險(xiǎn)狀態(tài)，并作出聲光報(bào)警及控制處理，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對起重工程機(jī)械設(shè)備的控制，而且為安全運(yùn)行提供了保證?？刂葡到y(tǒng)中的控制器采用一個U/F變頻器可對多達(dá)十路的模擬信號進(jìn)行采集，采樣精度達(dá)到16位，對力及角度信號轉(zhuǎn)換精度均達(dá)到O. 1%，能夠承受大電流和高電壓的沖擊，且工作溫度范圍寬是-20°到60°，這種變頻器將多個量程的傳感器包容在一起，省卻 了頻繁更換A/D模塊和更新程序的麻煩，通過多通道輸入及輸出達(dá)到多信號采集和多電路控制。

圖I是實(shí)施例的系統(tǒng)原理框圖；圖2是實(shí)施例的系統(tǒng)控制流程圖。
具體實(shí)施方式
如圖I所示，起重工程機(jī)械安全保護(hù)智能控制系統(tǒng)包括控制器、顯示器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和角度、測量兩組傳感器，且每組傳感器包括兩個同類型的傳感器，傳感器測得電阻變化而產(chǎn)生電壓變化，將電壓變化信號傳入控制器進(jìn)行處理后輸出給顯示器或控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作，控制器如圖I所示，包括CPU、一個U/F變頻器、智能開關(guān)和至少兩組放大器，兩組放大器的放大倍數(shù)不同，每組放大器內(nèi)的放大器個數(shù)與用于連接的傳感器數(shù)量相同，所述至少兩組放大器的信號輸出端連入智能開關(guān)的信號輸入端，該智能開關(guān)的選通端由CPU控制連接，智能開關(guān)的信號輸出端連入U(xiǎn)/F變頻器，該U/F變頻器的信號輸出端連入CPU的輸入端，該CPU的輸入端還連接有程序片，CPU通過控制、顯示接口分別與控制執(zhí)行結(jié)構(gòu)和顯示器連接。放大器用于將采集的電壓信號進(jìn)行放大；智能開關(guān)用于根據(jù)CPU的控制，選擇輸入變頻器的電壓放大信號;U/F變頻器用于將選擇的電壓放大信號轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率不等的相應(yīng)脈沖；CPU用于計(jì)量單位時(shí)間內(nèi)輸入的脈沖值，并進(jìn)行計(jì)算得到傳感器測量值，與程序片預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，判斷是否在安全范圍內(nèi)，以發(fā)出相應(yīng)的顯示、報(bào)警或控制信號；程序片用于存儲預(yù)設(shè)的傳感器安全測量值范圍；放大器通過智能開關(guān)將采集的信號連入U(xiǎn)/F變頻器，該U/F變頻器和程序片的信號輸入CPU中，CPU控制連接智能開關(guān)。選用INTEL公司生產(chǎn)的增強(qiáng)型智能單片微型計(jì)算機(jī)LD80C32AH作為系統(tǒng)中央處理器(CPU),選用ATMEL公司生產(chǎn)的AT28C256作為數(shù)據(jù)存儲器，選用ST公司生產(chǎn)的M27C256作為程序存儲器。圖I中傳感器包括兩個角度傳感器和兩個測力傳感器，對應(yīng)兩類傳感器采用不同放大級別的放大器。由于力信號傳感器和角度信號傳感器的輸出值差別較大，一種是歐姆級，而另一種是千歐級，故用不同的放大器將他們轉(zhuǎn)換成同一級別的信號。為此，我們將角度信號用一般的放大器進(jìn)行放大，而力信號則輸入國外一種特殊的放大器。起重工程機(jī)械安全保護(hù)智能控制系統(tǒng)的主要功用就是將工程機(jī)械臂架所受的下垂力及臂架所轉(zhuǎn)過的角度和距離變成直觀的數(shù)字顯示出來，并提前預(yù)警，同時(shí)控制其向危險(xiǎn)方向運(yùn)動。這就需要解決力信號及角度信號的采集問題。我們知道，力信號的采集，一般是采用力應(yīng)變片傳感器來完成。而力應(yīng)變片傳感器的原理主要是一電阻橋，受到的作用力不同，輸出的電阻值不同，鑒于此，我們給它輸入一恒定電壓，當(dāng)其受力時(shí)，根據(jù)其輸出電阻變化，轉(zhuǎn)換為電壓變化，從而獲知其受力信息。對于角度信號的采集，根據(jù)地心引力的原理，將一地心引力牽引錘固定于變阻器上，并將此裝置固定于工程機(jī)械的轉(zhuǎn)動臂架上，隨著臂架的轉(zhuǎn)動，地心引力牽引錘便隨著轉(zhuǎn)動一定角度，從而帶動變阻器轉(zhuǎn)動一定角度，輸出一定的電阻變化。這樣，我們將此電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓變化，從而獲知其角度信息。關(guān)于 A/D轉(zhuǎn)換的問題，在這里有一個棘手的問題，由于工程機(jī)械各式各樣、大小不一，故需要使用的傳感器的量程也就不同。如何將不同量程的傳感器的輸出值用同一塊 A/D轉(zhuǎn)換模塊解決？我們采用一個U/F變頻器代替多個A/D轉(zhuǎn)換模塊，收到極好的效果。對于顯示部分，由于用戶的要求不同，則顯示的種類也就不同。為此，我們專門設(shè)計(jì)了不同的顯示方式，有數(shù)碼顯示，有單色液晶顯示，其中又分為綠底黑字和藍(lán)底白字兩種方式，有大屏幕彩色液晶顯示等，以滿足不同的需求?？刂葡到y(tǒng)使用拉/壓力傳感器與角度傳感器取得起起重物的重力及工作臂架的旋轉(zhuǎn)角度，通過檢測傳感器輸出的電壓變化進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，完成對重物重力及臂架旋轉(zhuǎn)角度信息的采集。通過多通道輸入及輸出達(dá)到多信號采集和多電路控制。通過采集數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的比對，判斷機(jī)器發(fā)生故障的部位，并文字或數(shù)字符號告知使用者具體處理方法，實(shí)現(xiàn)了故障自診斷?？刂葡到y(tǒng)中各外部元器件及連接處均采用防水及密封處理，達(dá)到IP67的防護(hù)等級，實(shí)現(xiàn)防水、抗震、防塵。信號傳輸采用屏蔽信號線連接且屏蔽層單點(diǎn)接地的方法，同時(shí)主機(jī)電源與機(jī)械共地達(dá)到屏蔽干擾的目的。通過高低溫試驗(yàn)精密選材使得產(chǎn)品各個環(huán)節(jié)都具有寬溫適應(yīng)性(-20 0C +60 0C )，滿足工作環(huán)境的需要。圖2所示，是控制系統(tǒng)具體應(yīng)用過程中的控制流程圖。系統(tǒng)的工作原理傳感器測得電阻變化，從而產(chǎn)生電壓變化，經(jīng)放大器放大后，CPU經(jīng)智能開關(guān)選擇后，按預(yù)設(shè)的順序送入υ/F變頻器，U/F變頻器將此電壓轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率不等的相應(yīng)脈沖，CPU的計(jì)數(shù)器通過計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)的脈沖值，并按一定的計(jì)算方法，從而得出此路傳感器測量值(即角度/拉力)，與程序片預(yù)設(shè)值比較，判斷是否在安全范圍內(nèi)，再送出相應(yīng)的顯示、控制或報(bào)警信號。起重工程機(jī)械安全保護(hù)智能控制器如圖I所示，包括的具體器件及連接關(guān)系可直接參照上述起重工程機(jī)械安全保護(hù)智能控制系統(tǒng)的實(shí)施例中對控制器的描述，在此不再贅述。
權(quán)利要求1.一種起重工程機(jī)械安全保護(hù)智能控制器，其特征在于，該控制器包括CPU、一個U/F變頻器、智能開關(guān)和至少兩組放大器，兩組放大器的放大倍數(shù)不同，每組放大器內(nèi)的放大器個數(shù)與用于連接的傳感器數(shù)量相同，所述至少兩組放大器的信號輸出端連入智能開關(guān)的信號輸入端，該智能開關(guān)的選通端由CPU控制連接，智能開關(guān)的信號輸出端連入U(xiǎn)/F變頻器，該U/F變頻器的信號輸出端連入CPU的輸入端，該CPU的輸入端還連接有程序片，CPU設(shè)有控制、顯示接口。
2.一種起重工程機(jī)械安全保護(hù)智能控制系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括控制器、顯示器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和至少一組傳感器，每組傳感器至少包括兩個同類型的傳感器，所述傳感器測得電阻變化而產(chǎn)生電壓變化，將電壓變化信號傳入控制器進(jìn)行處理后輸出給顯示器或控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作，所述控制器包括CPU、一個U/F變頻器、智能開關(guān)和至少兩組放大器，兩 組放大器的放大倍數(shù)不同，每組放大器內(nèi)的放大器個數(shù)與連接的傳感器數(shù)量相同，所述至少兩組放大器的信號輸出端連入智能開關(guān)的信號輸入端，該智能開關(guān)的選通端由CPU控制連接，智能開關(guān)的信號輸出端連入U(xiǎn)/F變頻器，該U/F變頻器的信號輸出端連入CPU的輸入端，該CPU的輸入端還連接有程序片，CPU通過控制、顯示接口分別于所述控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)和顯示器連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一組傳感器包括角度傳感器和測力傳感器兩組傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的系統(tǒng)，其特征在于所述控制器還控制連接有警示設(shè)備。
專利摘要本實(shí)用新型涉及起重工程機(jī)械安全保護(hù)智能控制系統(tǒng)及控制器，控制器包括CPU、一個U/F變頻器、智能開關(guān)和至少兩組放大器，兩組放大器的放大倍數(shù)不同，每組放大器內(nèi)的放大器與用于連接的傳感器數(shù)量相同，放大器的信號輸出端連入智能開關(guān)的信號輸入端，該智能開關(guān)的選通端由CPU控制連接，智能開關(guān)的信號輸出端連入U(xiǎn)/F變頻器，該U/F變頻器的信號輸出端連入CPU的輸入端，該CPU的輸入端還連接有程序片，CPU設(shè)有控制、顯示接口；本實(shí)用新型能夠通過力信號及角度信號的采集，將信號轉(zhuǎn)換為直觀的數(shù)字，控制器經(jīng)過精確的計(jì)算，判斷是否接近或處在危險(xiǎn)狀態(tài)，并作出聲光報(bào)警及控制處理，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對起重工程機(jī)械設(shè)備的控制，而且為安全運(yùn)行提供了保證。
文檔編號B66C13/18GK202594646SQ201220269088
公開日2012年12月12日 申請日期2012年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月7日
發(fā)明者張昊辰, 申湘峰, 張寶泉, 吳忠展, 張欣鈴, 王愛禮, 申小艷, 張璐 申請人:河南省電子規(guī)劃研究院有限責(zé)任公司