一种起重机危险状态监控设备的制作方法

本专利属于自动化控制技术领域，涉及一种起重机危险状态监控设备。

背景技术：

在钢铁企业安全问题一直以来也是严抓重管，但是安全问题还是频频出现。在钢铁企业，起重机应用广泛，是生产的主要设备，同时也是安全问题突出的设备。尽管加强司机安全培训、加强操作规范、加强维护规范，但是安全问题任然无法解决，主要是起重机属于大重型设备，操作员没有全面的视角，无法观察起重机各个方位的安全状态，同时起重机本身设备众多，无法及时发现各个设备的隐患，这也导致起重机的安全问题无法根本解决。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本专利提供一种有效地解决方案，实现一种起重机危险状态监控设备，用于起重机的危险状态监控检测，危险状态提前报警，并提供连锁信号，保证在危险状态下，起重机及时停车，从而避免安全事故的方生。

本专利解决其技术问题所采用的技术方案是：

该起重机危险状态监控设备，包括主控制器模块、n个远程IO模块、传感器、急停开关、门开关、重锤限位、超速开关、输出继电器指示灯；主控制器模块与一个远程IO模块通过RS485总线相连；其他远程IO模块通过RS485总线进行级联；输出继电器指示灯与主控制器模块相连；传感器、急停开关、门开关与远程IO模块1相连；重锤限位、超速开关与远程IO模块2相连；更多的重锤限位、超速开关则依次连接到远程IO模块n上。

主控制器模块包括CPU、IO模块、烟雾探测模块、SD卡模块、RS-232接口模块、RS-485接口模块、PT100接口模块、EEPROM模块、RTC模块、高速 时钟模块、低速时钟模块；IO模块和烟雾探测模块均与CPU的IO接口相连；SD卡模块与CPU的SDIO接口相连；RS-232接口模块与CPU的UART1接口相连；RS-485接口模块与CPU的UART2接口相连；PT100接口模块与CPU的ADC接口相连；EEPROM模块与CPU的IIC接口相连；高速时钟模块与CPU时钟接口相连；低速时钟模块与CPU的RTC模块相连。

远程IO模块包括CPU、IO模块、烟雾探测模块、RS-485接口模块、高速时钟模块、PT100接口模块；IO模块和烟雾探测模块均与CPU的IO接口相连；RS-485接口模块与CPU的UART1接口相连；PT100接口模块与CPU的ADC接口相连；高速时钟模块与CPU时钟接口相连。

在目前的起重机设备安全系统中主要还是以安全监视为主，以起重机本体PLC为主要控制器，采集起重机各种设备的信息，汇总到监控设备实现故障报警、综合管理的功能。这种系统安全管理对事后分析更为有效，但对事故预防效果并不明显。主要是因为起重机的PLC要完成起重机的各种设备之间的协调，要完成起重机运行的工艺要求，任务繁多，如果再增加繁杂的安全监管、事故预警等工作，将导致起重机PLC的负担过重，并且由于PLC属于顺序执行的设备，无法在执行起重机常规任务的同时还进行安全监管，如果安全监管任务量太大，则会影响起重机常规任务的执行。所以在目前的起重机PLC控制系统中还是将起重机本身的工艺运行作为侧重点，在完成起重机的主要设备的安全状态检测之后则认为起重机当前的状态时安全的，即开始执行起重机的常规工艺流程，尤其在自动化起重机更是如此。只有在下一个循环周期执行时才会再次检查起重机的各种设备的安全状态。这种工况对起重机的安全监管的实时性是较低的。而且因为是只有一个主控PLC，所以任务均由该PLC的CPU完成，没有冗余检测，则当该PLC出现故障时可能会导致某些关键信号出现采集错误， 会将无效的不安全信号认为的安全的，从而导致检测疏漏。另外，由于工作的侧重点不同，起重机的PLC系统不会对起重机各种安全设备做复杂的连锁检查，主要对于每个机构运行的连锁条件满足要求即会执行操作指令。

本专利采用嵌入式CPU实现起重机危险状态监控设备，本专利设备有主控模块和远程IO模块组成。主控模块负责采集部分IO设备信息、温度信息、输出连锁信号和进行状态指示，同时将采集的信息进行分析整理储存在SD卡中。主控模块通过RS485总线与其他若干远程IO模块连接，采集远程IO模块上的数据信息。主控模块最主要的功能是将每个远程IO模块以及主控模块自身采集到的信息进行汇总、分析、统计根据起重机运行的特性，做出的维护计划报表，同时对所有输入设备进行总体条件分析，得出不安全的因素，在出现危险信息以及即将出现的不安全信息进行输出显示并同继电器连锁到起重机主控回路，必要时立即停止起重机所有设备的运行，进行安全报警。主控模块与起重机本体PLC不做通讯连接，只通过继电器连锁信号交互，与主机PLC平行运行，除必要的连锁信号外，互不干涉。同时本专利设备是与起重机主控回路直接连锁，不通过主机PLC中转，具有高度安全性，不会因为主机PLC影响本设备的安全效果。因此本专利设备具有高可靠性、高稳定性的优点，从而保证了起重机整体安全性，使起重机整机运行的危险系数大幅度降低。

本专利每个远程IO模块和中控器均配置PT100检测接口，可以连接PT100温度传感器，可以实时检测各个部位的稳定，可以做出高温报警，火灾报警。在夏季起重机工作温度会急剧上升，为了保证起重机温度运行，每台起重机的电气室都配置空调系统，但是空调系统基本不会参与到起重机主机PLC的监控中，所以在某些情况下，空调出现故障时却无法检测到，也导致起重机故障频繁，甚至设备损坏，而本专利设备可以完全解决该问题。另外起重机的某些设 备如果出现损坏可能会导致火灾，但是火灾除却采用火灾报警检测设备外，还无法有效检测，而且除却大型港机和造船门机外，其他起重机基本不会配置火灾报警设备。本专利集成了PT100模块和烟雾探测模块可以配合检测火灾情况，如果探测到火灾情况，可以立即停止起重机的控制回路和动力回路的电源，并发出报警信息，从而使操作人员及时了解火灾情况，避免损失扩大。

本专利实现了起重机危险状态监控设备，使起重机的安全性能有了大幅度提供，解决了起重机本体PLC无法兼顾的起重机繁琐的安全监测问题，对起重机的安全因素、安全隐患、火灾报警、高温报警有了良好的检测和防护措施，从而有效保障起重机的安全运行。

附图说明

图1是本专利电气系统图。

图2是本专利主控设备的结构图。

图3是本专利远程IO设备的结构图。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本专利的具体实施例。

实施例：

图1是本专利的电气系统图，本专利采用意大利意法半导体工业级嵌入式CPU，型号为STM32F407，该CPU具有168MHz主频，内置1MB的程序存储器和192kB的RAM，具有最高210MIPS的运算速度，即每秒可以执行210兆条指令，具有稳定性高，工作温度范围高的优点。主控制器以该CPU为核心与远程IO模块进行数据交换，同时做出数据分析、统计、汇总等工作，综合这些数据和当前的实时输入信息及时做出危险判断，在发生危险状况时，逻辑通过继电器输出连锁起重机控制回路和动力回路，使起重机立即停止运行，同时输出信号灯， 做出对应的危险信息显示。

图1中的远程IO模块将安装于起重机需要进行信号采集的信号源附近，然后通过RS485总线连接到主控制器，将采集的数据发送到主控制器中。由于采集的信号较多，如果均通过电缆连接到主控制器，势必造成电缆数量大大增加，同时电缆的数量增多，也是整个系统的稳定性下降，抗干扰能力会降低，系统的可靠性就无法保证。所以采用远程IO模块采集现场数据，在信号源附近设置远程IO模块，就近采集信号，可以完全避免上述的问题发生。而RS485通讯方式也是抗干扰能力最强的总线，仅以两个双绞线为介质进行通讯，采用差分电压进行数据通讯，可以有效抑制共模干扰。

本专利可以设置多个远程IO模块，对于不同情况的起重机可以灵活布置。远程IO模块主要采集传感器、急停开关、门开关、重锤限位、超速开关等设备信息，传感器、急停开关、门开关主要集中于起重机本体固定部分上，所以可以将这些信号采集到同样远程IO模块中，本专利将这些信号采集在远程IO-1模块中。重锤限位、超速开关等设备主要在起重机的起升机构，随小车移动，而有的起重机有多个起升机构和多个小车机构，所以根据起重机不同，每个小车都设置一个远程IO模块，这样就可能有多个设置于小车上的远程IO，用于采集现场的重锤限位、超速开关等设备的信息。

如图2本专利主控模块的结构图，本专利对CPU外扩了IO模块、RS232接口、RS-485接口、SD卡模块、EEPROM模块、PT100温度检测模块、烟雾探测模块。RS232接口作为外部配置接口使用，连接PC机通过超级终端可以对本设备进行参数配置。RS-485接口连接其他远程IO模块采用RS-485方式进行数据交换。SD卡模块保存数据信息，主要包括CPU对采集到的信息进行汇总、分析、统计，并根据起重机运行的特性，做出的维护计划报表，对所有输入设备进行总体条 件分析，得出不安全的因素、可能出现危险信息等数据汇总的报表等。EEPROM模块用于保存参数设置信息。PT100温度检测模块和烟雾探测模块可以检测区域温度，做出高温报警，配合烟雾探测模块还可以做出火灾报警。IO模块负责控制输出继电器动作，同时也可以控制报警指示灯的显示，另外也可以采集本地附近的输入信号。

图3是本专利远程IO设备的结构图。包括扩展CPU、IO模块、RS-485接口、PT100温度检测模块、烟雾探测模块。远程IO模块同样具有CPU，CPU不仅是为了实现与主控制器的通讯，同时也具有将本地数据进行换算、转化的功能，可以降低主控制器CPU的工作负荷，同时也可以将一些报警信息本地化，可以不用主控制器参与，将本地采集的一些信号进行汇总分析，直接作出最终结果，汇总给主控制器。有效减少主控制器的运算量。IO模块可以连接限位开关、传感器等输入设备。RS-485接口连接主控制器，实现与主控制器间的数据交换。PT100温度检测模块和烟雾探测模块可以检测区域温度，做出高温报警，配合烟雾探测模块还可以做出火灾报警。