专利名称：塔式起重机工况记录及限位保护装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种对塔式起重机工作状况进行记录、显示并在塔式起重机超限时提供保 护的电子仪器。 背暴技术
目前塔式起重机的限位保护装置均采用机械式的限位保护装置，不具有起重机工作状况 的记录、显示能力，測i精度低，重量和力矩保护装置温度系数过大，当温度变化较大时机 械式的重量和力矩保护装置不能起到有效的保护作用；同时机械式的力矩保护装2Mii销结 构的应力变形来进行力矩涠量与塔式起重机载荷曲线不能很好吻合。机械式的限位保护,
缺少了起重机工作状况显示功能使塔机操作工在工作中不i^起重机工作状况有一个全面的
了解，对可能出现的安全隐患不能及时掌握；机械式的限位保护装置不具有数据ifi^功能，
当事故发生后，不利于査找事故发生的根本原因，不能为制定预防方案提供有力的ide支持。 发w内容
为了克服現有塔式起重机限位保护装置在功能和性能上的不足，本实用新型提供一种电
子式的塔^重ttX况记录和保护装置。它具有塔式起重ttX作状况记录、显示、保护功能，
可对12个月内的每日塔式起重机工作中出现的极限数据进fise录，包e^曰的最大起吊ms 皿生时间和当时的塔机工作状况、最大起吊力矩及发生时间和当时的塔机工作状况、当曰 的最高供电电压及最低供电电压、超力矩起吊和超重量起吊的次数统计，并对停车前5 ^
内的运行数据按每秒一次的间隔进行全程记录；具有预告警功能，当塔机吊重达到90% 大 吊重或9W4S大起吊力矩时本^S将发出预报警信号，提示操作者谨慎作业并同时切断变幅 和起升机构的高速电源，当变幅小车或吊钩运行至距离展位点2M时本装置自动切断高速电 源，只允许塔机低速运行，可有效避免因操作不当而引发的"高度冲限位"事故；设有起升 二级分段限重功能，为了加强对起升电机的保护，针对起升机构高速与低速吊重量不同的特 性自动限制不当的起吊速度实,起升电机的保护；设有超力矩保护功能，当塔,AM力 矩限位状态时能自动切断塔机向危险方向运行(即不允许塔机有可能增大起吊力矩的操作， MM限tK幅小车向前运行，同时限制吊钩向上运行来实现)的电源，同时允许塔机向安全 方向运行(即允许塔織行减小起吊力矩的操作，通过允 幅小车向后运行，同时允许吊 钩向下运行减少起吊载荷来实现)，并给出声光报瞀信号设有超S4保护功能，当塔机的起
吊MiKi最大允许吊重量时本装置将切断起升电机向上运行的电源，只允许起升电机向下
运行；设有吊钩高度保护功能，当吊钩上行至上限位时本装置将切断起升电机向Jdg行的电 源，只允许起升电机向下运行；设有变輻幅度保护功能，当变幅小车运行至后限位时本^fi 将切断变輻电机向后运行的电源，只允许变幅小车向前运行，而当变幅小车运行至酋限位时
本装置将切断变幅电机向前运行的电源，只允许变幅小车向后运行；设有供电保护功能，当
供电电籌出现过压、欠压、缺相等异常情况时本装置将切断塔机二次回路的供电fty塔机上 的各个电机不会因电压异常而烧毁。
本实用9HBim其技术阈鼉所采用的技术方案
本塔式起重机工况记录及保护装置由由显示记录主机、重量传感器和变送器、变幅传感 器、起升传感器、电压传感器等部份组成(本装置联接参见附图l)。
显^E录主机采用单片机(STC89C58)作为中央处理单元、采用铁电存储器(FM24C256) 作为 存储单元、采用时钟IC (PCF8563)作为本装置内部时钟、采用IC (SN78LBC184) 作为通讯接口、采用液晶显示器(ABG122032〉进行数据显示、采用六 ^ # 45 作(显 ^ifl录主机电路图参见附图4，显示部份电路图参见附图5);。
显^iB录主机安装于塔机操作台面板上，皿显示屏向操作者 ^机的实时工作*^,
操作者也可通过显示记录主机的操作键盘对本装置进行操作ma和历史数据，面不霱借助
其它的辅助设备。
显^iS录主机通过RS485接口与安装在塔式起重机的^传S^进行i^通讯，加电后
主tta行自检，对各个传感器进行初始化配置。初始化完dtjs进入工作界面显示塔机的当前
工作状况.当塔ttM行时显示记录主机对采集到的传感aMBdR进行判断，包括是， 限
位、是否超起升限位、是否超吊重量限位、是否超最高电压、最低电压，如果当前工^ifia 相应的展镧m^机向电压传感器发出指令切断相应的操作电源，同时对采集到的吊重m^合
当酋工作幅度与内嵌的塔机载荷表进行比对判断是否超力矩(内嵌的塔机载荷表系16*^ 1
^厂鹏的塔机载荷表制作而成，与使用本装置的塔雌荷曲线完姊合)，如当酋吊錢
是当日的最大吊重量主机将把当前的塔机工况存入当日最:^吊重量数据区并记录下当苗的 时间，如当前起吊力矩是当日的最大起吊力矩主机将把当前的塔^ix况存入当日最:^吊力
区并记录下当前的时间，以便以后査询，如当前吊ms皿吊sfi阪mimiMiii" 一次当日超吊重次数，如当前起吊力矩fia起吊力矩限制iit^机将增计一次当日超力矩次数, 如当前起吊重量超过高速限重值主机向电压传感器发出关闭起升高速指令，切断起升离速的 供电。
重i传感晷由具有轚度补尝功能的重量传感器体和重量变送器组成，重量传感晷体一瑞
与塔 1 吊《^绳相连，另一端与塔ttfe重臂尖相连。当有吊重物时吊重物的重量将aa^
机起吊钢丝绳传递给重量传感器体并引起重量传感器体产生变形，重量传感器体的，瞎受 力的大小不同而不同，通过粘貼在重量传感器体上的电阻应变计*1*物理变化转变为电信号 送錢魏器进行处理。
重量变送器采用单片机(STC89C58)作为数据处理单元、采用AD转换器(ILC7109) 作为fHSC转换单元、采用仪表放大器(AD620)作为信号放大单元、采用IC (SN78LBC184) 作为通皿口.从重量传SS体得到的模拟信号通过放大器进行放大、模数转换、,处理 编码后^iiRS485接口发送给显示记录主机(重量变送器电路图参见附图6;)。
电压传感器兼有控制输出和电源供应的功能。电压传感晷安装于塔机配电箱内以方便与 塔机控制翻路相连(控制输出接口示意图参见说明书附图2)。
电压传感晷采用单片机(STC89C58)作为数据处理单元、采用AD转換器(ADC0809) 作为^^换单元、采用IC (SN78LBC184)作为通讯接口、采用光耦隔离驱动继电器作为 输出接口、采用开关电源IC (LM2596)为本装置供电、采用隔离式DODC为电压传SS的 内餾供电将3抑V的采样电压与本装置的电源完全隔离开以保证操作者的人身安^tt (电压 传# * 图参见说明书附图3;)。
皿电压传,接线端子输入的三相380V电压经100:1的分压电阻分压为三相3.8V，整 aUg送入ADC0809进行模数转换，通过单片机进行处理编码后经RSW5接口M^^显^id 殺机》
电压传感審的输出继电器受主机控制，收到主机的控制指令后由电压传感器内部的单片 机(STC89C58)进行解码并通过光耦隔离驱动继电器来实a^机的限位保护。
变幅传感器和起升传感器在结构上完全相同，分别安装与变幅机构和起升机构的钢丝绳 巻街上，通过编址的不同来进行区别。
变輻传SS (起升传鋭S)采用单片机(AT89C2051)作为* 处理单元、采用光电传感 器(HOA0901)作为采样单元、采用IC (SN78LBC184)作为通讯接口 (变幅传MMB起升 传 % 图参见附图7)，采用一个外國开齿(100齿)的编码轮来Jt行采样(采样黡理见 附图8)。
由编码轮将钢丝绳巻筒均分为100份，当巻筒直径不大于318MM时可以计算得出采样精 度优于WMM (塔^塞机的工作幅度范围为2M 1(KM，优于0.01M的糖度完全|^8 足 舰要求)
每份國周长度(MM) & (巻筒直径xir) /100 (3181111x3.14) /100
当钢丝绳巻筒旋转时编码轮与其同步旋转，通过光电传感器采得脉冲数，此脉冲数与钢 丝绳的收放长度有一对应关系即
钢丝绳的收放长度(MM) -脉冲数X标度变换系数(MM/个)
变幅传感器(起升传感器)将采集到的脉冲送单片机进行旋转方向识别同时根据旋转方 向的不同进行加(减)计数，编码后经过RS485接口发送给显示记录主机。
本实用新型的有益效果
本装置使用在塔式起重机上可增强塔机限位保护装置的性能、提高塔机限位保护装置的 智能水平，为塔机的安全使用提供更全面的保护。数据显示功能使操作者对塔机的工作状态 有了一个全面的了解，可使操作者从主观上避免违章作业；数据记录功能为管理部门进行有 效管理提供了技术手段，可有效防止操作者违章作业。
图1是本实用新型的联接示意图。 图2是本装置与塔机控制回路的接口图。 图3是电压传感器电路图。 图4是显示记录主机电路图。 图5是显示记录主机的显示和键盘电路图。 图6是重量变送器电路图。 图7是变幅和起升传感器电路图。 图8是变幅和起升传感器结构图。
以下结合附图对本实用新型进一步说明具体实施方式
图1是本实用新型的联接示意图。
如图i所示l.塔式起重机配电箱；2.供电变压器；3.电压传感器；4.控制输出接线端子； 5.塔式起重机操作台；6.显示记录主机；7.变幅传感器；8.起升传感器；9.重量变送器；10.重 量传感器体。
在图1中，安装于塔式起重机配电箱(1)内的供电变压器(2)将380V电源降压为15V 给本装置供电，电压传感器(3)将输入的AC15V稳压滤波后输出DC12V到显示记录主机 (6)和传感器(7)、 (8)、 (9)，同时电压传感器(3)将从显示记录主机(6)接收到的指令
通过控制输出接线端子(4)完成限位保护。
安装于塔式起重机操作台(5)上的显示记录主机(6)接收传感器(3)、 (7)、 (S)、 (9) 发来的数据处理加工后保存于显示记录主机中的存储器内，并控制指令发往电压传感器(3) 实现限位保护功能，同时通过显示屏向操作者提供塔机的工作状态数据。
变幅传感器(7)安装于塔式起重机的变幅机构上与变幅巻筒同步运转向显示记录主机提 供塔机的工作幅度数据。
起升传感器(8)安装于塔式起重机的起升机构上与起升巻筒同步运转向显示记录主机提 供塔机的吊钩高度数据。
重量传感器体(10) —端与塔机起吊钢丝绳相连，另一端与塔机起重臂尖相连。当有吊 重物时吊重物的重量将通过塔机起吊钢丝绳传递给重量传感器体(10)并引起重量传感器体 (10)产生变形，重量传感器体(10)的变形随受力的大小不同而不同，通过粘贴在重量传 感器体(10)上的电阻应变计把此物理变化转变为电信号送重量变送器(9)进行处理。重量 变送器(9)接收到重量传感器体(10)传来的数据后进行放大、模数转换、数据处理编码后 发送给显示记录主机(6)。
图2是本装置与塔机控制回路的接口图。 图3是电压传感器电路图。
如图2所示(1)、 (2)接380V电源为供电变压器的输入端；(3)、 (4)是供电变压器的 输出端，输出15VAC为本装置供电；经过电压传感器内部整流、滤波、稳压后由(5)、 (7) 号接线端子输出；(5) 12VDC+输出为显示记录主机、传感器供电；(6)通讯总线COMA; (7)通讯总线COMB; (8)电源输出地；
图2中(11)为塔机供电电源测量输入地线N; (12) (13) (14)为塔机三相电源測量输 入L1、 L2、 L3;输入的三相380V电压经100:1的分压电阻分压为三相3.8V，整流后送入图 3中ADC0809进行模数转换，通过单片机进行处理编码后经RS485接口发送给显示记录主机。
图2中(15) (16)为起升高速控制输出；(17) (18)为变幅高速控制输出；(19) (20) 为起升下限位控制输出；(21) (22)为起升上限位控制输出；(23) (24)为变幅后限位控制 输出；(25) (26)为变幅前限位控制输出；(27) (28)为总起电源保护控制输出。
本装置的控制功能通过安装与电压传感器内的各个继电器输出，各个控制输出为一对电 器触头，当塔机工作在允许范围内时各个输出触头均处于闭合状态，塔机的操作不受限制， 当塔机超限位时，相应的输出触头转换为打开状态，塔机的该项操作将不能继续进行，从而 起到保护作用。
图4是显示记录主机电路图。
图5是显示记录主机的显示和键盘电路图。
图4中MCU (STC89C58RD+)为一高性能单片机它是本装置的核心，它承担着数据处 理、通讯控制、显示输出、输出控制的任务。
图4中通过RS485接口 (75LBC184)采集到的各个传感器数据进入MCU进行处理，有 需要保存的数据时先从时钟电路(PCF8563)中取出当前时间与数据一起存入Memory (FM24C256)中，同时将塔机的实时工况数据送图5中的LCD1进行显示。当塔机工作超限 位时由MCU发出断电指令，通过RS485接口将指令传送给电压传感器执行限位保护。 图6是重量变送器电路图。
从重量传感器体得到的模拟信号通过图7中放大器(AD620)进行放大，再由模数转换 器(ILC7109)转换为数字信号，再由单片机(AT89C52)处理编码后经过RS485接口 (75LBC184)发送给显示记录主机。
图7是变幅和起升传感器电路图。
图8是变幅和起升传感器结构图。
图8中1.传感器外壳；2.编码轮；3.PCB板；4.光电传感器；5.航空插插座；6.锁紧蠊冒； 7.定位套;8.轴承;9.联接轴;IO.轴承座。
图8中轴(9)与塔式起重机变幅钢丝绳巻筒联接(起升传感器与变幅传感器工作原理相 同)，与塔机变幅钢丝绳巻筒同步转动，编码轮(2)由轴(9)带动，当编码轮(2)的外齿 通过光电传感器(4)时将阻断光电传感器(4)的光通路，从而采集到塔机变幅钢丝绳巻筒 的运行数据。
图7中光电传感器U1 (HOA0902)承担数据采集工作。当图8中编码轮(2)的外齿通 过光电传感器U1时将阻断光电传感器U1的光通路，则U1向MCU (AT89C2051)发出一次 中断信号，MCU访问到此中断后从引脚P7 (DIREC)取出变幅巻筒的旋转方向信号，如变 幅巻筒顺时针旋转则对脉冲数进行加1计算(反之则减1),并将脉冲数据通过RS485接口 (75LBC184)发给显示记录主机。
权利要求1.一种塔式起重机工况记录及限位保护装置，其特征是装置由显示记录主机、电压传感器、重量变送器、重量传感器、变幅传感器、起升传感器构成，各个传感器通过RS485总线连接到显示记录主机。
2. 根据权利要求1所述的塔式起重机工况记录及限位保护装置，其特征是显示记录主机 有液晶显示界面。
3. 根据权利要求1所述的塔式起重机工况记录及限位保护装置，其特征是各个传感器为 输出数字信号的传感器。
专利摘要本塔式起重机工况记录及限位保护装置是一种带有数据显示功能的全数字式的对塔机工作状态进行监测、记录、显示、控制的仪器。它系由显示记录主机、重量、变幅、起升、电压传感器等部份组成。其突出特征是所有传感器与显示记录主机之间的数据传输为编码数字信号，提高了数据传输过程中的抗干扰能力；集塔式起重机工况记录及限位保护为一体，除具有力矩、重量、变幅、高度限位保护外，还具有过压、欠压、二级超重保护功能，针对起吊速度的不同对高速、低速进行分级保护；超长数据记录时间，记录时间长达12个月，操作者可通过显示记录主机上的键盘输入想要查询的日期就地查询记录下的数据；采用点阵式液晶显示器，全中文操作菜单及提示，操作简便。
文档编号B66C23/88GK201002927SQ20062011191
公开日2008年1月9日 申请日期2006年12月11日 优先权日2006年12月11日
发明者请求不公布姓名 申请人:刘国驰