专利名称：港口门座式起重机作业记录装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于港口门座式起重机，特别是港口门座式起重机(以下简称“门 机”)作业记录装置。
背景技术：
门机由于可灵活更换作业吊具，改变作业泊位，机动性好，是散货码头最常用的装 卸机械。目前门机监控系统CMS(起重机监控系统，又称本地的起重机监控系即LCMS)和 MCMS (远程的起重机监控系统)，只是完成港机/散货码头设备运行实时状态信息监控和港 机/散货码头设备在线编程功能，如港口机械车载PLC状态监控，港口机械设备故障诊断， 港口机械设备故障信息报警，港口机械电气控制部分远程故障排除，港口机械网络状态监 控，港口机械历史故障信息查询及统计，港口机械故障处理记录及统计查询等，不包含机械 设备操作数据的实时记录。现代港口的生产作业自动化水平在逐步提高，用户的需求由原 来简单的自动化控制，进一步提升到包含人员作业考核、设备状态监控、机械作业环境监控 等等全方位的自动化调度、监控和管理系统。而只有完整、实时地监视、记录港口机械的设 备操作数据，才能为以上功能需求提供准确的考核依据。另外，散货的装卸一直因为无法针对每台门机司机作业量进行准确计量，现行的 散货码头机械队司机工资分配方式实际上采取的是作业票平均分配方式，既由调度室开出 每工班每条船的作业票，包括了船名、货品、作业吨数、作业机械、作业工号等信息。每月结 算计件工资时，每个工号则获得其参与作业的作业票中的平均作业吨数，其公式如下
月作教=MiWm 作业票记录作业吨数
tr参与该作业票作业的司机数这样的分配方式是一种平均主义，只与参与操作司机数有关，与司机的工作态度 和完成量没有关系，不利于调动司机工作积极性，影响生产效率。同时每个月的作业情况采 用人工计算方式，且历史数据无证可查，管理水平低下。同时门机上规定使用的力矩限制器 是港口起重机械安全生产必须配备并在机械作业中必须使用的装置。由于港口门机工作任 务繁重，操作司机为了加快工作进度，在工作中时常人为地拔掉力矩限制器电源，切断力矩 限制器的保护功能，使门机长期处于严重超载运行状态，导致设备使用寿命缩短，设备维护 更新无法及时跟上，造成门机起升机构钢丝绳拉断的情况时有发生，严重影响生产，带来安 ^^^ 急 ^^ o因此研制一套实时计量司机作业量，记录、存储操作司机作业数据，并根据安全生 产规程规范司机作业程序、实现绩效考核功能的港口机械设备操作记录装置，建立一套根 据作业数据实现绩效考核的方法成为一个非常迫切的需求。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种通过记录门机作业数据，实时计量司机作业量，规范司机操作，实现操作司机计件工资考核的门座式起重机作业记录装置。为了实现上述目的，本实用新型的门机作业记录装置由传感器及司机操作信号采集装置，信号转换电路、主控制器电路和I/O设备四部分构成，传感器及司机操作信号采集 装置包括安装在门座式起重机上的重量传感器、红外传感器、电流互感器、智能电量隔离变 送器，司机操作的主令控制器的开关量信号采集；信号转换电路包括信号放大调理、A/D转 换、隔离电路；主控制器电路包括单片机及相关电路；I/O设备包括键盘输入电路、液晶显 示电路和IC卡读卡器模块，其特点是重量传感器信号通过模拟信号放大调理电路和A/D 采样后进入主控制器，红外传感器信号和司机操作用的主令控制器的开关量信号经由开关 量信号隔离电路进入主控制器，智能电量传感器的电能数据通过串口与主控制器通信，用 户通过数字键盘、液晶显示器和IC卡实现人机操作。上述红外传感器安装在门机旋转筒接近圆形底座平台处，并且在圆形底座平台下 方无遮挡处每隔30度焊接一块30厘米长的铁片，使红外传感器在旋转过程中，经过铁片时 能感应产生信号，从而获取旋转角度信号。或者在旋转电机上安装旋转编码器，获取门机旋 转机构的旋转速度，及一次作业过程旋转过的角度。上述重量传感器利用门机上现有的力矩限制器，在其重量信号接口处以三通的形 式接出两路重量信号，一路接入力矩限制器，一路接入门机作业记录装置，从而使门机作业 记录装置能及时获取重量信号的变化，同时不影响力矩限制器的正常工作。上述智能电量隔离变送器采用三相四线制，它通过和装在门机三相母线输入电缆 上的电流互感器配合完成电能消耗检测，其中电流互感器将门机三相母线输入电缆的大 电流转换成0-5A的电流送入智能电量隔离变送器，从司机室电压表的输入端并接出电缆， 接入智能电量隔离变送器的电压输入端子。操作记录装置通过RS485总线能成功的从智能 电量隔离变送器获取有功电度，从而检测电能消耗。上述主控制器安装在门机上，通过采集红外、重量传感器信号，以及司机操作的主 令控制器的开关量信号，获得门机的开、闭斗，上升、下降，旋转和重量变化等关键信息，获 得司机操作的有效作业斗数、无效作业斗数，并且通过记录装置上的液晶显示器和信号灯， 实时显示以下信息1)记录当班司机ID号和姓名，并在该司机当班时一直显示该司机的ID号；2)显示当班司机操作的有效斗数、无效斗数、超重报警次数；3)对出现的无效斗数有声光报警提示，在开斗后采用短音乐或语音提示；4)可进行作业速度报警，一次作业过程所用时间小于门限值时报警；5)司机下机前刷卡进行数据下载，包括门机编号等机上数据，数据下载完毕有声 音提示司机可以取走IC卡。上述键盘输入电路设置有简易键盘输入，提供司机在改变作业类型，如转换为吊 扒舱机械时，进行工况转换的设置；提供工程管理人员设置有效的旋转角度，一次完整作业 时间的门限值等。工程管理人员对记录装置的初始参数进行设置必须通过密码确认身份来 修改初始参数。本实用新型使用非接触式IC卡在司机上机工作时进行身份识别以及在门机作业 记录装置和地面考核系统之间传递数据。记录装置上设有IC卡输入输出设备，方便司机上 载和下载数据。要求[0020]1)司机上机后刷卡才能进行操作记录；2)司机下机前要刷卡进行作业数据的下载；每个司机的IC卡记录内容司机工号，门机编号，日期，班次，有效斗数，无效斗 数、每斗的开始时间和报警次数。上述主令控制器下方的接线排中接出对应的动作信号线，接入交流转直流继电器 的交流侧，将继电器的直流侧作为门机作业记录装置的信号输入。本实用新型的门机记录装置实时采集每次起吊时间，完成时间，对于不顾安全因 素提高的操作速度进行限制，提高了安全性。门机记录装置直接采用门机上已经安装有的 力矩限制器的重量传感器信息，避免了司机屏蔽力矩限制器的保护野蛮操作的行为，保证 了钢丝绳的安全使用。本实用新型门机记录装置安装简单、方便。利用门机原有电控系统 和重量传感器，该装置只需要很少的接线和红外传感器的安装就可以完成本系统的安装、 调试。本实用新型门机作业记录装置采用单片机作为主控制器，采用简易键盘输入，液晶显 示，整个记录装置结构紧凑小巧，司机室占用空间小。本实用新型采用完整的屏蔽和抗震措 施，装置的可靠性和稳定性高；采用非接触式IC卡存储技术，使用人员不仅携带方便，而且 不能随意更改整个当班过程的工作记录，保证数据的真实可靠；采用智能电量隔离变送器 和主控制器，使该装置同时获得了电能消耗记录功能，便于进行能耗指标的核定和考核。
图1为本实用新型门机作业记录装置结构框图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步的详细描述。本实用新型的门机作业记录装置由传感器及司机操作信号采集装置，信号转换电 路、主控制器电路和I/O设备四部分构成，其中传感器及司机操作信号采集装置包括红外传感器安装在门机旋转筒接近圆形底座平台处，并且在圆形底座平台下方无 遮挡处每隔30度焊接一块30厘米长的铁片，使红外传感器在旋转经过铁片时能感应产生 信号，或者在旋转电机上安装旋转编码器，来获取门机旋转机构的旋转速度，及一次作业过 程旋转过的角度。重量传感器直接使用门机上已经安装的力矩限制器配备的重量传感器，这不仅简 化安装和节约成本，而且保证了司机作业过程中不能取消力矩限制器的作用。在力矩限制 器的重量信号接口处以三通的形式接出两路重量信号，一路接入力矩限制器，一路接入门 机作业记录装置。三相四线制智能电量隔离变送器和电流互感器获得电能消耗检测数据。智能电 量隔离变送器通过RS-485接口采用M0DBUS通讯协议与控制器通信，可以采集各相电压、 电流；有功、无功功率；有功、无功电度；以及频率和功率因数。电流互感器选择变比为 800 5的，它将门机三相母线输入电缆的大电流转换成0-5A的电流送入智能电量隔离变 送器。电压直接从司机室电压表的输入并接出电缆，接入智能电量隔离变送器的电压输入 端子。通过电压和电流的接入，智能电量隔离变送器获取电能消耗。[0032]信号调理电路包括模拟信号调理电路和开关量信号隔离电路，其中重量传感器输出的电压信号只 有几毫伏到几十毫伏，因此需要模拟信号调理电路进行放大，模拟信号调理电路包括两级 放大电路和电压隔离芯片。其中用AD620芯片构成第一级放大电路，AD620芯片1、8号引 脚之间跨接一个变阻器来调整放大增益；4、7号引脚接正、负12V的工作电压；5号引脚接 输入模拟量的地作为基准电压。用LM358芯片构成第二级放大电路，将AD620芯片6号引 脚的输出电压再次放大，输出电压通过精密隔离放大器IS0124隔离后送入C8051F020单片 机的A/D输入引脚。红外传感器和通过继电器采集的主令控制器的信号是24V的开关量。 当红外传感器未检测到铁片时输出24V高电压，检测到铁片时输出跳变为0V低电压；主令 控制器信号包括脚踏、上升、下降、左转和右转，主令控制器的其中一路信号接通时，继电器 的直流端输出24V高电压，否则保持0V低电压。使用PC817光耦隔离芯片隔离这些开关量 信号，光耦隔离芯片的输出接到主控制电路，作为控制芯片的开关量输入。主控制器电路包括主控制器、看门狗电路、存储器，其中用TQFP-100封装的C8051F020单片机作为主控制器芯片，使用MAX706S作为看 门狗芯片，将看门狗芯片的WDI引脚与C8051F020单片机的P1. 3脚相连，RESET引脚与 C8051F020单片机的/RST引脚连接，并在程序中定时对P1. 3引脚的输入电平取反，允许的 最大的取反时间间隔是1. 6秒，若间隔时间大于1. 6秒，MAX706S的RESET引脚将输出低电 平使单片机复位。本实用新型还扩展两片基于I2C总线的AT24C256获得64K的数据存储空 间。单片机通过I2C总线上的设备绝对地址来访问不同的AT24C256。AT24C256的1、2号引 脚为I2C设备地址设置输入引脚，将其中一片AT24C256的1、2号引脚同时接地，另一片的 1号引脚接5V高电平，2号引脚接地；5、6号脚分别接C8051F020单片机的I2C数据线SIDA 和时钟线SCL ；将7号引脚接地，以禁止芯片写保护；4、8号引脚分别接地和+5V电源。I/O设备包括实时时钟电路、行列式键盘、液晶显示模块、IC卡读写模块，其中时钟电路采用总线接口的实时时钟芯片DS1307，其1、2号引脚接32. 768kHz的晶 振；3、4号引脚接外接电池；5、6号引脚为I2C总线，分别连接C8051F020单片机的I2C数据 线SDA和时钟线SCL ；7号引脚为方波输出引脚，外接一个LED，用于监视时钟芯片的工作 情况。本实用新型使用ZLG7290键盘及LED驱动芯片扩展一个25键的行列式键盘(使用 KC0-KC4和KR0-KR4引脚扩展)。14号引脚为外部中断输入引脚，连到C8051F020单片机 的P0. 6引脚，并通过程序来控制它的中断；15号引脚为复位引脚，同液晶的复位引脚接到 一起，系统上电时同时复位；17、18引脚接4M晶振。本实用新型还扩展以T6963作为控制器 的液晶模块0CM240128-1作为信息显示设备。将C8051F020单片机的65-72号复用引脚作 为液晶模块的数据总线(D0-D7) ；74号引脚作为液晶模块的片选信号引脚；91、92号引脚分 别作为液晶模块的写(WR)、读(RD)控制信号引脚。本实用新型采用ZLG500B读卡器模块， 通过RS232芯片与C8051F020单片机通信，执行IC卡读写操作，并且在读卡模块的蜂鸣器 输出引脚接一个5V的蜂鸣器，用作读卡器操作的声音提示。为方便工程技术人员和管理人 员对记录装置的设定和调试，发明的面板上还设置有一定的LED报警信号灯。本实用新型的工作过程是门机作业前，操作司机上机刷IC卡开始进入作业计数状态。门机作业记录装置实时采集重量传感器、红外传感器以及主令控制器的开关量信号。 根据采集到的上升、下降、开、闭斗信号，旋转角度，重量变化和一次完整作业时间等关键信 息，判断门机是否完成了一次完整的作业流程。记录装置根据设定的参数(如最小旋转角 度、最小有效重量、最小操作时间等)判断一次作业的有效性和规范性，同时记录装置的存 储芯片上实时记录有效作业次数、无效作业次数、违规作业报警次数和每次作业的时间，并 通过记录装置上的液晶显示器显示有效作业次数、无效作业次数、违规作业报警次数，对于 出现的违规作业及时进行声光报警。司机下机刷IC卡，及时将本班的作业数据(包括门机 号、日期、作业开始时间、作业结束时间、有效作业次数、无效作业次数、违规作业报警次数、 每次作业的时间和本班电能消耗)下载到IC卡上。通过地面考核系统上的IC卡接口，司 机将作业数据转储到地面考核系统的数据库中，进行数据统统计和操作量计算。地面考核 系统是安装在机械队部或其他监管理部门的计算机上的软件。IC卡用作门机操作司机的身份识别、作业数据的临时存储以及数据在作业记录装 置和地面考核系统之间的传递。本实用新型采用容量为4K字节的大容量非接触式IC卡，用 于存储司机的基本信息、每个班次的作业信息以及该班次每次作业动作的时间和有效性， 为地面考核系统提供全面、准确的考核数据。本实用新型的创新点在于针对港口散货装卸机械特性提出实时计量司机作业 量，记录操作司机操作数据，对司机进行绩效考核的方法；在实现过程中自行设计了一种能 够准确判断门机作业司机确实完成了一次完整作业动作的方法，并且结合此方法设计了一 套港口企业门机操作员的计件工资考核方法。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
权利要求一种港口门座式起重机作业记录装置，由传感器及司机操作信号采集装置，信号转换电路、主控制器电路和I/O设备四部分构成，传感器及司机操作信号采集装置包括安装在门座式起重机上的重量传感器、红外传感器、电流互感器、智能电量隔离变送器、司机操作的主令控制器的开关量信号采集；信号转换电路包括信号放大调理、A/D转换、隔离电路；主控制器电路包括单片机；I/O设备包括键盘输入电路、液晶显示电路和IC卡读卡器模块，其特征在于重量传感器信号通过模拟信号放大调理电路和A/D采样后进入主控制器，红外传感器信号和司机操作用的主令控制器的开关量信号经由开关量信号隔离电路进入主控制器，智能电量传感器的电能数据通过串口与主控制器通信，用户通过数字键盘、液晶显示器和IC卡实现人机操作。
2.如权利要求1所述的港口门座式起重机作业记录装置，其特征在于红外传感器安 装在门机旋转筒接近圆形底座平台处，并且在圆形底座平台下方无遮挡处每隔30度焊接 一块30厘米长的铁片，使红外传感器在旋转过程中，经过铁片时能感应产生信号，从而获 取旋转角度信号；或者在旋转电机上安装旋转编码器，获取门机旋转机构的旋转速度，及一 次作业过程旋转过的角度。
3.如权利要求1所述的港口门座式起重机作业记录装置，其特征在于重量传感器利 用门机上的力矩限制器，在其重量信号接口处以三通的形式接出两路重量信号，一路接入 力矩限制器，一路接入门机作业记录装置。
4.如权利要求1所述的港口门座式起重机作业记录装置，其特征在于智能电量隔离 变送器采用三相四线制，它通过和装在门机三相母线输入电缆上的电流互感器配合完成电 能消耗检测，其中电流互感器将门机三相母线输入电缆的大电流转换成0-5A的电流送入 智能电量隔离变送器，从司机室电压表的输入端并接出电缆，接入智能电量隔离变送器的 电压输入端子，操作记录装置通过RS485总线能成功的从智能电量隔离变送器获取有功电 度，从而检测电能消耗。
5.如权利要求1所述的港口门座式起重机作业记录装置，其特征在于主令控制器下 方的接线排中接出对应的动作信号线，接入交流转直流继电器的交流侧，将继电器的直流 侧作为门机作业记录装置的信号输入。
专利摘要本实用新型涉及一种港口门座式起重机作业记录装置，作业记录装置由传感器及司机操作信号采集装置、信号转换电路、主控制器电路和I/O设备四部分构成。传感器信号进入主控制器，用户通过数字键盘、液晶显示器和IC卡实现人机操作。本实用新型不仅实现了操作司机的作业量的计量，为司机的绩效考核提供了科学准确的数据；而且严格规范了司机的各项操作，保障了设备的安全使用，大大提高了生产的安全性。本实用新型适用于各种使用门式起重机的码头。
文档编号B66C23/00GK201576315SQ20092008554
公开日2010年9月8日 申请日期2009年4月30日 优先权日2009年4月30日
发明者刘清, 周新民, 李志俊, 梁焕兵, 梁锦雄, 潘志伟, 胡载熙, 谢进光, 赵汝新, 郭建明, 陈昌黎, 黄珍 申请人:武汉理工大学