用于机械式双索抓斗的作业动态监控系统与监测方法
【专利摘要】针对现有机械式双索抓斗作业过程中缺乏有效监控的问题，本发明提供用于机械式双索抓斗的作业动态监控系统与监测方法。所述系统包括包括监测单元、控制单元和输出单元，所述控制单元包括相互独立的第一控制子单元和第二控制子单元。所述方法包括：1接通电源，向控制单元输入参数值；2由监测单元采集信号并分别传递至控制单元内的第一控制子单元和第二控制子单元；3由第一控制子单元对接收到的信号进行处理，并通过输出单元做出相应的声光提示；4由第二控制子单元对接收到的信号进行处理，并通过输出单元做出相应的提示；5关闭电源，结束操作。有益的技术效果：本发明实现了抓斗操作的智能化、可视化、安全化和人性化。
【专利说明】用于机械式双索抓斗的作业动态监控系统与监测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及工程机械领域，具体涉及一种用于机械式双索抓斗的作业动态监控系统及监测方法。
【背景技术】
[0002]抓斗靠左右两个组合斗或多个颚板的开合抓取和卸出散状物料的吊具，由多个颚板组成的抓斗也叫抓爪，目前国内所采用的抓斗主要有机械式抓斗和液压式抓斗。机械式抓斗是通过电机拉动钢索来控制抓斗的闭合，目前有两种，分别是双索抓斗和单索抓斗，由于生产效率较高，双索抓斗在实际工程应用中使用较为普遍。机械式双索抓斗的结构较为复杂，两个电机拉动两根钢索，分别是支撑索和闭合索。支撑索拉着整个抓斗控制抓斗的起落，闭合索拉着抓斗横梁控制抓斗两个颚板的分开和闭合。每抓一斗料，机械式双索抓斗需要通过实现对支撑索和闭合索的控制来完成放斗、抓料、提升、回转、放斗、下料等动作。然而由于本身的结构缺陷，目前已有的机械式双索抓斗在抓料的过程中存在很大的操作难度和极大的安全隐患。目前机械式双索抓斗主要用于港口、码头、矿山，操作者所在的操作室距离抓斗一般有几十米甚至上百米的距离，所以机械式双索抓斗都是由操作者在远处操作，但是由于是手动控制，需要操作者通过观察抓斗的位置进行抓斗的操作，不能对钢索进行有效及时的收放，导致抓料不能抓满甚至抓空，造成工作量的大大增加和生产效率的降低，且生产过程过度依赖操作者的经验技术。另外，由于操作者距离抓斗较远，一旦抓斗遇到坚硬大块的料，操作者很难观察到抓斗所出现的问题，继续让抓斗完成抓料的动作，会导致抓斗组合斗的变形，从而导致抓斗的损坏，甚至导致电机因负载过大造成的损坏，造成重大事故。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种机械式双索抓斗作业动态监控系统及方法，带有故障监控功能。解决机械式双索抓斗工作过程中的操作难度大的问题，减少因为操作者距离抓斗较远，造成的抓斗抓不满甚至抓空，减少工作量，提高生产效率。另外解决机械式双索抓斗遇到大块坚硬的料的时候不能及时控制停机的问题，大大地减少重大事故的发生，保障设备的安全。实现机械式双索抓斗操作的智能化、可视化、安全化和人性化。
[0004]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
用于机械式双索抓斗的作业动态监控系统，包括监测单元、控制单元和输出单元；其特征在于:监测单元与控制单元之间采用无线连接并通讯，控制单元和输出单元之间采用有线连接并通讯；
所述监测单元安装在机械式双索抓斗上；由监测单元检测机械式双索抓斗所承受的拉力值与应变力值，并将检测到的数据传输至控制单元；
所述控制单元和输出单元均设置在机械式双索抓斗的操作室内；其中，控制单元包括相互独立的第一控制子单元和第二控制子单元，第一控制子单元和第二控制子单元分别与输出单元相连接；第一控制子单元和第二控制子单元分别对监测单元传递来的数据进行判断和处理，并分别通过输出单元将处理的结果显示出来。
[0005]进一步说，在本发明中，所述的机械式双索抓斗应包括闭合索106、支撑索107、抓斗主体108、抓斗颚板109、抓斗头罩110和挡绳器111 ;其中，在抓斗主体108的顶部设有抓斗头罩110，在抓斗主体108的底部连接有两块抓斗颚板109 ;在抓斗头罩110的顶部设有挡绳器111。
[0006]所述监测单元包括支撑索拉力传感器101、闭合索拉力传感器102、抓斗应变片103和抓斗无线发射器104 ;其中，支撑索拉力传感器101的一端与支撑索107相连接，支撑索拉力传感器101的另一端与挡绳器111相连接，由支撑索拉力传感器101测量支撑索107和抓斗头罩110之间的支撑索拉力值a ;闭合索拉力传感器102的一端与闭合索106相连接，闭合索拉力传感器102的另一端与抓斗头罩110相连接，由闭合索拉力传感器102测量闭合索106和抓斗头罩110之间的闭合索拉力值b ;在每块抓斗颚板109的开口的边缘均布有4到12片抓斗应变片103，当与抓斗应变片103连接的抓斗颚板109发生形变时，抓斗应变片103输出线性变化的应变力值c ;在抓斗的顶部安装有抓斗无线发射器104 ;通过导线将拉力传感器101、闭合索拉力传感器102以及抓斗应变片103分别与抓斗无线发射器104相连接；
所述控制单元包括第一控制子单元和第二控制子单元；其中，第一控制子单元包括第一控制无线接收装置201、第一控制信号调理电路203、第一控制模数转换电路205、控制时钟芯片电路207、可编程逻辑控制器PLC209和第一电源211 ;第二控制子单元包括第二控制无线接收装置202、第二控制信号调理电路204、第二控制模数转换电路206、第二电源208和工控机IPC210 ；
抓斗无线发射器104的无线发射端分别与第一控制无线接收装置201的无线接收端、第二控制无线接收装置202的无线接收端无线连接并通讯；第一控制无线接收装置201的输出端与第一控制信号调理电路203的输入端相连接,第一控制信号调理电路203的输出端与第一控制模数转换电路205的输入端相连接，第一控制模数转换电路205的输出端与可编程逻辑控制器PLC209的输入端相连接，可编程逻辑控制器PLC209分别与第一电源211、控制时钟芯片电路207相连接；其中，第一控制信号调理电路203负责将第一控制无线接收装置201传递来的信号放大；第一控制模数转换电路205负责将第一控制信号调理电路203传递来的信号转为数字信号；控制时钟芯片电路207负责向可编程逻辑控制器PLC209提供计时信号；可编程逻辑控制器PLC209负责对第一控制模数转换电路205传递来的信号进行具体的判断与处理，产生相应的控制指令；
第二控制无线接收装置202的输出端与第二控制信号调理电路204的输入端连接，第二控制信号调理电路204的输出端与第二控制模数转换电路206的输入端连接，第二控制模数转换电路206的输出端与工控机IPC210的输入端连接，工控机IPC210与第二电源208 ;其中，第二控制信号调理电路204负责将第二控制无线接收装置202传递来的信号放大；第二控制模数转换电路206负责将第二控制信号调理电路204传递来的信号转为数字信号；工控机IPC210负责对第二控制信号调理电路204传递来的信号进行具体的判断；
所述输出单元包括声光报警系统301、第一数据存储设备302、第二数据存储设备303和液晶显示器304 ;其中，声光报警电路301和第一数据存储设备302分别与可编程逻辑控制器PLC209的输出端连接，由声光报警电路301执行可编程逻辑控制器PLC209的指令；第二数据存储设备303和液晶显示器304分别与工控机IPC210的输出端连接；由液晶显示器304显示工控机IPC210的数据处理结果。
[0007]所述声光报警电路301内含“正常工作”指示灯305、“危险操作”报警灯306、“抓斗超重”报警灯307、“抓斗触料”指示灯308和蜂鸣报警器309 ;声光报警电路301按可编程逻辑控制器PLC209的指令接通或断开“正常工作”指示灯305、“危险操作”报警灯306、“抓斗超重”报警灯307、“抓斗触料”指示灯308和蜂鸣报警器309的电源。
[0008]采用本发明产品进行作业动态监控系统的控制方法，按如下步骤进行:
步骤1:接通监测单元、控制单元和输出单元的电源，向控制单元输入最小支撑索拉力阈值Al、最大支撑索拉力阈值A2、最小闭合索拉力阈值B1、最大闭合索拉力阈值B2和最大应变力阈值C ;
步骤2:由监测单元采集机械式双索抓斗的支撑索拉力值a、闭合索拉力值b和应变力值c并分别传递至控制单元内的第一控制子单元和第二控制子单元；
步骤3:由第一控制子单元内的可编程逻辑控制器PLC209对接收到的信号进行处理，并通过输出单兀内的声光报警系统301做出相应的声光提不；
步骤4:由第二控制子单元的工控机IPC210对接收到的信号进行处理，并通过输出单元内的液晶显示器304做出相应的声光提示；
步骤5:关闭监测单元、控制单元和输出单元的电源，结束操作。
[0009]本发明的有益效果:
采用本产品后，机械式双索抓斗的操作将变得更加容易、精确，操作员可以根据报警灯、蜂鸣器以及液晶显示器中予以显示的信息进行操作，大大降低了对操作者经验的要求，并且能够在很大程度上解决机械式双索抓斗经常抓不满甚至抓空的情况，这是目前机械式双索抓斗所存在的及其普遍的问题。另外，采用本产品后的机械式双索抓斗有了更多的保障，不会因为抓到硬物的时候继续工作而导致抓斗变形。大大的降低了机械式双索抓斗的事故率，能够保障设备及人员的安全。
[0010]本产品的监测单元使用支撑索拉力传感器101、闭合索拉力传感器102和抓斗应变片103，全方位多角度对抓斗的工作状态进行监测，能够可靠地收集所需要的数据，且成本较低。本产品的监测单元和控制单元之间采用无线通信技术，实现远距离复杂工况下的数据传输，灵活性高，成本低，可靠性高。
[0011]本产品的控制单元以可编程逻辑控制器PLC209和工控机IPC210为核心，综合了传感器抗干扰能力强、可靠性高和PLC使用方便，编程简单，系统构成灵活，扩展容易的特点。机械式双索抓斗作业动态监控系统的输出单元实时显示设备运行状态和故障信息，使工程人员能够及时直观掌握现场状况，提高了故障监测系统的人性化。
[0012]整个系统反应快速有效，同时复合使用多个传感器，并通过人机交互设备实时显示机器工作状态和故障信息，智能化、人性化程度高。所述数据存储设备可以对监测单元所获取的信号进行存储，以便深层次挖掘所述机械式双索抓斗工作异常的原因。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本产品中监测单元安装在机械式双索抓斗上的简视图。
[0014]图2是图1的侧视图。
[0015]图3是本产品的电路框架图。
[0016]图4是本发明方法的流程图。
[0017]图5是本产品中控制单元处理由监测单元传递来的信号的具体判断与处理流程。
[0018]图中的序号为:支撑索拉力传感器101、闭合索拉力传感器102、抓斗应变片103和抓斗无线发射器104、闭合索106、支撑索107、抓斗主体108、抓斗颚板109、抓斗头罩110、挡绳器111、第二控制外部扩展电路接口 212、第一控制外部扩展电路接口 213、第一控制无线接收装置201、第二控制无线接收装置202、第一控制信号调理电路203、第二控制信号调理电路204、第一控制模数转换电路205、第二控制模数转换电路206、控制时钟芯片电路207、第二电源208、可编程逻辑控制器PLC209、工控机IPC210、第一电源211、声光报警电路301、第一数据存储设备302、第二数据存储设备303和液晶显示器304、“正常工作”指示灯305、“危险操作”报警灯306、“抓斗超重”报警灯307、“抓斗触料”指示灯308、蜂鸣报警器309。
【具体实施方式】
[0019]现结合附图详细说明本发明的结构特点。
[0020]参见图1，用于机械式双索抓斗的作业动态监控系统，所述的机械式双索抓斗包括闭合索106、支撑索107、抓斗主体108、抓斗颚板109、抓斗头罩110和挡绳器111 ;其中，在抓斗主体108的顶部设有抓斗头罩110，在抓斗主体108的底部连接有两块抓斗颚板109 ；在抓斗头罩110的顶部设有挡绳器111 ;此外:还设有监测单元、控制单元和输出单元；其中，监测单元与控制单元之间采用无线连接并通讯，控制单元和输出单元之间采用有线连接并通讯；所述监测单元安装在机械式双索抓斗上；由监测单元检测机械式双索抓斗所承受的拉力值与应变力值，并将检测到的数据传输至控制单元；所述控制单元和输出单元设置在机械式双索抓斗的操作室内；其中，控制单元包括相互独立的第一控制子单元和第二控制子单元，第一控制子单元和第二控制子单元分别与输出单元相连接；第一控制子单元和第二控制子单元分别对监测单元传递来的数据进行判断和处理，并分别通过输出单元将处理的结果显示出来。
[0021]参见图3，所述监测单元包括支撑索拉力传感器101、闭合索拉力传感器102、抓斗应变片103和抓斗无线发射器104 ;其中，支撑索拉力传感器101的一端与支撑索107相连接，支撑索拉力传感器101的另一端与挡绳器111相连接，由支撑索拉力传感器101测量支撑索107和抓斗头罩110之间的支撑索拉力值a ;闭合索拉力传感器102的一端与闭合索106相连接，闭合索拉力传感器102的另一端与抓斗头罩110相连接，由闭合索拉力传感器102测量闭合索106和抓斗头罩110之间的闭合索拉力值b ;在每块抓斗颚板109的开口的边缘均布有4到12片抓斗应变片103，当与抓斗应变片103连接的抓斗颚板109发生形变时，抓斗应变片103输出线性变化的应变力值c ;在抓斗的顶部安装有抓斗无线发射器104 ；通过导线将拉力传感器101、闭合索拉力传感器102以及抓斗应变片103分别与抓斗无线发射器104相连接；参见图2，优选的方案是，在每块抓斗颚板109的开口的边缘均布有4片抓斗应变片103。
[0022]参见图3，所述控制单元包括第一控制子单元和第二控制子单元；其中，第一控制子单元包括第一控制无线接收装置201、第一控制信号调理电路203、第一控制模数转换电路205、控制时钟芯片电路207、可编程逻辑控制器PLC209和第一电源211 ;第二控制子单元包括第二控制无线接收装置202、第二控制信号调理电路204、第二控制模数转换电路206、第二电源208和工控机IPC210。
[0023]参见图3，抓斗无线发射器104的无线发射端分别与第一控制无线接收装置201的无线接收端、第二控制无线接收装置202的无线接收端无线连接并通讯；第一控制无线接收装置201的输出端与第一控制信号调理电路203的输入端相连接，第一控制信号调理电路203的输出端与第一控制模数转换电路205的输入端相连接，第一控制模数转换电路205的输出端与可编程逻辑控制器PLC209的输入端相连接，可编程逻辑控制器PLC209分别与第一电源211、控制时钟芯片电路207相连接；其中，第一控制信号调理电路203负责将第一控制无线接收装置201传递来的信号放大；第一控制模数转换电路205负责将第一控制信号调理电路203传递来的信号转为数字信号；控制时钟芯片电路207负责向可编程逻辑控制器PLC209提供计时信号；可编程逻辑控制器PLC209负责对第一控制模数转换电路205传递来的信号进行具体的判断与处理，产生相应的控制指令。
[0024]参见图3，第二控制无线接收装置202的输出端与第二控制信号调理电路204的输入端连接，第二控制信号调理电路204的输出端与第二控制模数转换电路206的输入端连接，第二控制模数转换电路206的输出端与工控机IPC210的输入端连接，工控机IPC210与第二电源208 ;其中，第二控制信号调理电路204负责将第二控制无线接收装置202传递来的信号放大；第二控制模数转换电路206负责将第二控制信号调理电路204传递来的信号转为数字信号；工控机IPC210负责对第二控制信号调理电路204传递来的信号进行具体的判断；
参见图3，所述输出单元包括声光报警电路301、第一数据存储设备302、第二数据存储设备303和液晶显示器304 ;其中，声光报警电路301和第一数据存储设备302分别与可编程逻辑控制器PLC209的输出端连接，由声光报警电路301执行可编程逻辑控制器PLC209的指令；第二数据存储设备303和液晶显示器304分别与工控机IPC210的输出端连接；由液晶显示器304显示工控机IPC210的数据处理结果。进一步说，所述声光报警电路301内含“正常工作”指示灯305、“危险操作”报警灯306、“抓斗超重”报警灯307、“抓斗触料”指示灯308和蜂鸣报警器309 ;声光报警电路301按可编程逻辑控制器PLC209的指令接通或断开“正常工作”指示灯305、“危险操作”报警灯306、“抓斗超重”报警灯307、“抓斗触料”指示灯308和蜂鸣报警器309的电源。
[0025]进一步说，第一控制信号调理电路203和第二控制信号调理电路204均为包含一枚型号为TP5531的零漂移运动放大器；控制时钟芯片电路207包含一枚型号为DS1302的时钟芯片的串行时钟电路；可编程逻辑控制器PLC209为三菱公司生产的型号为FX1N-24MR-001的PLC ;第一数据存储设备302为金品公司生产的型号为JP6016SS的存储器；可编程逻辑控制器PLC209与机械式双索抓斗的驱动电机相连接。
[0026]进一步说，所述抓斗应变片103为压电晶体；当抓斗应变片103受到压力而产生变形时，抓斗应变片103的电阻值即发生变化，其输出的信号发生相应的线性变化。
[0027]进一步说，在抓斗头罩110上设有抓斗端电源，抓斗端电源分别与支撑索拉力传感器101、闭合索拉力传感器102、抓斗应变片103和抓斗无线发射器104连接并供电。
[0028]参见图3，可编程逻辑控制器PLC209与第一控制外部扩展电路接口 213相连接，通过第一控制外部扩展电路接口 213将起重机的原有电路及设备与第一控制子单元连接起来，共享数据；工控机IPC210与第二控制外部扩展电路接口 212相连接，通过第二控制外部扩展电路接口 212将工控机IPC210与起重机原有的电路及设备相连接。第一控制外部扩展电路213采用三菱公司型号为FX1N-232-BD的232接口通讯展板。第二控制外部扩展电路接口 212采用霍尼韦尔公司型号为SW-CH2S的PC1-E转2串口扩展卡。
[0029]参见图4，采用本发明产品进行作业动态监控系统的控制方法，按如下步骤进行: 步骤1:接通监测单元、控制单元和输出单元的电源，向控制单元输入最小支撑索拉力阈值Al、最大支撑索拉力阈值A2、最小闭合索拉力阈值B1、最大闭合索拉力阈值B2和最大应变力阈值C ;
步骤2:由监测单元采集机械式双索抓斗的支撑索拉力值a、闭合索拉力值b和应变力值c并分别传递至控制单元内的第一控制子单元和第二控制子单元；
步骤3:由第一控制子单元内的可编程逻辑控制器PLC209对接收到的信号进行处理，并通过输出单兀内的声光报警电路301做出相应的声光提不；
步骤4:由第二控制子单元的工控机IPC210对接收到的信号进行处理，并通过输出单元内的液晶显示器304做出相应的声光提示；
步骤5:关闭监测单元、控制单元和输出单元的电源，结束操作。
[0030]参见图5，进一步说，采用本发明所述的方法时，监测单元、控制单元和输出单元具体控制方法如下:
步骤1:接通工控机IPC210和可编程逻辑控制器PLC209的电源并开机，分别向工控机IPC210和可编程逻辑控制器PLC209输入最小支撑索拉力阈值Al、最大支撑索拉力阈值A2、最小闭合索拉力阈值B1、最大闭合索拉力阈值B2和最大应变力阈值C ;建立抓斗无线发射器104与第一控制无线接收装置201、第二控制无线接收装置202的连接；
步骤2:将支撑索拉力传感器101检测到的支撑索拉力值a、闭合索拉力传感器102检测到的闭合索拉力值b和抓斗应变片103检测到的应变力值c经过抓斗无线发射器104分别传递至第一控制无线接收装置201和第二控制无线接收装置202 ；
由第一控制无线接收装置201将接收到的数据信号依次经过第一控制信号调理电路203的放大处理、第一控制模数转换电路205模数转换处理后输入至可编程逻辑控制器PLC209中；可编程逻辑控制器PLC209将接收到的信号存入第一数据存储设备302中，并按步骤3所述的方法对信号进行处理；由第二控制无线接收装置202将接收到的数据信号依次经第二控制信号调理电路204的信号放大处理、第二控制模数转换电路206的信号模数转化处理后输入至工控机IPC210中；工控机IPC210将接收到的信号存入第二数据存储设备303中，并按步骤4所述的方法对信号进行处理；
步骤3:可编程逻辑控制器PLC209按如下步骤对接收到的数据信号进行处理，详见图
5:
3.1由比较应变力值c是否小于最大应变力阈值C:
若可编程逻辑控制器PLC209接收到的任一个抓斗应变片103的应变力值c >最大应变力阈值C，则可编程逻辑控制器PLC209驱动声光报警电路301内的“危险操作”报警灯306点亮、蜂鸣报警器309报警；与此同时，可编程逻辑控制器PLC209向机械式双索抓斗的驱动电机发出关停指令；
若应变力值C >最大应变力阈值C，则进入下一步；
3.2比较支撑索拉力a是否小于最小支撑索拉力阈值Al:
若支撑索拉力值a <最小支撑索拉力阈值Al，则可编程逻辑控制器PLC209驱动声光报警电路301内的“抓斗触料”指示灯308点亮；
若支撑索拉力值a >最小支撑索拉力阈值Al,则进入下一步；
3.3比较支撑索拉力a是否小于最大支撑索拉力阈值A2:
若支撑索拉力值a >最大支撑索拉力阈值A2，则可编程逻辑控制器PLC209驱动声光报警电路301内的“危险操作”报警灯306点亮；与此同时，可编程逻辑控制器PLC209向机械式双索抓斗的驱动电机发出关停指令；
若支撑索拉力值a <最大支撑索拉力阈值A2,则进入下一步；
3.4比较闭合索拉力b是否小于最大闭合索拉力阈值BI:
若闭合索拉力值b >最大闭合索拉力阈值BI，则可编程逻辑控制器PLC209驱动声光报警电路301内的“危险操作”报警灯306点亮，并返回步骤3.1进行新一轮的检测；
若闭合索拉力值b <最大闭合索拉力阈值BI，则可编程逻辑控制器PLC209驱动声光报警电路301内的“正常工作”指示灯305点亮，并返回步骤3.1进行新一轮的检测；
步骤4:工控机IPC210按如下步骤对接收到的数据信号进行处理，详见图5:
4.1比较应变力值c是否小于最大应变力阈值C:
若应变力值c >最大应变力阈值C，则工控机IPC210通过与之相连的液晶显示器304显示“危险操作”;若应变力值c >最大应变力阈值C，则进入下一步；
4.2比较支撑索拉力值a是否小于最小支撑索拉力阈值Al:
若支撑索拉力值a <最小支撑索拉力阈值Al则工控机IPC210通过与之相连的液晶显示器304显示“抓斗触料”;若支撑索拉力值a >最小支撑索拉力阈值Al，则进入下一步；
4.3比较支撑索拉力值a是否小于最大支撑索拉力阈值A2:
若支撑索拉力值a >最大支撑索拉力阈值A2，则工控机IPC210通过与之相连的液晶显示器304显示“危险操作”报警灯306 ;若支撑索拉力值a <最大支撑索拉力阈值A2，则进入下一步；
4.4比较闭合索拉力b是否小于最大闭合索拉力阈值B1:若闭合索拉力值b >最大闭合索拉力阈值BI，则工控机IPC210通过与之相连的液晶显示器304显示“危险操作”报警灯306，并返回步骤4.1进行新一轮的检测；；
若闭合索拉力值13<最大闭合索拉力阈值BI，则工控机IPC210通过与之相连的液晶显示器304显示“正常工作”指示灯305，并返回步骤4.1进行新一轮的检测；
步骤5:断开工控机IPC210和可编程逻辑控制器PLC209的电源，结束动态监控。
[0031]在实际操作中，操作员无法始终观察液晶显示器304上显示的信息，故通过“正常工作”指示灯305、“危险操作”报警灯306、“抓斗超重”报警灯307、“抓斗触料”指示灯308及蜂鸣报警器309给操作员最基础的声光提示，使得操作员在盯着抓斗进行操作的同时，用眼睛的余光了解设备的状态。当环境许可的时候或紧急制动后，再通过液晶显示器304了解具体的工作状态与报警的内容。
[0032]本产品用相对独立的第一控制子单元和第二控制子单元同时处理监测单元从抓斗端传回的数据，避免了采用单一的控制单元参数输入错误、信号传递异常而造成的误判断，检测到的信号只要超过设定范围，至少有一组设备能够发出报警提示，从而避免了抓斗发生故障或损坏。
【权利要求】
1.用于机械式双索抓斗的作业动态监控系统，其特征在于:包括监测单元、控制单元和输出单元；监测单元与控制单元之间采用无线连接并通讯，控制单元和输出单元之间采用有线连接并通讯； 所述监测单元安装在机械式双索抓斗上；由监测单元检测机械式双索抓斗所承受的拉力值与应变力值，并将检测到的数据传输至控制单元； 所述控制单元和输出单元均设置在机械式双索抓斗的操作室内；其中，控制单元包括相互独立的第一控制子单元和第二控制子单元，第一控制子单元和第二控制子单元分别与输出单元相连接；第一控制子单元和第二控制子单元分别对监测单元传递来的数据进行判断和处理，并分别通过输出单元将处理的结果显示出来。
2.如权利要求1所述的用于机械式双索抓斗的作业动态监控系统，其特征在于: 所述监测单元包括支撑索拉力传感器(101)、闭合索拉力传感器(102)、抓斗应变片(103 )和抓斗无线发射器(104);其中，支撑索拉力传感器(101)的一端与支撑索(107 )相连接，支撑索拉力传感器(101)的另一端与挡绳器(111)相连接，由支撑索拉力传感器(101)测量支撑索(107)和抓斗头罩(110)之间的支撑索拉力值a ；闭合索拉力传感器(102)的一端与闭合索(106)相连接，闭合索拉力传感器(102)的另一端与抓斗头罩(110)相连接，由闭合索拉力传感器(102)测量闭合索(106)和抓斗头罩(110)之间的闭合索拉力值b ;在每块抓斗颚板(109)的开口的边缘均布有4到12片抓斗应变片(103)，当与抓斗应变片(103)连接的抓斗颚板(109)发生形变时，抓斗应变片(103)输出线性变化的应变力值c ;在抓斗的顶部安装有抓斗无线发射器(104);通过导线将拉力传感器(101)、闭合索拉力传感器(102)以及抓斗应变片(103)分别与抓斗无线发射器(104)相连接； 所述控制单元包括第一控制子单元和第二控制子单元；其中，第一控制子单元包括第一控制无线接收装置(201)、第一控制信号调理电路(203)、第一控制模数转换电路(205)、控制时钟芯片电路(207)、可编程逻辑控制器PLC (209)和第一电源(211);第二控制子单元包括第二控制无线接收装置(202)、第二控制信号调理电路(204)、第二控制模数转换电路(206)、第二电源(208)和工控机IPC (210)； 抓斗无线发射器(104)的无线发射端分别与第一控制无线接收装置(201)的无线接收端、第二控制无线接收装置(202)的无线接收端无线连接并通讯；第一控制无线接收装置(201)的输出端与第一控制信号调理电路(203)的输入端相连接,第一控制信号调理电路(203)的输出端与第一控制模数转换电路(205)的输入端相连接，第一控制模数转换电路(205)的输出端与可编程逻辑控制器PLC (209)的输入端相连接，可编程逻辑控制器PLC(209)分别与第一电源(211)、控制时钟芯片电路(207)相连接；其中，第一控制信号调理电路(203)负责将第一控制无线接收装置(201)传递来的信号放大；第一控制模数转换电路(205)负责将第一控制信号调理电路(203)传递来的信号转为数字信号；控制时钟芯片电路(207)负责向可编程逻辑控制器PLC (209)提供计时信号；可编程逻辑控制器PLC (209)负责对第一控制模数转换电路(205)传递来的信号进行具体的判断与处理，产生相应的控制指令； 第二控制无线接收装置(202)的输出端与第二控制信号调理电路(204)的输入端连接，第二控制信号调理电路(204)的输出端与第二控制模数转换电路(206)的输入端连接，第二控制模数转换电路(206)的输出端与工控机IPC (210)的输入端连接，工控机IPC(210)与第二电源(208);其中，第二控制信号调理电路(204)负责将第二控制无线接收装置(202)传递来的信号放大；第二控制模数转换电路(206)负责将第二控制信号调理电路(204)传递来的信号转为数字信号；工控机IPC (210)负责对第二控制信号调理电路(204)传递来的信号进行具体的判断； 所述输出单元包括声光报警电路(301)、第一数据存储设备(302)、第二数据存储设备(303)和液晶显示器(304);其中，声光报警电路(301)和第一数据存储设备(302)分别与可编程逻辑控制器PLC (209)的输出端连接，由声光报警电路(301)执行可编程逻辑控制器PLC (209)的指令；第二数据存储设备(303)和液晶显示器(304)分别与工控机IPC (210)的输出端连接；由液晶显示器(304)显示工控机IPC (210)的数据处理结果。
3.如权利要求2所述的用于机械式双索抓斗的作业动态监控系统，其特征在于，所述声光报警电路(301)内含“正常工作”指示灯(305)、“危险操作”报警灯(306)、“抓斗超重”报警灯(307)、“抓斗触料”指示灯(308)和蜂鸣报警器(309);声光报警电路(301)按可编程逻辑控制器PLC (209)的指令接通或断开“正常工作”指示灯(305)、“危险操作”报警灯(306)、“抓斗超重”报警灯(307)、“抓斗触料”指示灯(308)和蜂鸣报警器(309)的电源。
4.如权利要求2所述的用于机械式双索抓斗的作业动态监控系统，其特征在于，第一控制信号调理电路(203)和第二控制信号调理电路(204)均为包含一枚型号为TP5531的零漂移运动放大器；控制时钟芯片电路(207)包含一枚型号为DS1302的时钟芯片的串行时钟电路；可编程逻辑控制器PLC (209)为三菱公司生产的型号为FX1N-24MR-001的PLC ;第一数据存储设备(302)为金品公司生产的型号为JP6016SS的存储器； 可编程逻辑控制器PLC (209)与机械式双索抓斗的驱动电机相连接。
5.如权利要求2所述的用于机械式双索抓斗的作业动态监控系统，其特征在于，所述抓斗应变片(103)为压电晶体；当抓斗应变片(103)受到压力而产生变形时，抓斗应变片(103)的电阻值即发生变化，其输出的信号发生相应的线性变化。
6.如权利要求2所述的用于机械式双索抓斗的作业动态监控系统，其特征在于，在抓斗头罩(110)上设有抓斗端电源，抓斗端电源分别与支撑索拉力传感器(101)、闭合索拉力传感器(102)、抓斗应变片(103)和抓斗无线发射器(104)连接并供电。
7.如权利要求2所述的用于机械式双索抓斗的作业动态监控系统，其特征在于，可编程逻辑控制器PLC (209)与第一控制外部扩展电路接口(213)相连接，通过第一控制外部扩展电路接口(213)将起重机的原有电路及设备与第一控制子单元连接起来，共享数据；工控机IPC (210)与第二控制外部扩展电路接口(212)相连接，通过第二控制外部扩展电路接口(212)将工控机IPC (210)与起重机原有的电路及设备相连接。
8.如权利要求7所述的用于机械式双索抓斗的作业动态监控系统，其特征在于，第一控制外部扩展电路接口(213)采用三菱公司的FX1N-232-BD通讯展板；第二控制外部扩展电路接口(212)采用霍尼韦尔公司的SW-CH2S扩展卡。
9.采用权利要求2至8所述任一用于机械式双索抓斗的作业动态监控系统的控制方法，其特征在于，按如下步骤进行: 步骤1:接通监测单元、控制单元和输出单元的电源，向控制单元输入最小支撑索拉力阈值Al、最大支撑索拉力阈值A2、最小闭合索拉力阈值B1、最大闭合索拉力阈值B2和最大应变力阈值C ; 步骤2:由监测单元采集机械式双索抓斗的支撑索拉力值a、闭合索拉力值b和应变力值c并分别传递至控制单元内的第一控制子单元和第二控制子单元； 步骤3:由第一控制子单元内的可编程逻辑控制器(PLC209)对接收到的信号进行处理，并通过输出单兀内的声光报警电路(301)做出相应的声光提不； 步骤4:由第二控制子单元的工控机IPC (210)对接收到的信号进行处理，并通过输出单元内的液晶显示器(304)做出相应的声光提示； 步骤5:关闭监测单元、控制单元和输出单元的电源，结束操作。
【文档编号】B66C13/16GK104150362SQ201410368420
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月30日 优先权日:2014年7月30日
【发明者】朱华炳, 訾斌, 高晨辉, 卫道柱, 邝先进, 牛康廷 申请人:合肥工业大学