综合交互式起重机超载限制系统的制作方法

本实用新型属于起重机技术领域，具体涉及综合交互式起重机超载限制系统。

背景技术：

起重机是一种循环、间歇运动的机械，又称天车，航吊，吊车。传统的超载限制器通过称重传感器测量装载物重量，仪表实时显示实际载荷，当载荷达到其额定载荷的设定值时，发出声光报警信号，并可给出开关量输出。整个系统由传感器、连接电缆、微电脑主机等组成，广泛用于桥式类型起重机和升降机。现有起重机上设置的超载保护装置成本高，体积大，维护不方便，维护成本增高，露天使用可靠性差，使用寿命短。对于数据的采集处理不具有抗干扰性，导致物体在轻微晃动的时候，数据不停跳动，无法正常观察。且由于称重传感器非纯线性式变化，导致测量数据与实际值偏差较大，但无校准称重曲线功能，因此整个超载限制保护装置功能单一，不具可扩展性，且无法外接监控设备进行实时通讯。

CN200920098685.2公开了一种带超载限制功能的起重机遥控系统。系统包括力传感器、无线传输超载控制盒和操作员手持的无线遥控器；其中力传感器安装在起重机钢丝绳固定端的钢丝绳上；无线传输超载控制盒安装在起重机控制箱旁；无线遥控器由操作员手持。本实用新型提供的带超载限制功能的起重机遥控系统，虽可以使操作员实时掌握起升重量，及时获得极限报警和超载报警信息，但需要操作人员实时监控，若同时有多台设备在运行，则会出现无暇顾及的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种综合交互式起重机超载限制系统，整个系统的设计合理、体积小、成本低、重量轻、便于安装；通过对硬件电路的完善和采集控制系统的优化，使得起重机的重量数据采集和传输控制更加准确；通过智能的交互控制系统，使得操作监控更加简便；整个系统功能多样化且具有很强的扩展性。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种综合交互式起重机超载限制系统，包括承重组件和控制组件；所述承重组件包括称重传感器、信号变送器；起重机的主钩和和副钩上均设有至少一个挂钩；与所述起重机的主钩电机和副钩电机相连的绳索上，分别安装有所述称重传感器和所述信号变送器，所述称重传感器用于测量所述绳索的张力变化，所述信号变送器用于对所述称重传感器输出的信号进行转换；所述信号变送器与所述称重传感器、所述控制组件电连接，所述控制组件与PLC监控设备或显示屏电连接，所述控制组件用于对所述称重传感器监测到的信号进行分析处理，所述PLC监控设备或所述显示屏用于显示所述分析处理结果。

所述主钩电机和所述副钩电机的绳索上均安装有所述称重传感器，用于测量所述绳索的张力变化；所述起重机起吊时的载荷由所述称重传感器检测，当起吊重物时，传递给所述称重传感器的压力(或拉力)使所述称重传感器中的弹性体发生微小变形，因此产生了与载荷成比例的电压信号，此时完成了由“重量”到“电压信号”的转变；经所述信号变送器放大、转换后的信号，经所述控制组件分析处理后，经所述PLC监控设备或所述显示屏显示出来。

所述主钩和所述副钩上均设有至少一个挂钩，根据重物的重量，选择合适数量的所述挂钩用于承重，即可以确保重物在上升过程中的平稳性、安全性，又可以减轻单钩承重对仪器设备的损害。

优选地，所述控制组件包括开关电源、电源开关按钮、超载监控模块，所述超载监控模块包括单片机，以及与所述单片机电连接的按键设置电路、信号显示电路、信号采集电路、声光报警电路、超载控制电路、交互式通讯电路；所述按键设置电路与菜单查询系统的设置按钮电连接，所述信号显示电路与所述PLC监控设备或所述显示屏电连接，所述信号采集电路与所述信号变送器电连接，所述声光报警电路与喇叭和报警灯电连接，所述超载控制电路用于控制所述起重机的供电电源，所述交互式通讯电路用于与所述PLC监控设备或所述显示屏进行交互式通讯。

所述主钩电机和所述副钩电机的绳索上均安装有所述称重传感器，用于测量所述绳索的张力变化；所述绳索的张力变化被转化为电信号后，经所述信号变送器放大、转换后，传递至所述信号采集电路，经所述信号采集电路处理后的电信号传递至所述单片机；通过所述单片机控制所述声光报警电路、所述超载控制电路、所述信号显示电路工作，所述主钩和所述副钩上的挂重信息及控制信息，通过所述交互式通讯电路给予所述PLC监控设备或所述显示屏信息，经所述PLC监控设备或所述显示屏显示出来，从而进行实时监控。如果超载则产生声光报警和超载控制信号，切换所述起重机上升回路的电源，实现超载限制，避免危险发生。所述显示屏为独立的LED数码显示屏。

优选地，所述挂钩至少有一个为U形挂钩。所述U形挂钩，可以确保重物在上升过程中，不会在晃动的情况下脱钩，避免危险发生。

优选地，所述称重传感器采用电阻应变传感器，核心部件是由4个弹性电阻应变片构成的等臂电桥电路。所述起重机起吊时的载荷由电阻应变式称重传感器检测，当起吊重物时，传递给所述称重传感器的压力(或拉力)使电阻应变式称重传感器中的电阻应变片变形，所述电阻应变片变形时其电阻也随之改变，因此产生了与载荷成比例的电压信号，此时完成了由“重量”到“电压信号”的转变。

优选地，所述电源开关按钮安装在仪表盒的表面，所述电源开关按钮为防水型带灯开关按钮，防水等级IP65；所述仪表盒的内部安装有所述开关电源，所述开关电源用于将380V的交流电经AC/DC转换为24V的直流电。

优选地，所述按键设置电路的按键数量为4个，用于对所述菜单查询系统中的内容进行设置。所述菜单查询系统中的设置内容包括传感器最大值设定、重物满载值设定、初始值设定、预警值设定、报警值设定、8段曲线校验设定、继电器输出延时时间设定、信号通道跟踪输出选择、MODBUS交互式通讯设定、去皮。其中采用8段称重曲线校验主要是由于称重传感器实际测量输出量并非按照一个固定比例系数输出的，导致控制组件在信号采集计算中也不能简单的按照一个固定比例系数去计算显示重量，不然会使实际值与显示值有很大偏差。因此在出现误差过大时，通过菜单进入校验功能，输入实际测量的称重重量并确认，此时系统不但会保存这个测试信号对应显示的称重数据量，而且会同步将整条称重曲线分割成若干段，每一段曲线斜率会重新计算自动调整，这样使得测量值更加符合实际值。

优选地，所述信号显示电路还与两个0.4英寸、共阴极、红色数码管电连接，用于分别显示所述起重机的主钩、副钩重量参数。

优选地，所述信号变送器采用电位器组成桥式电路，通过调整所述电位器的阻值，可校零及校满量程信号点，所述信号变送器对所述称重传感器输出的0-30mV的模拟信号进行采集并转换成4-20mA的模拟信号，变送给所述信号采集电路；所述信号采集电路采用线性光耦模块实现输入信号与内部电路的隔离，配合软件滤波，对采集到的信号进行处理。

即所述信号采集电路对所述4-20mA的模拟信号进行采集后；采用线性光耦模块实现输入信号与内部电路的隔离，配合软件滤波，即中位值平均数算法，对采集到的信号进行处理，防止外部信号对系统内部的干扰，数据的采集和处理具有抗干扰性。

优选地，所述超载控制电路由4个继电器组成，所述继电器的线圈工作吸合电压为12V的直流电，所述继电器所能承受的最大电流为16A，所述继电器的触点工作电压为250V的交流电；所述继电器用于接收所述单片机输出的动作指令，实现对所述起重机的主钩、副钩动作的控制。

优选地，所述交互式通讯电路内部包括4-20mA跟踪输出电路及RS485通讯电路两部分，所述RS485通讯电路支持MODBUS通讯协议，可通过菜单系统与所述PLC监控设备或所述显示屏进行交互式通讯。4-20mA的跟踪输出及MODBUS交互式通讯功能，可同时连接所述显示屏显示，并接入所述PLC监控设备中。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、所述的一种综合交互式起重机超载限制系统，设计合理、体积小、成本低、重量轻且便于安装；

2、采用隔离电路信号处理方案，配合软件滤波及防轻微晃动的算法，数据的采集和处理具有抗干扰性；

3、整个系统增加智能交互式通讯，方便与数码管或PLC监控设备进行数据通讯传输，从而使起重机的超载控制和限制更加准确实用，操作更加方便。

附图说明

图1为本实用新型实施例1所述综合交互式起重机超载限制系统的总体连接示意图；

图2为本实用新型实施例1所述仪表盒的局部结构示意图；

图3为本实用新型实施例1所述综合交互式起重机超载限制系统工作时各装置之间的连接结构示意图；

图4为为本实用新型实施例2所述主钩中各挂钩的连接结构示意图；

图中：1、承重组件；11、称重传感器；1101、主钩称重传感器；1102、副钩称重传感器；12、信号变送器；1201、主钩信号变送器；1202、副钩信号变送器；2、控制组件；21、开关电源；22、电源开关按钮；23、超载监控模块；2301、单片机；2302、按键设置电路；2303、信号显示电路；2304、信号采集电路；2305、声光报警电路；2306、超载控制电路；2307、交互式通讯电路；3、主钩；31、主钩电机；4、副钩；41、副钩电机；501、弧形挂钩；502、U形挂钩；701、交流电供电接口；702、传感器供电接口；703、超载控制输出口；704、传感器信号输入口及信号跟踪输出口；705、RS485通讯电路输出口；8、PLC监控设备；9、仪表盒；10、显示屏。

具体实施方式

下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

本实施例所述的一种综合交互式起重机超载限制系统，包括承重组件1和控制组件2。

如图1所示，承重组件1包括称重传感器11、信号变送器12，起重机的主钩3和副钩4上均设有称重传感器11和信号变送器12，即是主钩称重传感器1101、主钩信号变送器1201、副钩称重传感器1102和副钩信号变送器1202；主钩称重传感器1101和副钩称重传感器1102分别安装在所述起重机的主钩电机31和副钩电机41的绳索上；信号变送器12与称重传感器11、控制组件2电连接；控制组件2与PLC监控设备8或显示屏10电连接。主钩3和副钩4上均设有一个弧形挂钩501。

如图2所示，控制组件2包括开关电源21、电源开关按钮22、超载监控模块23，仪表盒9内安装有用于将380V的交流电经AC/DC转换为24V的直流电的开关电源21；仪表盒9的表面安装有电源开关按钮22，电源开关按钮22为防水型带灯开关按钮，防水等级IP65；超载监控模块23由四根尼龙柱抬高35mm，方便观察数值；开关电源21与超载监控模块23均与底板固定；380V的交流电供电电源从交流电供电接口701被引入，称重传感器11的供电电源从传感器供电接口702被引入，称重传感器11的供电电源有15V直流电及24V直流电两种可选供电电压。

超载控制信号从超载控制输出口703引出，控制主钩电机31、副钩电机41的工作状态；主钩3和副钩4上的称重信号及一路跟踪输出信号从传感器信号输入口及信号跟踪输出口704进出；交互式通讯信号从RS485通讯电路输出口705进出。

如图3所示，超载监控模块23包括单片机2301，以及与单片机2301电连接的按键设置电路2302、信号显示电路2303、信号采集电路2304、声光报警电路2305、超载控制电路2306、交互式通讯电路2307。

按键设置电路2302的按键数量为4个，用于设定称重传感器11的最大值、重物满载值、初始值、预警值、报警值、8段曲线校验、继电器输出延时时间、信号通道跟踪输出选择、MODBUS交互式通讯、去皮。

信号显示电路2303还与两个0.4英寸、共阴极、红色数码管电连接。

信号变送器12采用电位器组成桥式电路，通过调整所述电位器的阻值，可校零及校满量程信号点，信号变送器12对称重传感器11输出的0-30mV的模拟信号进行采集并转换成4-20mA的模拟信号，变送给信号采集电路2304；信号采集电路2304采用线性光耦模块实现输入信号与内部电路的隔离，配合软件滤波，对采集到的信号进行处理。

超载控制电路2306由4个继电器组成，所述继电器的线圈工作吸合电压为12V的直流电，所述继电器所能承受的最大电流为16A，所述继电器的触点工作电压为250V的交流电。

所述起重机起吊时的载荷由称重传感器11检测，当起吊重物时，传递给称重传感器11的压力(或拉力)使传感器(弹性体)发生微小变形，因此产生了与载荷成比例的电压信号，此时完成了由“重量”到“电压信号”的转变；受力产生的电压信号经信号变送器12放大转换之后，经信号采集电路2304处理之后，传递至单片机2301；单片机2301将处理后信号经信号显示电路2303显示出来；如果超载则声光报警电路2305产生声光报警，喇叭发出响亮的声音，报警灯持续闪烁；所述继电器接收到单片机2301输出的动作指令后，切断所述起重机上升回路的电源，实现超载限制，避免危险发生；所述数码管将主钩3和副钩4上的挂重重量显示出来。

本实施所述的超载限制系统，交互式通讯电路2307包括4-20mA跟踪输出电路及RS485通讯电路两部分，所述RS485通讯电路支持MODBUS交互式通讯功能，可通过菜单系统，同时连接显示屏10或接入PLC监控设备8中进行显示与监控。此处显示屏10指的是独立的LED数码管显示屏，能够独立显示称重信号这一个数据量，属于可选配套方案。显示屏10与PLC监控设备8中的显示屏不同，PLC监控设备8中的显示屏显示的是一个监控系统平台，里面有很多的数据，且尺寸较小。

本实施例采用STM32F103ZET6单片机作为控制芯片。STM32F103ZET6有512K字节的系统内可编程Flash,称重传感器11的重量参数、设备的通讯地址等参数存放在FLASH中,保证掉电开机后限制器仍可正常工作，选择STM32F103ZET6作控制单片机的一个重要原因就是它内部ADC是一个12位精度、一种逐次逼近型模拟数字转换器。它有多达18个通道，可测量16个外部和2个内部信号源。各通道的A/D转换可以单次、连续、扫描或间断模式执行，且转换速率最快能达到1uS，在高采集响应速率状态下，处理信息速度提高。保证转换过程中输入到ADC的电压能实际反映出变化曲线,促使转化准确，且整个采集电路采用隔离电路信号处理方案，配合软件滤波及防轻微晃动的算法，防止外部信号对系统内部的干扰。

实施例2

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：如图4所示，主钩3上设有一个U形挂钩502和一个弧形挂钩501，副钩4上设有一个U形挂钩502。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。