一种天车电机智能可逆控制系统的制作方法

本实用新型属于天车控制系统技术领域，具体涉及一种天车电机智能可逆控制系统。

技术背景

桥式起重机是桥架在高架轨道上运行的一种桥架型起重机，又称天车。天车广泛地应用在室内外仓库、厂房、码头和露天贮料场等处。传统天车控制系统由接触器组合而成，但由于接触器是由动铁芯、静铁芯、线圈组成，是通过线圈通电后，线圈电流会产生磁场，产生的磁场使静铁芯产生电磁吸力吸引动铁芯，并带动触点动作。在实际使用中，常常发生其动铁芯卡住，无法吸合到位，或者动铁芯和静铁芯粘连，无法断开等问题。以及主控电源异常时、电机异常时，无法自动识别停止天车，常常需要到损坏，出现事故才停止系统。

现有技术中由于天车控制系统没有检测功能，控制系统中出现结构件卡住不导通，或者结构件熔焊无法断开时，控制系统不能自动停止天车运行，常常由此引发安全事故，且在控制系统中温度过高，超过电气系统安全运行环境时，控制系统不能自动停止天车运行，常常由此引发安全事故。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的缺点，提供一种天车电机智能可逆控制系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了如下的技术方案：一种天车电机智能可逆控制系统，包括显示系统与主控系统，所述显示系统用于提供并显示当前时间信息，其由提供人机交互界面的显示模块和按键模块组成，其包括时钟模块和用于与主控系统连接的内部显示通信模块；所述主控系统包含内部通信模块、电压采集模块、电流采集模块、温度采集模块、天车指令接受与分析模块、电机智能可逆控制模块、自检模块、热保护模块、电压保护模块、电流保护模块、故障记录模块、对外通信模块与微处理器，内部通信模块包含内部通信硬件电路，其用于互联显示系统；所述电压采集模块包含电压互感器和电压采集硬件电路，电流采集模块包含电流传感器和电流采集硬件电路，其通过电流采集硬件电路、电压采集硬件电路将电流、电压转换成微处理器可识别信号；所述温度采集模块包含温度传感器和温度检测电路，温度检测电路用于处理温度传感器输出的信号；所述天车指令接受与分析模块包含正反转指令信号检测电路，其用于识别用户正反转操作指令信号识别，并转换成微处理器可识别信号；所述电机智能可逆控制模块包含正向、反向输出控制硬件电路；所述故障记录模块包含存储硬件电路，其用于对控制系统故障记录；所述对外通信模块包含通信硬件电路，其用于天车电机智能可逆控制系统接入外部其它系统中。

作为本实用新型的一种优选技术方案，时钟模块包含时钟硬件电路；显示模块包含OLED 显示屏硬件电路；按键模块包含按键硬件电路；内部显示通信模块包含内部通信硬件电路。

作为本实用新型的一种优选技术方案，自检模块包含晶闸管两端状态检测硬件电路，其包括晶闸管控制电路与晶闸管检测电路，晶闸管控制电路用于控制晶闸管模组，组合实现天车电机正向工作和反向工作，晶闸管检测电路用于检测晶闸管模组中每个晶闸管状态，然后微处理器结合控制状态，判定晶闸管是否损坏。

作为本实用新型的一种优选技术方案，电压保护模块、电流保护模块基于电压采集模块与电流采集模块，其对电压采集模块与电流采集模块所采集的电压与电流信号接收并进行阈值关断。

作为本实用新型的一种优选技术方案，热保护模块基于温度采集模块和电流采集模块，其对温度采集模块与电流采集模块所采集的温度与电流信号接收并进行控温反应。

作为本实用新型的一种优选技术方案，显示系统与主控系统基于内部通信电路进行通信数据传输，通信数据传输包含实时时间、从机地址、读写数据和CRC校验数据，其中读写数据根据通信状态基可分为：读取实时状态数据、写保护参数数据、写系统参数数据、读当前故障参数数据、读故障记录参数数据与读动作记录参数数据。

作为本实用新型的一种优选技术方案，主控系统的时间通过解析显示系统下发的通信数据获取。

作为本实用新型的一种优选技术方案，显示系统为内部通信主机和时钟源，主控系统为内部通信从机。

作为本实用新型的一种优选技术方案，热保护模块包括风扇控制电路与风扇检测电路，风扇控制电路用于结合系统状态，控制风扇工作，风扇检测电路用于微处理器结合风扇状态，判断风扇是否损坏。

本实用新型所达到的有益效果是：

1、本实用新型的控制系统用半导体代替传统结构件方式，且具备自检功能，能够检测半导体自身状态，当出现不能导通或不能关闭时及时停止天车运行，并提醒用户如何排查系统隐患，提高系统运行的可靠性。

2、本实用新型的控制系统具备热保护功能，能够识别天车电机过载、电气系统发热，当天车电机过载危及系统安全，或电气系统发热危及到系统安全，及时停止天车运行，并提醒用户如何排查系统隐患，提高系统运行的可靠性。

3、本实用新型的控制系统实时检测天车电机主回路电压，当发现主回路电压存在低电压、过电压、电压不平衡，且达到危及系统安全时，及时停止天车运行。若天车工作环境对相序有要求时，侦测到相序错误时，禁止天车起动运行。并提醒用户如何排查系统隐患，提高系统运行的可靠性。

4、本实用新型的控制系统实时检测天车电机主回路电流，当发现主回路电流存在欠电流、电流不平衡、接地电流、瞬时大电流，且达到危及系统安全时，及时停止天车运行。并能结合控制系统实时状态，侦测到起动超时、堵转、电流断相等故障，也能及时停止天车运行。并提醒用户如何排查系统隐患，提高系统运行的可靠性。

5、本实用新型的控制系统能记录电机智能可逆控制装置动作次数，提前进行预警，提高系统运行的可靠性。

6、本实用新型的控制系统能记录人为操作动作，避免人为错误发生，提高系统运行的可靠性。

7、本实用新型的控制系统具备通信功能，能够智能联网，远程控制，且能够满足天车工作条件，高温度、高湿度条件下正常工作，低成本，可实际使用。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。

在附图中：

图1为本实用新型整体结构框图；

图2为本实用新型原理框图；

图3为本实用新型实施例内部通信电路图；

图4为本实用新型实施例对外通信电路图；

图5为本实用新型实施例电压输入采样电路图；

图6为本实用新型实施例电压输入采样电路处理方法图；

图7为本实用新型实施例电流输入采样电路图；

图8为本实用新型实施例风扇控制电路图；

图9为本实用新型实施例风扇检测电路图；

图10为本实用新型实施例晶闸管检测电路图；

图11为本实用新型实施例主控系统软件主流程图；

图12为本实用新型实施例定时器1流程图；

图13为本实用新型实施例定时器2流程图。

图中标号：1、显示系统；101、显示模块；102、按键模块；103、时钟模块；104、内部显示通信模块；2、主控系统；201、内部通信模块；202、电压采集模块；203、电流采集模块； 204、温度采集模块；205、天车指令接受与分析模块；206、电机智能可逆控制模块；207、自检模块；208、热保护模块；209、电压保护模块；210、电流保护模块；211、故障记录模块； 212、对外通信模块。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例：如图1-2所示本实用新型提供一种天车电机智能可逆控制系统，包括显示系统1 与主控系统2，所述显示系统1用于提供并显示当前时间信息，其由提供人机交互界面的显示模块101和按键模块102组成，其还包括时钟模块103和用于与主控系统2连接的内部显示通信模块104；所述主控系统2包含内部通信模块201、电压采集模块202、电流采集模块203、温度采集模块204、天车指令接受与分析模块205、电机智能可逆控制模块206、自检模块207、热保护模块208、电压保护模块209、电流保护模块210、故障记录模块211、对外通信模块 212与微处理器，内部通信模块201包含内部通信硬件电路，其用于互联显示系统1；所述电压采集模块202包含电压互感器和电压采集硬件电路，电流采集模块203包含电流传感器和电流采集硬件电路，其通过电流采集硬件电路、电压采集硬件电路将电流、电压转换成微处理器可识别信号；所述温度采集模块204包含温度传感器和温度检测电路，温度检测电路用于处理温度传感器输出的信号；所述天车指令接受与分析模块205包含正反转指令信号检测电路，其用于识别用户正反转操作指令信号识别，并转换成微处理器可识别信号；所述电机智能可逆控制模块206包含正向、反向输出控制硬件电路；所述故障记录模块211包含存储硬件电路，其用于对控制系统故障记录；所述对外通信模块212包含通信硬件电路，其用于天车电机智能可逆控制系统接入外部其它系统中。

自检模块207包含晶闸管两端状态检测硬件电路，其包括晶闸管控制电路与晶闸管检测电路，晶闸管控制电路用于控制晶闸管模组，组合实现天车电机正向工作和反向工作，晶闸管检测电路用于检测晶闸管模组中每个晶闸管状态，然后微处理器结合控制状态，判定晶闸管是否损坏。

时钟模块103包含时钟硬件电路；显示模块101包含OLED显示屏硬件电路；按键模块102 包含按键硬件电路；内部显示通信模块104包含内部通信硬件电路。

电压保护模块209、电流保护模块210基于电压采集模块202与电流采集模块203，其对电压采集模块202与电流采集模块203所采集的电压与电流信号接收并进行阈值关断。

热保护模块208基于温度采集模块204和电流采集模块203，其对温度采集模块204与电流采集模块203所采集的温度与电流信号接收并进行控温反应。

显示系统1与主控系统2基于内部通信电路进行通信数据传输，通信数据传输包含实时时间、从机地址、读写数据和CRC校验数据，其中读写数据根据通信状态基可分为：读取实时状态数据、写保护参数数据、写系统参数数据、读当前故障参数数据、读故障记录参数数据与读动作记录参数数据。

主控系统2的时间通过解析显示系统1下发的通信数据获取。

显示系统1为内部通信主机和时钟源，主控系统2为内部通信从机。

热保护模块209包括风扇控制电路与风扇检测电路，风扇控制电路用于结合系统状态，控制风扇工作，风扇检测电路用于微处理器结合风扇状态，判断风扇是否损坏。

如图3所示，TXD、RXD与微处理器对应端口连接，485A、485B为通信输出口，U15为通信收发器，C65为U15的滤波电容；上拉电阻R155和下拉电阻R154，用于保证无连接的U15 芯片处于空闲状态，提供网络失效保护，提高RS485节点与网络的可靠性；R9为通信匹配电阻，根据实际情况选择焊接；R151和D47为接收端(RXD)上拉电阻和指示灯；R150和D46 为发送端(TXD)上拉电阻和指示灯。R152、Q9、R153、C64为U15发送数据时发送模式自动切换电路。TXD为高电平时，通过R152电阻，Q9的基极与发射极都为高电平，Q9不导通；U15 的RE和DE端口，在R153的下拉电阻作用下，为低电平，即RE有效，U15为接受状态；TXD 为低电平时，通过R152电阻，Q9的基极为低电平，发射极为高电平，Q9导通；U15的RE和 DE端口为高电平，即DE有效，U15为发送状态。C64为滤波电容，避免外界干扰引起状态误切换。接收数据：默认没有数据时，TXD为高电平，Q9三极管不导通，在R153下拉电阻作用下，U15的RE为低电平使能，U15的RO收数据有效，U15为接收状态。发送数据：发送数据1 时，TXD为高电平时，Q9三极管不导通，U15的DE为低电平，此时收发器处于接收状态，驱动器就变成高阻态，也就是发送端与A\B断开，此时A\B之间的电压就取决于A\B的上下拉电阻，A为高电平、B为低电平，也就成为逻辑1。发送数据0时，TXD为低电平，Q9三极管导通，DE为高电平，驱动器使能，此时正好DI是低电平，驱动器也就会驱动输出B为1，A为0，也就是所谓的逻辑0。

如图4所示，U19为隔离电源模块，C79为隔离电源模块前级滤波电容，C80为隔离电源模块后级滤波电容，C81为隔离电源模块后级储能电容，U18为通信收发器，C77为U18的前级电源侧滤波电容，C78为U18的后级电源侧滤波电容，P16为对外通信连接器。其中，P16 的1号端接通信485B线，2号端接通信屏蔽线，3号端接通信485A线。SPG1和SPG2为放电管，是对外通信第一级防护；PPTC1和PPTC2为自恢复保险丝，是对外通信第二级防护；TVS5 和TVS6为TVS管，是对外通信第三级防护，三级防护对浪涌、静电等起到一定的防护作用。 R162和D49为接收端(RXD1)上拉电阻和指示，R161和D48为发送端(TXD1)上拉电阻和指示，R163、Q10、R164、C76为U18发送数据时发送模式自动切换电路。

TXD1为高电平时，通过R163电阻，Q10的基极与发射极都会高电平，Q10不导通，U18 的RE和DE端口，在R164的下拉电阻作用下，为低电平，即RE有效，U18为接受状态。

TXD1为低电平时，通过R163电阻，Q10的基极为低电平，发射极为高电平，Q10导通， U18的RE和DE端口为高电平，即DE有效，U18为发送状态。其C76为滤波电容，避免外界干扰引起状态误切换。

如图5所示，R103、R106、R109、R44为限流电阻，CT3为电压互感器，R112为采样电阻。 U13C为运算放大器跟随电路，起到隔离作用，避免电压互感器故障输出影响微处理器正常工作。R124和C45为RC滤波电路。U12为电压基准芯片，R42为限流电阻，U13D为运算放大器跟随电路，用于增大基准电压输出驱动能力；C56为基准电压Vref滤波电容；C71为U13电源滤波电容。

如图6-7所示，电压输入采样电路的作用是将交流电压信号，通过互感器输出信号同步抬高到Vref基准电压上，使信号处理成以Vref为中线的有效信号，信号幅值在0～+5V范围之内。

电机主回路电流通过传感器检测，传感器输出信号经过电流输入采样电路处理。U17A、 U17B、U17D为运算放大器跟随电路，起到隔离作用，避免电流传感器故障输出影响微处理器正常工作。R146和C57为U17B输出信号的RC滤波电路，R147和C58为U17A输出信号的RC 滤波电路，R148和C59为U17D输出信号的RC滤波电路。

如图8所示，R3为限流电阻，U1为光电耦合器，C1为输入端滤波电容，P1为风扇接头，与风扇连接，D1为续流二极管，Q1为晶闸管(可用三极管替换)，R1、R2为分压电阻。

微处理器控制网络标号FAN为高电平时，经过R3限流电阻，U1光电耦合器导通。C1为输入端滤波电容，增强UI输入端抗干扰能力，避免U1误导通。U1光电耦合器导通后，DC24V1+ 电源经过U1加到R2上，R2与R1分压，其R1上的分压能够驱动Q1导通，风扇开始工作。R1 与R2分压，是为了使Q1的控制电压在Q1的有效范围内。

微处理器控制网络标号FAN为低电平时，经过R3限流电阻，U1光电耦合器不导通。DC24V1+ 电源与R2之间回路断开，Q1在R1下拉电阻作用下关闭，风扇停止工作。风扇停止工作瞬间，风扇线圈断开的瞬间产生反电动势，通过D1二极管形成回路，导通泄放，以起到保护后端Q1 等元器件作用。

如图9所示，当风扇电源DC24V1+正常时，经过R157限流电阻，U16光电耦合器导通，输出端导通，其网络标号FAN_test信号为+5V，即高电平信号。当风扇电源异常(短路保护，截止输出)时，没有DC24V1+没有电源，U16不导通，网络标号FAN_test在R158下拉电阻作用下，为低电平。

如图10所示，网络标号K1、K2为连接到晶闸管两端，R32、R37为限流电阻，D37为整流桥，U2为检测处理模块，R135为上拉电阻，R140与C51为RC滤波电路。

如图11-13所示，主控板得电后，先对系统进行IO口等底层初始化，然后读取存储电路 EEPROM中的数据，最后进行系统大循环中。大循环中首先判断采样周期是否结束，如果采样周期结束标志位置位，则进行周期型操作处理，包含运行心跳处理、电流电压温度、计算处理、导通时间计算、热保护处理，电压保护处理、电流保护处理、动作记录存储判断处理、风扇控制处理。如果采样没有结束，采样周期结束标志位没有置位，则进入故障记录子程序、内部通信数据处理、保护参数存储处理、系统参数存储处理、动作记录存储处理、故障记录参数存储处理，相关处理结束后，回到大循环开始位置，再次判断采样周期是否结束，依次循环。

主控系统中，优先级高的事件放到定时器中处理，系统中使用两个定时器。定时器1中对电压采集模块、电流采集模块、温度采集模块的AD采样并存储。然后记录进入定时器采样次数，并通过次数判断，置位采样周期结束标志。采样周期结束标志用于主控系统软件主流程中事件处理标志。晶闸管状态判断通过读取自检模块硬件电路状态，识别当前晶闸管所处状态。通信接受是否完成也在定时器中处理，即通信结束后3.5个字符时间的间隔判断处理。若有接受到数据，则置位通信接受时间计数器为开启状态，且计数器清零。在定时器中，若计数器累计到超过3.5个字符时间的间隔，则认为通信一次数据接受完成，置位串口接受完毕标志，用于主控系统软件主流程中内部通信数据处理。

定时器2中用于可逆控制处理，根据系统状态结合天车指令，控制天车电机正向工作或反向工作。控制过程中，实时监测天车指令和系统状态，若天车指令关闭，或者系统中存在热保护、电压保护、电流保护、自检保护等，及时停止天车运行。

运行心跳处理是用于处理运行心跳指示灯，利用采样周期结束标志每20ms置位一次，即每次进入运行心跳处理子程序时间为20ms，连续进入25次改变一次指示灯状态。可实现运行心跳指示灯0.5s亮0.5s灭，其用于指示系统在正常工作。电流电压温度计算处理是用于将定时器中AD采样数据，其中电流电压通过均方根处理，换算成周期有效值，然后根据互感器CT 比值代入计算公式，换算成主回路电流、电压。其温度计算处理是通过均值处理，然后通过计算公式，换算成温度值。

导通时间处理是根据定时器2中可逆控制处理中状态决定，状态分为四种：若处于可逆控制准备就绪状态中，导通时间不计时；若处于正向动作中，导通时间计时；若处于反向动作中，导通时间计时；若处于停止过程中，导通时间停止计时，并清除。

热保护处理用于过载保护和过温保护，过载保护根据额定电流、过载模式、过载时间判断。若实际电流超过额定电流，则起动过载保护。根据设定过载模式，若为反时限模式，则按照能量累加I²T方式，超过系统设置参数能量进行保护，停止天车运行，并置位故障标志位。若为定时限模式，则按照大小判断，连续设定时间超过额定电流，进行停止天车运行保护，并置位故障标志位。

电压保护处理用于低电压保护、过电压保护、电压不平衡保护、相序保护。根据“电流电压温度计算处理”中计算所得电压，与设置参数比较，若连续设置时间达到保护条件，则进行停止天车运行保护，并置位故障标志位。电流保护处理用于起动超时保护、堵转保护、欠电流保护、电流不平衡保护、接地故障保护、瞬时大电流保护、电流断相保护。根据“电流电压温度计算处理”中计算所得电流，结合天车状态，与设置参数比较，若连续设置时间达到保护条件，则进行停止天车运行保护，并置位故障标志位。动作记录存储判断处理用于对动作记录是否需要存储进行判断处理。若天车有接受到控制命令，且运行过。当天车停止一段时间或者天车系统前端断电瞬间，置位动作记录需要存储标志位，用于动作记录存储程序将动作记录写入存储芯片中。

风扇控制处理用与风扇控制与检测。根据可逆控制处理中状态，决定风扇是否起动。若处于可逆控制准备就绪状态中，根据风扇状态，若风扇正在工作，则延时一定时间停止风扇工作；若处于正向动作中或反向动作中，风扇起动；若处于停止过程中，风扇延时一定时间后，停止工作。风扇处理工作状态时，微处理器通过风扇检测电路，读取风扇供电系统是否正常，若存在异常，则置位故障标志位。

故障记录子程序用于记录当前故障信息。当判断故障标志位置位后，则将实时状态信息存入故障记录信息中。内部通信数据处理用于与显示系统数据交换，将实时状态信息回复给显示系统，用于显示。当出现故障时，显示系统分析实时状态信息中故障标志位置位，则修改通信状态机。显示系统根据状态机下发通信指令。但有故障发生时，显示系统读取当前故障信息，并根据故障类型，给出相应解决办法，显示在当前主界面中，便于用户快速排查系统故障。

保护参数存储处理、系统参数存储处理用于根据相应存储标志位，将保护参数或系统参数写入对应的存储芯片中。天车电机智能可逆控制系统每次上电起动时，显示系统会将显示系统中的保护参数和系统参数数据分别下发到主控系统，主控系统接受到参数，与自身存储的保护参数和系统参数比较，若存在不同，则置位保护参数或系统参数存储标志位。保护参数处理模块即根据存储标志位，更新保护参数，并写入存储芯片中。系统参数处理模块即根据存储标志位，更新系统参数，并写入存储芯片中。若显示系统中人机界面重新设置保护参数或系统参数，显示系统也会将保护参数或系统参数下发到主控系统，以便显示系统与主控系统参数一致。

动作记录存储处理、故障记录参数存储处理用于根据相应存储标志位，将动作记录或故障记录写入对应的存储芯片中，便于对系统故障排查提供参考。

最后应说明的是：以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。