专利名称：设备限位智能控制安全保护系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种安全保护系统，具体地说涉及一种工业设备的限位保护的智能控制安全保护系统。
背景技术：
工业设备尤其是大型关键设备可靠地安全运行是故障诊断领域长期研究的课题。设备故障分寿命性故障和偶发性故障两种。设备在允许的工作条件下运行时产生均匀磨损，磨损量超过规定值时将发生寿命性故障，这种故障发生时间通常可以预测，可通过定期更换、修理、改造来恢复其能力。因设备工作条件变化而引发的故障称之为偶发性故障。偶发性故障发生的时间是随机的，无规律可言，但其往往始于设备工作条件的异常，所以可以通过监测设备状态、控制工作条件、及时采取有效措施来预防故障的发生或扩大。
安全保护是为了避免设备持续运行于异常状态和防止故障甚至事故发生而采取的技术保护措施。保护装置动作时使设备断电停止运行。限位保护用于保证设备在规定运行范围之内运行，常使用限位开关等装置，是常用的安全保护装置。目前国内机电设备和游艺设施制造商在设备机械运动的端点和转换点在控制电路上均采用接触式机械限位或非接触式限位安全保护装置。虽能起到安全保护作用，但由功能简单以及这二类限位开关结构上的缺陷，不能从根本上解决设备在运行中偶发性故障的突发问题，用在价值高昂的设备上会因保护失灵造成设备自身的损坏以及产品报废，带来连锁式经济损失，用在特种设备上就始终存在发生恶性事故的隐患，随时都威胁着设备操作者和周边人群的生命安全。
发明内容
本发明就是为了克服现有技术的缺陷，提供一种设备限位智能控制安全保护系统，它能够消除接触式机械限位或非接触式限位安全保护装置存在的突发性故障问题，提供安全可靠的限位保护。
本发明的技术方案是，一种设备限位智能控制安全保护系统，包括控制电路、限位电路、信号转换电路、限位自检电路、单片机处理电路，故障监测电路和故障显示电路；所述限位电路中设有感应部件，感应部件设置在设备限位点处；限位电路将从感应部件中获得的限位信号输入信号转换电路，信号转换电路输出信号至限位自检电路和单片机处理电路，限位自检电路检测限位的实时状态并作出显示；单片机处理电路中的限位处理装置向所接入的设备控制电路输出信号，控制设备控制电路的通断；故障监测电路将从设备控制电路中获得的采样信号输入单片机处理电路，单片机处理电路中的状态分析处理装置将采样值与预设的技术参数进行比较分析，并向设备控制电路输出信号，形成闭环控制；状态分析处理装置还向故障显示电路输出信号。
所述限位电路连接在对有安全要求的设备机械运动的端点和转换点，限位电路中设置有感应部件，根据检测点不同的要求，感应部件可以采用远红外光电感应器、磁感应器、电容感应器、温度、风力测速器、测数器等感应设备，当设备运行到限位点时，由感应部件获得限位信号传输到信号转换电路，转换后信号输入内置计算机软件程序的单片机处理电路；经过计算机软件程序处理，单片机处理电路向控制电路输出各种工作或停止指令。
所述限位电路可以采用集成电路或模块电路，限位电路和信号转换电路可以分开设置也可以是一体设置。
所述故障监测电路对除了限位保护电路进行采样以外，还对设备中的容易发生故障的各动作机构中电动机因过流、过载发生故障的点进行采样，故障监测电路还可以包括(1)过载保护采样电路。如过电流保护，对保护装置熔断器、电流继电器等进行采样；压力保护，对保护装置有释压阀、溢流阀等进行采样。(2)过热保护。对热继电器、电接点温度计、热传感器等过热保护装置进行采样。(3)电气系统安全保护。对过流保护、漏电保护、接地保护等进行采样。(4)局部失效保护。对于重要的设备和系统，若局部失效可能会导致重大事故时，一般采取失效保护措施，常使用传感装置对运动部件进行监测采样。状态分析处理装置分析各种采样信号，并根据分析结果给设备控制电路和发故障显示电路出控制信号，实现从限位电路等给单片机输入信号，单片机系统控制设备控制电路，再由故障监测电路从单片机输出信号中采样作为单片机输入值的闭环控制。
所述故障显示电路设有声、光器件，通过不同发光组合及报警蜂鸣器反映出设备故障区域。
所述单片机处理系统可以采用单片机也可以采用PLC(可编程序控制器)。
作为本发明的进一步改进，它还设置有预警电路、预警自检电路和预警显示电路，预警电路中设有传感器件，在设备运行的附近预警区域内或接近限位位置时，传感器件监测到障碍物体时，预警电路将预警信号输入信号转换电路，信号转换电路输出信号至单片机处理电路，单片机处理电路中的预警处理装置向设备控制电路输出控制信号，预警处理装置同时给预警显示电路输出信号。预警电路的输出还接入预警自检电路，预警自检电路实时监测和显示预警电路的状态。
上述故障监测电路还可以包括预警电路的采样监测电路，就是说将单片机的预警处理装置的输出采样后在作为单片机的输入控制端。。
作为本发明的进一步改进，限位电路、预警电路和单片机处理电路接口电路之间采用无线通讯，保证长距离传输中信号的真实，以及解决一些控制电路需要通过滑环来连接的大型设备中的接线端不够用的问题。
本发明用限位电路、信号转换电路和单片机处理电路组成的系统替代现有的行程开关，限位采用无触点模式，解决了现有行程开关的突发故障问题。系统中限位、预警、显示和检测电路这些多重防范电路设置，提高了安全系统的防范功能；容纳多控制点采样，使本系统能够对设备的安全状况进行全面的控制；系统中不仅对限位电路、预警电路设有各自单独的自检测模块，还设有对整个安全系统自身状态的进行自检测的闭环故障监测电路，多层和可循环的自检测保护使本系统具有很高的可靠性。预警电路和预警显示电路的设置使系统具有预防和警示功能。故障显示电路中不同发光组合及报警蜂鸣器反映出设备故障区域，提醒操作人员及维修人员尽快解决问题，更进一步提高了本系统的安全可靠性。
图1是本发明实施例1的系统框2是本发明实施例1限位电路、信号转换和限位自检电路3是本发明实施例1中预警电路和信号转换电路图和预警自检电路4是本发明实施例1中单片机处理电路的接口示意5是本发明实施例1凸轮控制器“选向”开关与限位开关组合监测单元电路图具体实施方式
下面结合具体实施例作进一步说明。
实施例1本实施例是安装在门座式起重机上的安全保护系统，该门座式起重机的运行机构的控制都由凸轮控制器及保护柜来完成。
如图1所示，一种设备限位智能控制安全保护系统，控制电路7、限位电路9、信号转换电路1、限位自检电路2、单片机处理电路8，故障监测电路5和故障显示电路6；所述限位电路1中设有感应部件，感应部件设置在设备限位点处；限位电路将从感应部件中获得的限位信号输入信号转换电路1，信号转换电路1输出信号至限位自检电路2和单片机处理电路8，限位自检电路2检测限位的实时状态并作出显示；单片机处理电路8中的限位处理装置8.1向所接入的设备主控制电路7输出信号，控制设备主控制电路7的通断；故障监测电路5将从设备控制电路中获得的采样信号输入单片机处理电路，单片机处理电路中的状态分析处理装置8.3将采样值与预设的技术参数进行比较分析，并和设备控制电路输出信号，形成闭环控制；状态分析处理装置5还向故障显示电路6输出信号。它还设置有预警电路10、预警自检电路4和预警显示电路6，预警电路10中设有传感器件，在设备运行的附近预警区域内或接近限位位置时，传感器件监测到障碍物体时，预警电路10将预警信号输入信号转换电路3，信号转换电路3输出信号至单片机处理电路，单片机处理电路中的预警处理装置8.2向设备控制电路输出控制信号，预警处理装置8.2同时给预警显示电路6输出信号。预警电路的输出还接入预警自检电路4，预警自检电路实时监测和显示预警电路的状态。故障显示电路和预警显示电路在本实施例中合并在一起。
单片机处理电路采用台湾产FAB系列智能控制器(一种可编程控制器)，如图4，单片机处理电路的主控输出端Q4串联在主控电路7中，即主继电器线圈CX电路中。
限位电路、信号转换和限位自检电路如图2所示，包括提升、行走和变幅三个限位分电路，每个限位分电路包括两个基本单元，分别控制起重设备在两个方向的限位。限位电路中采用SQ1-SQ6共6个远红外光电感应器作为感应部件，分别设在提升、行走前和行走后的极限位置，限位电路和信号转换电路可根据需要在外型上可制作成一体的，也可做成分体的；即可以单一测距功能，也可以附加限位电路模块中的继电器进行信号转换功能。信号转换单元电路1.1、1.2、1.3由电阻、发光二极管、二极管和继电器组成，发光二极管V的负极和电阻R串联，发光二极管V的正极分别和二极管VD的负极、继电器线圈KA的正极相连，电阻R的另一端分别和二极管VD的正极、继电器线圈的负极相连，继电器的常闭触点组合1.4作为信号电路的输出端，它和单片机处理电路的I10端连接。信号电路的输出端还和限位自检电路连接，限位自检电路为发光二极管，可以检测、显示限位电路的线路状态。
预警电路如图5所示，其中包括变幅、提升、前行走和后行走四个预警分电路，每个预警分电路包括两个基本单元，分别控制起重设备在两个方向的限位预警。限位电路中采用SQ7-SQ14共8个远红外光电感应器作为感应部件，分别设在提升、变幅、行走前和行走后的极限位置，限位电路和信号转换电路可根据需要在外型上可制作成一体的，也可做成分体的；即可以单一测距功能，也可以附加限位电路模块中的继电器进行信号转换功能。信号转换单元电路3.1、3.2、3.3、3.6由电阻、发光二极管、二极管和继电器组成，发光二极管V的负极和电阻R串联，发光二极管V的正极分别和二极管VD的负极、继电器线圈KA的正极相连，电阻R的另一端分别和二极管VD的正极、继电器线圈的负极相连，继电器的常闭触点组合3.4作为信号电路的输出端，所有预警信号电路的输出端和单片机处理电路的I8端连接，行走前的信号电路常闭触点KA11、KA12的输出端和单片机处理电路的I5端连接，行走后的信号电路常闭触点KA13、KA14输出端和和单片机处理电路的I6端连接。信号电路的输出端3.4还和限位自检电路4连接，限位自检电路4为发光二极管，可以检测、显示限位电路的线路状态。
单片机处理电路8的Q5、Q6端为预警处理电路的输出端，同时Q5、Q6端接入故障监测电路，作为各执行机构凸轮控制器“选向”开关与限位开关组合电路5的采样信号送入单片机处理电路的I3端。预警、故障显示电路接输出接单片机处理电路的输出Q1、Q2、Q3端。
故障监测电路5如图6所示，包括若干单元体，是从各采样监测对象中获得的采样信号，每个单元体中采用各继电器的常闭触点作为信号源，即1、各执行机构凸轮控制器“零位”开关组合体5.1，它接入单片机处理电路的I2端；
2、各执行机构凸轮控制器“选向”开关与限位开关组合体5.2，它接入单片机处理电路的I3端；3、各执行机构电动机过流继电器组合体5.3，它接入单片机处理电路的I4端；4、新增各执行机构预警区域开关组合体，它接入单片机处理电路的I8端。
设备的起动按钮接入单片机处理电路的I1端。
设备的停止按钮接入单片机处理电路的I7端。
本实施例中，电源电路是由380v/24v交流变压器和整流器组成，由380v变为24v直流电源，输出功率150w左右。
本发明的实施过程1、起动保护(1)设备起动时，按下启动按钮，预警电路采集信号转换后发送至单片机预警处理装置，预警输出信号作为故障检测电路的采样信号之一输入单片机；(2)安全系统的状态分析处理装置开始检测来自限位电路预警、控制设备和故障监测电路的状态信息；(3)如果各种保护电路状态值符合正常参数，单片机处理系统输出端Q4接通主控制电路，并保持主控制电路控制回路自锁；如果不符合正常参数，单片机处理系统输出信号接通故障显示电路。
2、极限位置保护(1)限位电路光电传感器的信号经信号转换电路输入智能控制器I10端；(2)限位处理电路控制单片机处理系统输出端Q4切断主控制电路，起重机停止运行；3、预警保护(1)行走预警电路光电传感器的信号经信号转换电路从I5、I6端输入智能控制器；(2)预警处理电路控制单片机处理系统输出端Q5或Q6延时输出断开信号，Q5或Q6的信号输入故障监测电路，状态分析处理装置控制主控制电路延时切断主回路。
(3)变幅和提升预警电路光电传感器的信号经信号转换电路输入智能控制器，预警显示电路报警。
4、状态监测保护(1)限位自检电路，显示限位电路的接通和断开状态；(2)预警自检电路，显示预警电路的接通和断开状态；(3)故障监测电路中有零位启动保护、限位/选向保护，如果其中之一输入不正常，故障显示电路作出显示；限位/选向和过流保护输入不正常，状态分析处理装置输出Q4切断主控制回路。
系统具体运行如下一、上电，电路正常状态时1)A输入接口，具备条件，①I2＝1，I3＝1，I4＝1，I7＝1②I5＝0，I6＝0，I8＝0，I9＝0，I10＝0B电路正常时，此时PLC输出接口状态为①Q1＝0，Q2＝0，Q3＝0，Q4＝0，Q7＝0②Q5＝1，Q6＝12)接通主回路。按A按纽，在上述输入状态正常时Q4＝1，并且内部自锁，主接触器CX得电。
3)切断主回路。按AJ按纽，在上述输入状态正常时Q4＝0，主接触器C断电。
其中I1——启动按纽I2——所有凸轮机构归零位开关I3——凸轮机构选向与执行机构限位组合体I4——各执行机构电机过流继电器开关的组合体I5、I6——行走(前、后)预警信号开关I7——停止按纽I8——各执行机构运动方向预警综合信号开关I9——备用(特定环境)I10——各执行机构限位综合信号开关二、电路异常时。
1)当I2＝0、I1＝1，其中Q1常亮。
2)当I5＝0或I6＝0时，Q5或Q6延时断电；Q1＝1闪烁，Q3＝1、Q4延时切断主回路。
3)当I3＝0、I1＝0时，Q2＝1常亮，Q3＝1蜂鸣，Q4＝0切断主回路。
4)当I4＝0时，Q2＝1闪烁，Q3＝1蜂鸣，Q4＝0切断主回路。
将本发明接工业设备原控制电路中，它既是一个独立的安全保护装置，又支持原控制电路的正常工作并新增加了智能控制功能。
本发明适用所有机电设备和机电产品的限位保护装置，以及机械运动的端点和转换点的控制和保护。
权利要求
1.一种设备限位智能控制安全保护系统，包括控制电路，其特征是，它还包括限位电路、信号转换电路、限位自检电路、单片机处理电路，故障监测电路和故障显示电路；所述限位电路中设有感应部件，感应部件设置在设备限位点处；限位电路将从感应部件中获得的限位信号输入信号转换电路，信号转换电路输出信号至限位自检电路和单片机处理电路，限位自检电路检测限位的实时状态并作出显示；单片机处理电路中的限位处理装置向所接入的设备控制电路输出信号，控制设备控制电路的通断；故障监测电路将从设备控制电路中获得的采样信号输入单片机处理电路，单片机处理电路中的状态分析处理装置将采样值与预设的技术参数进行比较分析，并和设备控制电路输出信号，形成闭环控制；状态分析处理装置还向故障显示电路输出信号。
2.根据权利要求1的安全保护系统，其特征是，它还设置有预警电路、预警自检电路和预警显示电路，预警电路中设有传感器件；预警电路将预警信号输入信号转换电路，信号转换电路输出信号至单片机处理电路，单片机处理电路中的预警处理装置向设备控制电路输出控制信号，预警处理装置同时给预警显示电路输出信号；预警电路的输出还接入预警自检电路，预警自检电路实时监测和显示预警电路的状态。
3.根据权利要求1或2的安全保护系统，其特征是，所述传感器件为远红外光电感应器。
4.根据权利要求2的安全保护系统，其特征是，所述限位电路包括提升、行走和变幅三个限位分电路，每个限位分电路包括两个基本单元，分别控制起重设备在两个方向的限位。
5.根据权利要求2的安全保护系统，其特征是，所述预警电路包括变幅、提升、前行走和后行走四个预警分电路，每个预警分电路包括两个基本单元，分别控制起重设备在两个方向的限位预警。
6.根据权利要求5的安全保护系统，其特征是，所述故障监测电路包括凸轮控制器“零位”开关监测电路、凸轮控制器“选向”开关与限位开关监测电路、电动机过流继电器监测电路和预警区域开关监测电路。
7.根据权利要求6的安全保护系统，其特征是，单片机处理电路的预警处理输出端接入凸轮控制器“选向”开关与限位开关监测电路中。
8.根据权利要求1或2的安全保护系统，其特征是，单片机处理电路运行步骤如下(1)设备起动时，按下启动按钮，预警电路采集信号转换后发送至单片机预警处理装置，预警输出信号作为故障检测电路的采样信号之一输入单片机；(2)安全系统的状态分析处理装置开始检测来自限位电路预警、控制设备和故障监测电路的状态信息；(3)如果各种保护电路状态值符合正常参数，单片机处理系统输出端Q4接通主控制电路，并保持主控制电路控制回路自锁；如果不符合正常参数，单片机处理系统输出信号接通故障显示电路。如果不符合正常参数，单片机处理系统输出信号接通故障显示电路。
9.根据权利1或2要求的安全保护系统，其特征是，单片机处理电路运行步骤如下(1)限位电路光电传感器的信号经信号转换电路输入智能控制器；(2)限位处理电路控制单片机处理系统输出端Q4切断主控制电路，设备停止运行。
10.根据权利要求1或2的安全保护系统，其特征是，单片机处理电路运行步骤如下(1)行走预警电路光电传感器的信号经信号转换电路从I5、I6端输入智能控制器；(2)预警处理电路控制单片机处理系统输出端Q5或Q6延时输出断开信号，Q5或Q6的信号输入故障监测电路，状态分析处理装置控制主控制电路延时切断主回路。(3)变幅和提升预警电路光电传感器的信号经信号转换电路输入智能控制器，预警显示电路报警。
全文摘要
一种设备限位智能控制安全保护系统，包括控制电路、限位电路、信号转换电路、限位自检电路、单片机处理电路，故障监测电路和故障显示电路；限位电路中设有感应部件，感应部件设置在设备限位点处；限位电路将从感应部件中获得的限位信号输入信号转换电路，信号转换电路输出信号至限位自检电路和单片机处理电路，限位自检电路检测限位的实时状态并作出显示；单片机处理电路中的限位处理装置向所接入的设备控制电路输出信号，控制设备控制电路的通断；故障监测电路将设备采样信号输入单片机处理电路，状态分析处理装置将采样值与预设的技术参数进行比较分析，并向设备控制电路输出信号，形成闭环控制；状态分析处理装置还向故障显示电路输出信号。
文档编号G05B15/02GK1744404SQ20051004147
公开日2006年3月8日 申请日期2005年8月15日 优先权日2005年8月15日
发明者杨小栋, 刘鸿 申请人:南京风标经济科技有限公司