专利名称：一种起重机控制器及起重机的制作方法
技术领域：
本申请涉及起重机控制技术领域，特别是涉及一种起重机控制器及起重机。
背景技术：
随着现在工业的发展，起重机已成为矿企，冶金，炼炭，水泥，电力等行业不可缺少 的重要设备。起重机控制器主要是控制电机合断、正反转，目前起重机的电机控制主要采用固 态继电器纯手工操作实现，固态继电器导通之后管压降大，关断之后仍然数微安甚至毫安 的漏电流，电子元器件的温度特性和电子线路的抗干扰能力较差。因此，固态继电器多用 于负载小，电磁干扰小的场合。不适用于大的负载电机控制，不适用于电磁干扰比较强的场 合，起重机控制器，其能耗高、故障率高、危险性大、寿命短，且安装复杂、必须由专业电工进 行安装。此外，分断电机时交流接触器的触点间会产生电弧极易灼烧损坏触点。
实用新型内容为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种起重机控制器以及起重机，以提高 起重机控制器的使用寿命、简化安装操作、降低能耗，提高使用该控制器的起重机的安全 性，技术方案如下一种起重机控制器，包括采样单元；与所述采样单元电连接的光电隔离单元；与所述光电隔离单元电连接用于控制起重机上的电机运行状态的微处理器单 元；与所述微处理器单元电连接用于驱动起重机上的电机的驱动单元；与所述驱动单元电连接的输出单元；经所述光电隔离单元与所述微处理器单元电连接的通信接口。优选地，所述微处理器单元包括用于检测起重机电机的通断情况的通断检测子单元；用于检测电机电流的过零点的过零检测子单元。优选地，所述驱动单元包括驱动所述起重机的电机正向运转的正向驱动单元和 驱动所述起重机的电机反向运转的反向驱动单元。优选地，所述正向驱动单元和所述反向驱动单元均包括第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管构成的H桥电路；连接在所述H桥电路的两个桥臂之间的磁保持继电器。本申请实施例还提供一种起重机，包括机械运行机构，还包括如权利要求1-4所 述的起重机控制器，以及控制台，其中所述控制台通过所述通信接口与所述起重机控制器连接；所述控制台包括用于 控制起重机运行状态的控制模块和显示起重机运行状态参数的显示模块。[0020]优选地，所述控制模块包括用于控制及通信的第一处理器，以及与所述第一处理 器相连的操作杆。优选地，所述显示模块包括显示设备以及与所述显示设备相连，用于数据处理和 显示的第二处理器。由以上本申请实施例提供的技术方案可见，所述起重机控制器通过采样单元采集 起重机的电机运行状态参数，比如电机电压和电流，该采样信号经光电隔离单元进行光电 隔离后提供给微处理器，所述通信接口实现微处理器与外部进行通信，微处理器对采样信 号进行处理后，输出相应的控制信号至驱动单元，所述驱动单元向与起重机电机相连的输 出单元发送控制信号，最终控制电机的运行状态。与现有的采用固态继电器实现的起重机 控制器相比，本申请实施例提供的起重机控制器实现了以微控制器为控制核心的模块化控 制，耗能低、安装简单，且由于没有机械操作，从而大大延长起重机控制设备的使用寿命，而 且该控制器通过光电隔离单元将起重机的强电信号与控制信号隔离开，实现了弱电控制强 电，增强了控制器的安全性。
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本申请实施例一种起重机控制器的结构示意图；图2为本申请实施例驱动单元的电路结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实 施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施 例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通 技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护 的范围。参见图1，图1所示为本申请实施例提供的一种起重机控制器的结构示意图，该控 制器主要包括采样单元1、光电隔离单元2、微处理器单元3、驱动单元4、输出单元5以及 通信接口 6，其中采样单元1通过光电隔离单元2与微处理器单元3的输入端电连接，微处理器单 元3的输出端与所述驱动单元4的输入端电连接，所述驱动单元4的输出端与所述输出单 元5的输入端电连接，所述输出单元5的输出端输出控制起重机电机运行状态的控制信号。 所述通信接口 6通过光电隔离单元2与所述微处理器单元3的另一输入端电连接，实现微 处理器与外部之间的通信。具体的，所述采样单元1用于采集起重机的电机的电信号，所述电信号包括电机 的电压信号和电流信号，并将所述采样信号经光电隔离单元2提供给微处理器单元3。同 时，微处理器单元3还接收起重机控制台通过通信接口发送来的控制操作信号，该控制信号包括控制电机的运行、停止、正反转等运行状态的操作产生的控制信号。微处理器单元对 接收到的控制操作信号进行处理后输出控制信号至驱动单元4，该驱动单元可以产生用于 控制电机的驱动信号，该驱动信号经输出单元输出控制电机的接触器关断或闭合，最终控 制电机的运行状态。当分断电机时，所述微处理器单元3还可以检测电机电流的过零点，当电机电流 为零时，输出切断电机的控制信号，从而可以消除接触器的触头间的电弧，避免电弧灼烧触 点而损坏接触器，延长了接触器的使用寿命。所述输出单元包括互锁电路，用于互锁分别控制电机正转和电机反转的两个磁保 持继电器，即当其中一个磁保持继电器闭合时，则另一个磁保持继电器无法动作，保证电机 运行安全，进而保证起重机运行安全。本实施例提供的起重机控制器，通过采样单元采集起重机的电机运行状态参数， 比如电机电压和电流，该采样信号经光电隔离单元进行光电隔离后提供给微处理器，所述 通信接口实现微处理器与外部进行通信，微处理器对采样信号进行处理后，输出相应的控 制信号至驱动单元，所述驱动单元向与起重机电机相连的输出单元发送控制信号，最终控 制电机的运行状态。与现有的采用固态继电器实现的起重机控制器相比，本申请实施例提 供的起重机控制器实现了以微控制器为控制核心的模块化控制，耗能低、安装简单，且由于 没有机械操作，从而大大延长起重机控制设备的使用寿命，而且该控制器通过光电隔离单 元将起重机的强电信号与控制信号隔离开，实现了弱电控制强电，增强了控制器的安全性。参见图2，图2所示为本申请实施例提供的一种驱动单元的电路结构示意图，上述 实施例中的所述驱动单元4包括内部结构相同的控制电机正转的正向驱动单元和控制电 机反转的反向驱动单元。该控制器可以通过任意交换三相电源中的两相来实现电机的正反 转控制，可以通过发光二极管显示电机的正反转运行状态。本实施例以正向驱动单元为例进行详细说明驱动单元结构及工作过程正向驱动单元包括由第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第四三极管 Q4构成的H桥电路，连接在H桥电路两个桥臂之间的磁保持继电器401第一三极管Ql与第三三极管Q3构成H桥电路的一个桥臂，该桥臂通过一个光电 耦合器403与关断控制信号CtrlB相连；第二三极管Q2与第四三极管Q4构成H桥电路的 另一个桥臂，该桥臂通过光电耦合器402与闭合控制信号CtrlA相连。磁保持继电器的触点状态由永久磁钢的磁力所保持，因此，控制磁保持继电器触 点转换时，只需在磁保持继电器的线圈两端输入一定宽度的正向或反向直流脉冲就可以实 现磁保持继电器的接通或切断，磁保持继电器的理论吸合脉冲宽度为20ms，理论释放脉冲 宽度为15ms。但是在实际应用中为使磁保持继电器触点可靠吸合或可靠释放，选定脉冲 宽度为IOOms的直流脉冲，即闭合控制信号CtrlA与关断控制信号CtrlB的脉冲宽度为 100ms。闭合控制信号CtrlA与关断控制信号CtrlB分别从微处理器单元输出的控制信 号。当CtrlA为高电平，CtrlB为低电平时，第一三极管Ql与第四三级管Q4导通，延时 100ms，清零CtrlA，形成12V、IOOms脉宽的正向脉冲驱动所述磁保持继电器闭合。当CtrlA 为低电平，CtrlB为高电平时，三极管Q2与Q3导通。延时100ms，清零CtrlB，形成12V、 IOOms脉宽的反向脉冲驱动所述磁保持继电器401断开。[0039]所述反向驱动单元与上述的正向驱动单元的电路结构相同，用于控制电机反转， 此处不再赘述。所述正向驱动单元中的磁保持继电器和所述反向驱动单元中的磁保持继电器均 与互锁电路相连，使两个磁保持继电器互相锁定，即当两个磁保持继电器中的任意一个磁 保持继电器闭合，则另一个磁保持继电器无法动作。下面根据上述驱动单元的工作原理，说明互锁电路的工作过程第一种互锁电路的工作原理是当两个磁保持继电器中有一个闭合时，使驱动另 一个磁保持继电器的闭合控制信号端CtrlA无法置1，因为关断控制信号端CtrlB只对磁保 持继电器的关断起作用，对磁保持继电器的闭合不起作用，即当其中一个继电器闭合时，反 馈信号使得CtrlA的输入失效。第二种互锁电路的工作原理是当两个磁保持继电器中有一个闭合时，使驱动另 一个磁保持继电器的光耦合器无法接入12V电源，即磁保持继电器无法获得12V的驱动脉 冲，也即当其中一个继电器闭合时，反馈信号使得光耦合器断开。上述两种互锁电路中的反馈信号sam，由连接在磁保持继电器输出端的电压互感 器输出的电压信号经过整流滤波电路，然后通过一个电压比较器输出反馈信号。当所述磁 保持继电器闭合时，磁保持继电器所连接的线路导通，电压互感器输出高电平，经过比较器 比较后输出的反馈信号sam为低电平。当磁保持继电器断开时，磁保持继电器所连接的线 路断开，电压互感器输出的电压为零，此时反馈信号sam输出为高电平。由于反馈信号sam反映了磁保持继电器的状态，因此，该反馈信号sam同时接到微 处理器的IO 口通过查询此IO 口的状态，可以判断每个磁保持继电器的状态，即检测磁保持 继电器是否已经闭合或者已经断开。具体的反馈信号sam的状态如下(1)当两个磁保持继电器都处于断开状态时，反馈信号sam= 1，此时，一个磁保持 继电器的CtrlA与另一个磁保持继电器的CtrlA'端的与门均处于开放状态，并且互锁光 耦合器导通。12V通过互锁光耦加至光耦A和光耦A'。此时，两个继电器均可以自由闭合。(2)当其中任意一个磁保持继电器闭合后，反馈信号sam = 0，此时CtrlA与 CtrlA'端的与门均被反馈信号sam锁住，无论CtrlA与CtrlA'端的状态如何，与门输出均 为低电平，因此光耦合器A与光耦合器A'截止。又由于sam信号为低电平，电压跟随器输 出低电平，使得互锁光耦截止。光耦A与光耦A'的12V电源被切断，S卩被锁的两路磁保 持继电器均无法再执行闭合动作，直到执行断开指令，反馈信号sam重新为高电平。本申请实施例中提供的互锁电路能够起到双重保护，不仅仅在微处理器的输出IO 端做到互锁，还在后级电路中做到互锁，这样即使微处理器的输出IO互锁失效，后级互锁 还能发挥作用，从而确保磁保持继电器不会误动作。上述所有实施例中的起重机控制器中的微处理器单元可以是单片机，该微处理器 单元包括用于检测起重机电机通断状态的通断检测子单元，以及用于检测电机电流零点 的过零检测子单元。所述通断检测子单元，通过查询所述反馈信号sam所连接的IO端口的状态来检测 磁保持继电器的通断状态，当所述IO端口为高电平时，表明磁保持继电器处于断开状态； 否则，表明磁保持继电器处于导通状态。当所述微处理器3接收到闭合控制信号时，检测磁保持继电器的通断状态后，再执行此动作，当检测到有磁保持继电器处于闭合状态时，不执 行此闭合动作，即不为CtrlA端提供高电平，实现互锁功能保证电机的安全运行。所述过零检测子单元，通过将所述采样单元1采集到的起重机电机的电流信号与 0进行比较，从而检测得到电机的电流过零点。当微处理器单元接收到分断控制信号后，等待所述过零检测子单元检测到电机电 流的零点后，执行分断动作，使电机平衡停止，而且这样能够消除接触器的触头间的电弧， 避免电弧灼烧触点而损坏接触器，延长了接触器的使用寿命。优选地，本申请实施例提供的起重机控制器，可以通过CAN总线连接成控制网络， 也可以通过无线通信技术连接成无线控制网络，可以通过本地控制或远程控制实现控制器 网络的控制。优选地，该起重机控制器还可以在电机启动时自动投入电机转子限流电阻，使电 机能够平稳启动，在电机启动之后，自动切除转子限流电阻，使电机正常工作，这样可以大 大减少起重机的启动电流，使起重机平稳启动，减少冲击。本申请还提供一种起重机，包括上述所有实施例提供的起重机控制器、机械运行 机构，以及控制台，控制台和控制器构成起重机的控制部分，用以控制所述机械运行机构。所述控制台通过控制器上的所述通信接口通过CAN总线与所述起重机控制器连 接，该控制台与上述实施例提供的控制器之间可以实现无主从控制方式，即控制台可以发 送控制指令给所述控制器，同样也可以接收控制器的信息反馈，此外，CAN总线的可靠性高、 抗干扰性强适用于复杂的工业控制环境。所述控制台包括用于控制起重机运行状态的控制模块和显示起重机运行状态参 数的显示模块。所述控制模块包括操作杆以及与所述操作杆电连接，用于控制及通信的第 一处理器；所述显示模块包括显示设备以及与所述显示设备相连，用于数据处理及显示的 第二处理器。所述第一处理器和所述第二处理器协同工作，两个处理器之间可以通过串行 通信接口进行信号传输及任务协调，提高了执行效率。本申请实施例提供的起重机采用模块化控制器取代了传统的固态继电器，耗能 低、安装简单，且由于没有机械操作，从而大大延长起重机控制设备的使用寿命，而且该控 制器通过光电隔离单元将起重机的强电信号与控制信号隔离开，实现了弱电控制强电，增 强了起重机控制的安全性。以上所述仅是本申请的具体实施方式
，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本申请的保护范围。
权利要求1.一种起重机控制器，其特征在于，包括采样单元；与所述采样单元电连接的光电隔离单元；与所述光电隔离单元电连接用于控制起重机上的电机运行状态的微处理器单元；与所述微处理器单元电连接用于驱动起重机上的电机的驱动单元；与所述驱动单元电连接的输出单元；经所述光电隔离单元与所述微处理器单元电连接的通信接口。
2.根据权利要求1所述的起重机控制器，其特征在于，所述微处理器单元包括用于检测起重机电机的通断情况的通断检测子单元；用于检测电机电流的过零点的过零检测子单元。
3.根据权利要求1所述的起重机控制器，其特征在于，所述驱动单元包括驱动所述起 重机的电机正向运转的正向驱动单元和驱动所述起重机的电机反向运转的反向驱动单元。
4.根据权利要求1所述的起重机控制器，其特征在于，所述正向驱动单元和所述反向 驱动单元均包括第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管构成的H桥电路；连接在所述H桥电路的两个桥臂之间的磁保持继电器。
5.一种起重机，包括机械运行机构，其特征在于，还包括如权利要求1-4所述的起重 机控制器，以及控制台，其中所述控制台通过所述通信接口与所述起重机控制器连接；所述控制台包括用于控制 起重机运行状态的控制模块和显示起重机运行状态参数的显示模块。
6.根据权利要求5所述的起重机，其特征在于，所述控制模块包括用于控制及通信的 第一处理器，以及与所述第一处理器相连的操作杆。
7.根据权利要求5所述的起重机，其特征在于，所述显示模块包括显示设备以及与所 述显示设备相连，用于数据处理和显示的第二处理器。
专利摘要本申请公开了一种起重机控制器及起重机。一种起重机控制器，包括采样单元；与采样单元电连接的光电隔离单元；与光电隔离单元电连接用于控制起重机上的电机运行状态的微处理器单元；与微处理器单元电连接用于驱动起重机上的电机的驱动单元；与驱动单元电连接的输出单元；经光电隔离单元与所述微处理器单元电连接的通信接口。与现有的采用固态继电器实现的起重机控制器相比，本申请实施例提供的起重机控制器实现了以微控制器为控制核心的模块化控制，耗能低、安装简单，且由于没有机械操作，从而大大延长起重机控制设备的使用寿命，而且该控制器通过光电隔离单元将起重机的强电信号与控制信号隔离开，实现了弱电控制强电，增强了控制器的安全性。
文档编号B66C13/40GK201890723SQ20102066277
公开日2011年7月6日 申请日期2010年12月15日 优先权日2010年12月15日
发明者李广顺 申请人:河南江河重工集团有限公司