起重机安全操控系统及其安全驾驶仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种起重机安全操控系统及其安全驾驶仪，起重机安全驾驶仪包括中央处理单元、控制显示单元、控制指令输出单元，所述中央处理单元与控制显示单元、控制指令输出单元分别相连，还包括存储单元、AD转换单元、数字信号输入/输出接口，所述存储单元、AD转换单元、数字信号输入/输出接口均与中央处理单元相连起重机安全驾驶仪可以接收多个传感器发送至的数字信号和模拟信号，接收和显示的数据信息多，可以给操作人员提供足够的信息，供操作人员了解起重机当前状况，也便于操作人员判断决策和进行下一步操作；且还能以串行和并行两种方式同时控制多路数字和模拟信号输出；具有功能强大，简单灵活、使用方便、通用性好、成本低等优点。
【专利说明】起重机安全操控系统及其安全驾驶仪
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及起重机安全综合操控【技术领域】，尤其涉及一种起重机安全操控系统及其安全驾驶仪。
【背景技术】
[0002]起重机是一种在一定范围内垂直提升、水平搬运、就地旋转、运送重物的频繁多动作起重机械，又称吊车，属于物料搬运机械。起重机的工作特点是做间歇性运动，规律起升/降落，即在一个工作循环中取料、运移、卸载等动作的相应机构是交替工作的。
[0003]现有的起重机整机控制方案是建立在PLC+PR0FIBUS平台基础之上，是一个标准完全由供应商提供和限制、硬件完全定制、软件进行有限编程功能局限的开发平台为基础的通用平台条件下的方案，现有的设备层级开发平台下开发的起重机控制系统具有专用性低下、通讯效率不高、针对性差、集成度低，配置冗余、性价比差、扩展困难、使用现成设备、无法获得自主IP、更无法作为定制产品进入市场等不足。
[0004]现有的起重机操控装置中存在的比较明显的几个问题如下:
[0005]一、现有的起重机操控装置，一般采用操作手柄、PLC和显示屏进行控制和显示，起重机的各机构移动的控制主要通过控制操作手柄来实现，控制方式单一、操作方式死板、对操作者经验要求高(无自动操控模式)，操作手柄属于机械产品品种繁多、价格昂贵且故障率闻;
[0006]二、现有的起重机操控装置能获取的信息较少、显示屏显示的信息较少，反应慢，无安全监控、气候信息、故障存储、辅助分析等功能，不能给操作人员及时提供全面足够的信息；
[0007]三、现行的起重机操控装置通过RS485、PR0FIBUS向起重机驱动装置发送控制指令，传输的数据少、数据传输慢。
实用新型内容
[0008]本实用新型要解决的技术问题就在于:针对现有技术存在的上述问题，本实用新型提供一种功能全面、结构紧凑、使用方便、获取信息全面的起重机安全操控系统及其安全驾驶仪。
[0009]为实现上述目的，本实用新型的起重机安全驾驶仪，包括中央处理单元、控制显示单元、控制指令输出单元，中央处理单元与控制显示单元、控制指令输出单元分别相连，还包括存储单元、AD转换单元、数字信号输入/输出接口，存储单元、AD转换单元、数字信号输入/输出接口均与中央处理单元相连。本方案中，数字信号输入/输出接口可与驾驶室内外的光照传感器、温度传感器、湿度传感器、风速风向传感器等微气候传感器相连，接收传感器采集的微气候数据，并发送给中央处理单元处理、存储单元存储、然后通过控制显示单元显示给操作人员，同时中央处理单元对极限值进行判断后对整机工作提出警示或中断运行、安全停车;AD转换单元与起重机上设置的吊重传感器、幅度/高度传感器、回转角度传感器、拉臂张角传感器，行程开关等相连，接收这些传感器采集的力矩、臂长、回转角、拉臂张角、吊高、极限位置等安全信息的模拟信号，并将该类模拟信号转换为数字信号后发送给中央处理单元处理、存储器存储、然后通过控制显示单元显示给操作人员，如果上述微气候传感器输出模拟信号，则也接入AD转换单元，经模数转换后发送给中央处理单元。本方案中，存储单元可以用于各类数据的存储，也可以存储各类事故信息，专业数据库，便于进行辅助分析和辅助维修。本方案的起重机安全驾驶仪的上述结构使其具有监测操控、安全监视、动态显示、事故存储、辅助分析、综合驾驶等功能。
[0010]作为本实用新型的进一步改进，上述起重机安全驾驶仪还包括与中央处理单元相连的通信单元。
[0011]进一步，上述通信单元包括以太网通信模块、远程无线通信模块、近程无线通信模块，上述远程无线通信模块可以为2G无线通信模块、3G无线通信模块、2.5G无线通信模块、4G无线通信模块中的一种或多种；上述近程无线通信模块可以为WIFI模块、Zigbee模块、蓝牙模块、NFC模块等模块中的一种或多种。其中，以太网通信模块、远程无线通信模块、WIFI模块用于接入互联网，几种模式可以同时采用，实现有线和无线的远程无缝遥测遥控；其他的近程无线通信模块用于现场各设备间的无线连接，组成现场无线测控网。
[0012]进一步,上述控制显示单元包括控制单元和显示单元,所述控制单元用于输入操作指令，所述显示单元用于显示起重机信息。
[0013]进一步，上述控制显示单元为触摸显示屏，随着触摸显示屏设备的普及，触摸显示屏成本不断降低，且使用也非常方便，触摸显示屏同时具有显示功能和控制功能，两种功能分别实现数据输出和控制指令输入，尤其在实现起重机的控制中，采用触摸显示屏可代替传统笨重昂贵的手动联动台进行控制，控制更加方便可靠和经济适用，而且其观察起重机的情况和观察采集数据时可以采用矢量显示技术进行局部放大，观察得更加清楚。
[0014]进一步，上述起重机安全驾驶仪还包括与中央控制单元相连的报警单元，在发生故障时及时预警/报警，该报警单元可以为声光报警器、屏幕显示，也可以其他常用的报警器；预警/报警的同时还将在中央处理单元的控制下进行相应的方向、减速、停车控制。
[0015]进一步,上述控制指令输出单元包括CAN通讯单元,该CAN通讯单元包括与中央处理单元相连的CAN控制器和连接到CAN控制器上的CAN收发器，实现高效的现场通讯。
[0016]进一步，上述控制指令输出单元还包括与中央处理单元相连的DA转换单元。上述DA转换单元的数量至少为4个，4个DA转换单元可以将控制指令转换为可变电压，分别发送给4个可以接收模拟信号控制的逆变器/变频器或其他不具备串行接口的执行设备，采用并行的方式控制逆变器/变频器，使本方案的起重机安全驾驶仪能够同时适用于多种类型逆变器/变频器的控制，提高通用性。本方案的起重机安全驾驶仪既有串口输出，可与多台外界受控设备进行编码寻址方式串行通讯(如现代逆变器/变频器)，又有多个扩展并行的I/O接口，可对多个受控设备并行控制，且二者可以同时进行，相互兼容，这就为那些不具备串口通信的老设备(如0MD、RCV、LMD、直流调速等)控制提供了可控手段，无论新老设备还是混合驱动结构都能实施有效控制，无论串行/并行都能任意控制。
[0017]起重机安全操控系统，包括起重机操控装置、用于采集气候信息的第一传感器组和用于采集起重机安全信息的第二传感器组，其中，起重机操控装置为上述任一方案中的起重机安全驾驶仪，第一传感器组和第二传感器组均通过数字信号输入/输出接口或AD转换单元与起重机安全驾驶仪的中央处理单元相连。其中如果传感器的输出信号为模拟信号，则通过数字信号输入/输出接口输入起重机安全驾驶仪，如果是模拟信号，则通过AD转换单元输入起重机安全驾驶仪。
[0018]进一步，上述第一传感器组包括光照传感器、温度传感器、湿度传感器、风速风向传感器，上述第二传感器组包括吊重传感器、回转角度传感器、幅度传感器、高度传感器实际应用中，第二传感器组还可以进一步包括位置极限开关、门锁安全开关等。
[0019]相对于现有技术，本实用新型具有如下优点和有益效果:
[0020]1、本实用新型设置有数字信号输入/输出接口和AD转换单元，可以接收多个传感器发送至的数字信号和模拟信号，接收和显示的数据信息多，可以给操作应用提供足够的信息，供操作人员全面了解起重机当前状况，也便于操作维修人员判断决策和进行下一步操作，同时具备多路输出控制信号；
[0021]2、本实用新型的显示单元和控制单元采用触摸显示屏，其使用更加方便、操作更灵活，安全高效，功能强大，寿命延长；
[0022]3、本实用新型设置有报警单元，测控并举，提高了本实用新型的安全性；
[0023]4、本实用新型设置有通信单元，支持有线通信、无线远程通信、无线近程通信，可实现远程遥测控，也支持现场设备的无线近程连接；
[0024]5、本实用新型的控制指令可以通过full can总线输出，传输速度快，传输的数据量大，纠错强，效率高可以很好地支持起重机实时现场控制作用和需求；
[0025]6、本实用新型的控制指令输出单元同时支持并行控制，又支持串行输出控制，无论新老设备还是混合驱动结构都能实施有效控制，无论串行/并行都能任意控制，通用性好;`[0026]7、具备“自动驾驶”功能:安全驾驶仪放在“自动”档位时，系统会按预设的程序曲线+限制条件进行加/减速的自动运行，并同时进行监测和保护；为系统安全工作，操作方便可靠，减少人为因素干扰提供了坚强保障；
[0027]8、本实用新型具有监测操控、安全监测、动态显示、事故存储、辅助分析、综合驾驶等功能；
[0028]9、本实用新型结构简单紧凑、专用性强，综合成本低、而且系统的可扩展性良好。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1为本实用新型的结构示意图。
[0030]图例说明:1、中央处理单元；2、控制显示单元；4、存储单元；5、AD转换单元；
6、数字信号输入/输出接口； 7、报警单元；8、通信单元；9、控制指令输出单元；91、CAN通讯单元；92、DA转换单元。
【具体实施方式】
[0031]下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不仅限于此。
[0032]【实施例1】
[0033]如图1所示，本实施例的起重机安全驾驶仪，包括中央处理单元I和与之相连的控制显示单元2、存储单元4、AD转换单元5、数字信号输入/输出接口 6、控制指令输出单元9。其中，上述控制显示单元2包括控制单元和显示单元,本实施例中，控制显示单元2为集显示和控制功能为一体的触摸显示屏。实际应用中，也可以采用现有起重机控制系统中控制单元和显示单元分开的模式，单独采用显示屏显示，而控制指令的输入采用传统的联动台，由操作手柄或操作摇杆完成。本实施例中，可采用专用的片上可编程系统SOPC芯片，该SOPC芯片内集成有中央处理单元1、存储单元4、AD转换单元5、数字信号输入/输出接口6、控制指令输出单元9等等。
[0034]本实施中，起重机的驾驶室内和驾驶室外均设置有温度传感器、湿度传感器，驾驶室外塔顶设置有光照传感器，这些传感器连接到起重机安全驾驶仪的数字信号输入/输出接口 6，通过数字信号输入/输出接口 6或AD转换单元5将采集的微气候数据发送给中央处理单元I处理及通过触摸显示屏显示给操作人员、通过存储单元4存储；塔吊相关位置上还安装有吊重传感器、幅度/高度传感器、回转角度传感器、拉臂张角传感器、吊高传感器、位置极限开关、门锁安全开关等，这些传感器与数字信号输入/输出接口 6或AD转换单元5相连，将其采集的吊重(力矩)、臂长、回转角、拉臂张角、吊高、极限位置，门锁等安全信息参数信号经数字信号输入/输出接口 6或AD转换单元5发送给中央处理单元I处理及通过触摸显示屏显示给操作人员、通过存储单元4存储。实际应用中，如果上述微气候传感器输出模拟信号，则也接入AD转换单元5经模数转换后发送给中央处理单元1，在中央处理单元I的控制下，发送给存储单元4存储、触摸显示屏显示。实际应用中，中央处理单元I还可采用常用的PC机用CPU、单片机、FPGA实现，例如但不限于采用型号为ABBPLC-AC31的可编程控制器、PHILIPS公司P89C668单片机、FUJITSU公司MB90560系列；存储单元4可采用一般的IDE硬盘或者SDRAM存储器或FLASH存储器，例如但不限于采用现代HY57V641620型号的SDRAM存储器芯片或者采用⑶25Q80SCP型号的FLASH存储器或西部数据WDC WD800BB-88JHCO型号的IDE硬盘；数字信号输入/输出接口 6采用通常的芯片自带的GPIO (General Purpose Input Output ,通用输入/输出)，例如可采用XRA120xI2C/SMBus GPIO扩展芯片或XRA140x SPI GPIO扩展芯片；也可以为RS485接口、SPI接口、RS232接口等常用的支持数字信号输入/输出的接口，AD转换单元5可以采用常见的A/D转换芯片实现，例如但不限于美国模拟器件公司AD7810型号的低功耗10位高速串行A/D转换器。
[0035]【实施例2】
[0036]在实施例1的基础上，本实施例中的起重机安全驾驶仪还包括与中央控制单元I相连的报警单元7和通信单元8。其中，通信单元8包括以太网通信模块、远程无线通信模块、近程无线通信模块，上述远程无线通信模块可以为2G无线通信模块、3G无线通信模块、
2.5G无线通信模块、4G无线通信模块中的一种或多种；上述近程无线通信模块可以为WIFI模块、Zigbee模块、蓝牙模块、NFC模块等模块中的一种或多种。其中，以太网通信模块、远程无线通信模块、WIFI模块用于接入互联网，实现有线、无线远程无缝遥测控系统；其他的近程无线通信模块用于现场各设备间的无线连接，组成本地无线测控网。上述报警单元7可以为声光报警器或其他常用的报警单元。中央控制单元I可以通过传感器采集的吊重、臂长、回转角度、拉臂张角、吊高、极限位置、门锁等参数判断起重机是否出现故障，当起重机出现故障时，启动报警信号进行预警/报警:声光报警器发出声音和光信号进行预警/报警；也可以通过远程无线通信模块或以太网通信模块远程预警/报警。上述无线通信模块为3G无线模块。实际应用中，上述通信单元8还可以包括各种串行通讯接口，扩展起重机安全驾驶仪的功能。
[0037]本实施例中，上述远程无线通信模块采用大唐DTM6211型号的TD模块；以太网通信模块采用DM9102HEP型号的网络芯片；近程无线通信模块采用CC2530型号、ZICM2410P0、2系列型号的zigbee模块。实际应 用中，上述各模块的具体型号可以根据实际使用需求选用，不仅限于本实施例中的模块类型和芯片信号。
[0038]【实施例3】
[0039]在上述实施例基础上，本实施例中，控制指令输出单元9包括CAN通讯单元91，由CANBUS组成本地核心测控网络。CAN是指控制器局域网络(Controller Area Network,CAN), CAN总线是具有通信速率高、容易实现、且性价比高等诸多特点的一种已形成国际标准的现场总线。CAN通讯单元91具体包括与中央处理单元I相连的CAN控制器和连接到CAN控制器上的CAN收发器，CAN收发器上连接CAN总线。其中，CAN控制器可以采用芯片内嵌入模式或外接模式使用SJA1000系列芯片，CAN收发器可采用TJA1040/PCA82C250/1系列芯片。SJA1000芯片是一款独立CAN控制器，由PHILIPS公司设计并生产，具有优秀的EM1、EMC性能，适用于工业环境中的控制器局域网络。TJA1040芯片是一种高速CAN收发器，具有非常优秀的EMC性能，在不上电状态下有理想的无源性能，提供低功耗管理，支持远程唤醒，并集成有完善的总线保护功能。TJA1040可以支持40Kbps~IMbps高速率范围，在不需要CAN中继器的场合，通讯距离可达1.2Km远，通讯节点数目可达110个节点。TJA1040芯片广泛用于工业控制领域，能够适应任何苛刻的工作环境。采用CAN总线输出控制指令具有通信速率高、容易实现、数据传输量大、性价比高等诸多优点。实际应用中，也可以根据需求采用其他总线实现。实际应用中，控制指令输出单元6也可采用profibus通讯单元，从而通过profibus总线输出串行控制总线,profibus也是一种现场总线标准,但profibus总线控制的数量会大大小于CAN总线。
[0040]【实施例4】
[0041]在实施例3的基础上，本实施例中的控制指令输出单元9中还包括4个DA转换单元92，实现非串行总线传统执行机构的并行输出控制方式；4个DA转换单元92分别用于控制4个变频器/逆变器，4个DA转换单元92均与中央处理单元I相连，其用于将控制指令转化为可变电压，发送给可以接收模拟信号控制的逆变器/变频器，这种方式用于并行控制逆变器/变频器；而CAN通讯单元91采用串行控制的方式直接输出数字信号给可接收数字信号的逆变器/变频器，因此，本实施例中的起重机安全驾驶仪能够采用串行和并行两种方式控制逆变器/变频器，同时适用于多种类型逆变器/变频器、传统老式执行设备的控制，通用性强。
[0042]本实施例中的DA转换单元92采用DAC0832系列型号的DA转换集成芯片实现，可采用芯片内嵌入模式或外接模式实现；也可以采用一个数字电位器。实际应用中，也可以采用其他常规的数模转换电路、芯片实现，模数转换电路为本领域常用的转换电路，本实施例中不再赘述。
[0043]【实施例5】
[0044]起重机安全操控系统，包括起重机操控装置、用于采集气候信息的第一传感器组和用于采集起重机安全信息的第二传感器组。其中，上述起重机操控装置为实施例1-4中任一所述的起重机安全驾驶仪，所述第一传感器组和第二传感器组通过数字信号输入/输出接口 6或AD转换单元5与起重机安全驾驶仪的中央处理单元I相连，其中如果传感器组中的传感器的输出信号为数字信号，则通过数字信号输入/输出接口 6输入起重机安全驾驶仪，如果是模拟信号，则通过AD转换单元5输入起重机安全驾驶仪。
[0045]本实施例中，第一传感器组包括I个光照传感器、2个温度传感器、2个湿度传感器、I个风速风向传感器，其中风速风向传感器、光照传感器安装在驾驶室外塔顶，温度传感器、湿度传感器均分别在驾驶室内安装I个、驾驶室外安装一个。温度传感器可以采用DS18B20数字温度传感器；湿度传感器可采用LTM8901数字温湿度传感器；风速风向传感器可采用TX系列风向传感器、FY-FS系列风速传感器或RY-FSXY型号的风速风向仪；光照传感器可采用HA2003型号的光照传感器。
[0046]第二传感器组包括第二传感器组包括吊重传感器、用于测量臂长和吊高的回转角度传感器、幅度传感器、高度传感器，上述吊重传感器安装在承重支点上，上述幅度传感器、高度传感器、回转角度传感器分别设置在控制起重机幅度、高度、回转角度变化的减速机构上，还可以进一步包括极限位置、门锁等，极限位置、门锁设置在对应的限位位置处。其中，上述吊重传感器可采用PLD308系列拉压力传感器或ET - 2型拉式称重传感器；上述幅度传感器、高度传感器可采用WKS-GC系列高度变幅传感器，回转角度传感器可采用WDG-A, B，C，AM系列角度传感器。
[0047]实际应用中，上述传感器的型号、数量、类型选择可以根据需要使用，例如还可以增设安装在起重臂支点上的拉臂张角传感器，并不仅限于本实施例中提供的种类、数量和型号。
[0048]以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰、更优的配置，在其他领域的简单转用，应视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.起重机安全驾驶仪，包括中央处理单元(I)、控制显示单元(2)、控制指令输出单元(9)，所述中央处理单元(I)与控制显示单元(2)、控制指令输出单元(9)分别相连，其特征在于，还包括存储单元(4)、AD转换单元(5)、数字信号输入/输出接口(6)，所述存储单元(4)、AD转换单元(5)、数字信号输入/输出接口(6)均与中央处理单元(I)相连。
2.根据权利要求1所述的起重机安全驾驶仪，其特征在于，还包括与中央处理单元(I)相连的通信单元(8)。
3.根据权利要求2所述的起重机安全驾驶仪，其特征在于，所述通信单元(8)包括以太网通信模块、远程无线通信模块、近程无线通信模块。
4.根据权利要求1所述的起重机安全驾驶仪，其特征在于，所述控制显示单元(2)包括控制单元和显示单元。
5.根据权利要求1所述的起重机安全驾驶仪，其特征在于，所述控制显示单元(2)为触摸显示屏。
6.根据权利要求1所述的起重机安全驾驶仪，其特征在于，还包括与中央控制单元(I)相连的报警单元(7)。
7.根据权利要求1所述的起重机安全驾驶仪，其特征在于，所述控制指令输出单元(9)包括CAN通讯单元(91),所述CAN通讯单元(91)包括与中央处理单元(I)相连的CAN控制器和连接到CAN控制器上的CAN收发器。
8.根据权利要求7所述的起重机安全驾驶仪，其特征在于，所述控制指令输出单元(9)还包括与中央处理单元(I)相连的DA转换单元(92)。
9.起重机安全操控系统，包括起重机操控装置，其特征在于，还包括用于采集气候信息的第一传感器组和用于采集起重机安全信息的第二传感器组，所述起重机操控装置为权利要求I至8中任一所述的起重机安全驾驶仪，所述第一传感器组和第二传感器组均通过数字信号输入/输出接口( 6 )或AD转换单元(5 )与起重机安全驾驶仪的中央处理单元(I)相连。
10.根据权利要求9所述的起重机安全操控系统，其特征在于，所述第一传感器组包括光照传感器、温度传感器、湿度传感器、风速风向传感器，所述第二传感器组包括吊重传感器、回转角度传感器、幅度传感器、高度传感器。
【文档编号】B66C13/54GK203419688SQ201320534897
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年8月30日 优先权日:2013年8月30日
【发明者】聂剑, 王友军, 税蔚栋 申请人:成都千秋科技有限公司