專利名稱：塔式起重機工況記錄及限位保護裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型是一種對塔式起重機工作狀況進行記錄、顯示并在塔式起重機超限時提供保 護的電子儀器。 背暴技術
目前塔式起重機的限位保護裝置均采用機械式的限位保護裝置，不具有起重機工作狀況 的記錄、顯示能力，測i精度低，重量和力矩保護裝置溫度系數過大，當溫度變化較大時機 械式的重量和力矩保護裝置不能起到有效的保護作用；同時機械式的力矩保護裝2Mii銷結 構的應力變形來進行力矩潿量與塔式起重機載荷曲線不能很好吻合。機械式的限位保護,
缺少了起重機工作狀況顯示功能使塔機操作工在工作中不i^起重機工作狀況有一個全面的
了解，對可能出現的安全隱患不能及時掌握；機械式的限位保護裝置不具有數據ifi^功能，
當事故發生后，不利于査找事故發生的根本原因，不能為制定預防方案提供有力的ide支持。 發w內容
為了克服現有塔式起重機限位保護裝置在功能和性能上的不足，本實用新型提供一種電
子式的塔^重ttX況記錄和保護裝置。它具有塔式起重ttX作狀況記錄、顯示、保護功能，
可對12個月內的每日塔式起重機工作中出現的極限數據進fise錄，包e^曰的最大起吊ms 皿生時間和當時的塔機工作狀況、最大起吊力矩及發生時間和當時的塔機工作狀況、當曰 的最高供電電壓及最低供電電壓、超力矩起吊和超重量起吊的次數統計，并對停車前5 ^
內的運行數據按每秒一次的間隔進行全程記錄；具有預告警功能，當塔機吊重達到90% 大 吊重或9W4S大起吊力矩時本^S將發出預報警信號，提示操作者謹慎作業并同時切斷變幅 和起升機構的高速電源，當變幅小車或吊鉤運行至距離展位點2M時本裝置自動切斷高速電 源，只允許塔機低速運行，可有效避免因操作不當而引發的"高度沖限位"事故；設有起升 二級分段限重功能，為了加強對起升電機的保護，針對起升機構高速與低速吊重量不同的特 性自動限制不當的起吊速度實,起升電機的保護；設有超力矩保護功能，當塔,AM力 矩限位狀態時能自動切斷塔機向危險方向運行(即不允許塔機有可能增大起吊力矩的操作， MM限tK幅小車向前運行，同時限制吊鉤向上運行來實現)的電源，同時允許塔機向安全 方向運行(即允許塔織行減小起吊力矩的操作，通過允 幅小車向后運行，同時允許吊 鉤向下運行減少起吊載荷來實現)，并給出聲光報瞀信號設有超S4保護功能，當塔機的起
吊MiKi最大允許吊重量時本裝置將切斷起升電機向上運行的電源，只允許起升電機向下
運行；設有吊鉤高度保護功能，當吊鉤上行至上限位時本裝置將切斷起升電機向Jdg行的電 源，只允許起升電機向下運行；設有變輻幅度保護功能，當變幅小車運行至后限位時本^fi 將切斷變輻電機向后運行的電源，只允許變幅小車向前運行，而當變幅小車運行至酋限位時
本裝置將切斷變幅電機向前運行的電源，只允許變幅小車向后運行；設有供電保護功能，當
供電電籌出現過壓、欠壓、缺相等異常情況時本裝置將切斷塔機二次回路的供電fty塔機上 的各個電機不會因電壓異常而燒毀。
本實用9HBim其技術閾鼉所采用的技術方案
本塔式起重機工況記錄及保護裝置由由顯示記錄主機、重量傳感器和變送器、變幅傳感 器、起升傳感器、電壓傳感器等部份組成(本裝置聯接參見附圖l)。
顯^E錄主機采用單片機(STC89C58)作為中央處理單元、采用鐵電存儲器(FM24C256) 作為 存儲單元、采用時鐘IC (PCF8563)作為本裝置內部時鐘、采用IC (SN78LBC184) 作為通訊接口、采用液晶顯示器(ABG122032〉進行數據顯示、采用六 ^ # 45 作(顯 ^ifl錄主機電路圖參見附圖4，顯示部份電路圖參見附圖5);。
顯^iB錄主機安裝于塔機操作臺面板上，皿顯示屏向操作者 ^機的實時工作*^,
操作者也可通過顯示記錄主機的操作鍵盤對本裝置進行操作ma和歷史數據，面不霱借助
其它的輔助設備。
顯^iS錄主機通過RS485接口與安裝在塔式起重機的^傳S^進行i^通訊，加電后
主tta行自檢，對各個傳感器進行初始化配置。初始化完dtjs進入工作界面顯示塔機的當前
工作狀況.當塔ttM行時顯示記錄主機對采集到的傳感aMBdR進行判斷，包括是， 限
位、是否超起升限位、是否超吊重量限位、是否超最高電壓、最低電壓，如果當前工^ifia 相應的展鑭m^機向電壓傳感器發出指令切斷相應的操作電源，同時對采集到的吊重m^合
當酋工作幅度與內嵌的塔機載荷表進行比對判斷是否超力矩(內嵌的塔機載荷表系16*^ 1
^廠鵬的塔機載荷表制作而成，與使用本裝置的塔雌荷曲線完姊合)，如當酋吊錢
是當日的最大吊重量主機將把當前的塔機工況存入當日最:^吊重量數據區并記錄下當苗的 時間，如當前起吊力矩是當日的最大起吊力矩主機將把當前的塔^ix況存入當日最:^吊力
區并記錄下當前的時間，以便以后査詢，如當前吊ms皿吊sfi阪mimiMiii" 一次當日超吊重次數，如當前起吊力矩fia起吊力矩限制iit^機將增計一次當日超力矩次數, 如當前起吊重量超過高速限重值主機向電壓傳感器發出關閉起升高速指令，切斷起升離速的 供電。
重i傳感晷由具有轚度補嘗功能的重量傳感器體和重量變送器組成，重量傳感晷體一瑞
與塔 1 吊《^繩相連，另一端與塔ttfe重臂尖相連。當有吊重物時吊重物的重量將aa^
機起吊鋼絲繩傳遞給重量傳感器體并引起重量傳感器體產生變形，重量傳感器體的，瞎受 力的大小不同而不同，通過粘貼在重量傳感器體上的電阻應變計*1*物理變化轉變為電信號 送錢魏器進行處理。
重量變送器采用單片機(STC89C58)作為數據處理單元、采用AD轉換器(ILC7109) 作為fHSC轉換單元、采用儀表放大器(AD620)作為信號放大單元、采用IC (SN78LBC184) 作為通皿口.從重量傳SS體得到的模擬信號通過放大器進行放大、模數轉換、,處理 編碼后^iiRS485接口發送給顯示記錄主機(重量變送器電路圖參見附圖6;)。
電壓傳感器兼有控制輸出和電源供應的功能。電壓傳感晷安裝于塔機配電箱內以方便與 塔機控制翻路相連(控制輸出接口示意圖參見說明書附圖2)。
電壓傳感晷采用單片機(STC89C58)作為數據處理單元、采用AD轉換器(ADC0809) 作為^^換單元、采用IC (SN78LBC184)作為通訊接口、采用光耦隔離驅動繼電器作為 輸出接口、采用開關電源IC (LM2596)為本裝置供電、采用隔離式DODC為電壓傳SS的 內餾供電將3抑V的采樣電壓與本裝置的電源完全隔離開以保證操作者的人身安^tt (電壓 傳# * 圖參見說明書附圖3;)。
皿電壓傳,接線端子輸入的三相380V電壓經100:1的分壓電阻分壓為三相3.8V，整 aUg送入ADC0809進行模數轉換，通過單片機進行處理編碼后經RSW5接口M^^顯^id 殺機》
電壓傳感審的輸出繼電器受主機控制，收到主機的控制指令后由電壓傳感器內部的單片 機(STC89C58)進行解碼并通過光耦隔離驅動繼電器來實a^機的限位保護。
變幅傳感器和起升傳感器在結構上完全相同，分別安裝與變幅機構和起升機構的鋼絲繩 巻街上，通過編址的不同來進行區別。
變輻傳SS (起升傳鋭S)采用單片機(AT89C2051)作為* 處理單元、采用光電傳感 器(HOA0901)作為采樣單元、采用IC (SN78LBC184)作為通訊接口 (變幅傳MMB起升 傳 % 圖參見附圖7)，采用一個外國開齒(100齒)的編碼輪來Jt行采樣(采樣黡理見 附圖8)。
由編碼輪將鋼絲繩巻筒均分為100份，當巻筒直徑不大于318MM時可以計算得出采樣精 度優于WMM (塔^塞機的工作幅度范圍為2M 1(KM，優于0.01M的糖度完全|^8 足 艦要求)
每份國周長度(MM) & (巻筒直徑xir) /100 (3181111x3.14) /100
當鋼絲繩巻筒旋轉時編碼輪與其同步旋轉，通過光電傳感器采得脈沖數，此脈沖數與鋼 絲繩的收放長度有一對應關系即
鋼絲繩的收放長度(MM) -脈沖數X標度變換系數(MM/個)
變幅傳感器(起升傳感器)將采集到的脈沖送單片機進行旋轉方向識別同時根據旋轉方 向的不同進行加(減)計數，編碼后經過RS485接口發送給顯示記錄主機。
本實用新型的有益效果
本裝置使用在塔式起重機上可增強塔機限位保護裝置的性能、提高塔機限位保護裝置的 智能水平，為塔機的安全使用提供更全面的保護。數據顯示功能使操作者對塔機的工作狀態 有了一個全面的了解，可使操作者從主觀上避免違章作業；數據記錄功能為管理部門進行有 效管理提供了技術手段，可有效防止操作者違章作業。
圖1是本實用新型的聯接示意圖。 圖2是本裝置與塔機控制回路的接口圖。 圖3是電壓傳感器電路圖。 圖4是顯示記錄主機電路圖。 圖5是顯示記錄主機的顯示和鍵盤電路圖。 圖6是重量變送器電路圖。 圖7是變幅和起升傳感器電路圖。 圖8是變幅和起升傳感器結構圖。
以下結合附圖對本實用新型進一步說明具體實施方式
圖1是本實用新型的聯接示意圖。
如圖i所示l.塔式起重機配電箱；2.供電變壓器；3.電壓傳感器；4.控制輸出接線端子； 5.塔式起重機操作臺；6.顯示記錄主機；7.變幅傳感器；8.起升傳感器；9.重量變送器；10.重 量傳感器體。
在圖1中，安裝于塔式起重機配電箱(1)內的供電變壓器(2)將380V電源降壓為15V 給本裝置供電，電壓傳感器(3)將輸入的AC15V穩壓濾波后輸出DC12V到顯示記錄主機 (6)和傳感器(7)、 (8)、 (9)，同時電壓傳感器(3)將從顯示記錄主機(6)接收到的指令
通過控制輸出接線端子(4)完成限位保護。
安裝于塔式起重機操作臺(5)上的顯示記錄主機(6)接收傳感器(3)、 (7)、 (S)、 (9) 發來的數據處理加工后保存于顯示記錄主機中的存儲器內，并控制指令發往電壓傳感器(3) 實現限位保護功能，同時通過顯示屏向操作者提供塔機的工作狀態數據。
變幅傳感器(7)安裝于塔式起重機的變幅機構上與變幅巻筒同步運轉向顯示記錄主機提 供塔機的工作幅度數據。
起升傳感器(8)安裝于塔式起重機的起升機構上與起升巻筒同步運轉向顯示記錄主機提 供塔機的吊鉤高度數據。
重量傳感器體(10) —端與塔機起吊鋼絲繩相連，另一端與塔機起重臂尖相連。當有吊 重物時吊重物的重量將通過塔機起吊鋼絲繩傳遞給重量傳感器體(10)并引起重量傳感器體 (10)產生變形，重量傳感器體(10)的變形隨受力的大小不同而不同，通過粘貼在重量傳 感器體(10)上的電阻應變計把此物理變化轉變為電信號送重量變送器(9)進行處理。重量 變送器(9)接收到重量傳感器體(10)傳來的數據后進行放大、模數轉換、數據處理編碼后 發送給顯示記錄主機(6)。
圖2是本裝置與塔機控制回路的接口圖。 圖3是電壓傳感器電路圖。
如圖2所示(1)、 (2)接380V電源為供電變壓器的輸入端；(3)、 (4)是供電變壓器的 輸出端，輸出15VAC為本裝置供電；經過電壓傳感器內部整流、濾波、穩壓后由(5)、 (7) 號接線端子輸出；(5) 12VDC+輸出為顯示記錄主機、傳感器供電；(6)通訊總線COMA; (7)通訊總線COMB; (8)電源輸出地；
圖2中(11)為塔機供電電源測量輸入地線N; (12) (13) (14)為塔機三相電源測量輸 入L1、 L2、 L3;輸入的三相380V電壓經100:1的分壓電阻分壓為三相3.8V，整流后送入圖 3中ADC0809進行模數轉換，通過單片機進行處理編碼后經RS485接口發送給顯示記錄主機。
圖2中(15) (16)為起升高速控制輸出；(17) (18)為變幅高速控制輸出；(19) (20) 為起升下限位控制輸出；(21) (22)為起升上限位控制輸出；(23) (24)為變幅后限位控制 輸出；(25) (26)為變幅前限位控制輸出；(27) (28)為總起電源保護控制輸出。
本裝置的控制功能通過安裝與電壓傳感器內的各個繼電器輸出，各個控制輸出為一對電 器觸頭，當塔機工作在允許范圍內時各個輸出觸頭均處于閉合狀態，塔機的操作不受限制， 當塔機超限位時，相應的輸出觸頭轉換為打開狀態，塔機的該項操作將不能繼續進行，從而 起到保護作用。
圖4是顯示記錄主機電路圖。
圖5是顯示記錄主機的顯示和鍵盤電路圖。
圖4中MCU (STC89C58RD+)為一高性能單片機它是本裝置的核心，它承擔著數據處 理、通訊控制、顯示輸出、輸出控制的任務。
圖4中通過RS485接口 (75LBC184)采集到的各個傳感器數據進入MCU進行處理，有 需要保存的數據時先從時鐘電路(PCF8563)中取出當前時間與數據一起存入Memory (FM24C256)中，同時將塔機的實時工況數據送圖5中的LCD1進行顯示。當塔機工作超限 位時由MCU發出斷電指令，通過RS485接口將指令傳送給電壓傳感器執行限位保護。 圖6是重量變送器電路圖。
從重量傳感器體得到的模擬信號通過圖7中放大器(AD620)進行放大，再由模數轉換 器(ILC7109)轉換為數字信號，再由單片機(AT89C52)處理編碼后經過RS485接口 (75LBC184)發送給顯示記錄主機。
圖7是變幅和起升傳感器電路圖。
圖8是變幅和起升傳感器結構圖。
圖8中1.傳感器外殼；2.編碼輪；3.PCB板；4.光電傳感器；5.航空插插座；6.鎖緊蠊冒； 7.定位套;8.軸承;9.聯接軸;IO.軸承座。
圖8中軸(9)與塔式起重機變幅鋼絲繩巻筒聯接(起升傳感器與變幅傳感器工作原理相 同)，與塔機變幅鋼絲繩巻筒同步轉動，編碼輪(2)由軸(9)帶動，當編碼輪(2)的外齒 通過光電傳感器(4)時將阻斷光電傳感器(4)的光通路，從而采集到塔機變幅鋼絲繩巻筒 的運行數據。
圖7中光電傳感器U1 (HOA0902)承擔數據采集工作。當圖8中編碼輪(2)的外齒通 過光電傳感器U1時將阻斷光電傳感器U1的光通路，則U1向MCU (AT89C2051)發出一次 中斷信號，MCU訪問到此中斷后從引腳P7 (DIREC)取出變幅巻筒的旋轉方向信號，如變 幅巻筒順時針旋轉則對脈沖數進行加1計算(反之則減1),并將脈沖數據通過RS485接口 (75LBC184)發給顯示記錄主機。
權利要求1.一種塔式起重機工況記錄及限位保護裝置，其特征是裝置由顯示記錄主機、電壓傳感器、重量變送器、重量傳感器、變幅傳感器、起升傳感器構成，各個傳感器通過RS485總線連接到顯示記錄主機。
2. 根據權利要求1所述的塔式起重機工況記錄及限位保護裝置，其特征是顯示記錄主機 有液晶顯示界面。
3. 根據權利要求1所述的塔式起重機工況記錄及限位保護裝置，其特征是各個傳感器為 輸出數字信號的傳感器。
專利摘要本塔式起重機工況記錄及限位保護裝置是一種帶有數據顯示功能的全數字式的對塔機工作狀態進行監測、記錄、顯示、控制的儀器。它系由顯示記錄主機、重量、變幅、起升、電壓傳感器等部份組成。其突出特征是所有傳感器與顯示記錄主機之間的數據傳輸為編碼數字信號，提高了數據傳輸過程中的抗干擾能力；集塔式起重機工況記錄及限位保護為一體，除具有力矩、重量、變幅、高度限位保護外，還具有過壓、欠壓、二級超重保護功能，針對起吊速度的不同對高速、低速進行分級保護；超長數據記錄時間，記錄時間長達12個月，操作者可通過顯示記錄主機上的鍵盤輸入想要查詢的日期就地查詢記錄下的數據；采用點陣式液晶顯示器，全中文操作菜單及提示，操作簡便。
文檔編號B66C23/88GK201002927SQ20062011191
公開日2008年1月9日 申請日期2006年12月11日 優先權日2006年12月11日
發明者請求不公布姓名 申請人:劉國馳