Система безопасности гидравлического грузоподъемного крана (ее варианты)
Система безопасности гидравлического грузоподъемного крана относится к области машиностроения и может быть использована для защиты грузоподъемных кранов. Сущность полезной модели заключается в том, что в системе безопасности гидравлического грузоподъемного крана, содержащей один или несколько электрогидравлических клапанов, один или два электронных блока и цифровой датчик (цифровые датчики) рабочих параметров грузоподъемного крана, соединенный (соединенные) с электронным блоком (блоками) при помощи мультиплексного канала обмена данными, дополнительно содержатся аналоговые датчики рабочих параметров грузоподъемного крана, подключенные к входам первого и/или второго электронного блока, выход одного из которых непосредственно или через дополнительный исполнительный блок подключен к электрогидравлическому клапану (клапанам). Электронные блоки и цифровые датчики рабочих параметров грузоподъемного крана содержат микроконтроллер и подключенное к нему устройство сопряжения с мультиплексным каналом обмена данными, выполненное в виде трансивера или контроллера интерфейса CAN, UN и т.п. Цифровые датчики рабочих параметров грузоподъемного крана могут быть подключены параллельно к мультиплексному каналу обмена данными или соединены последовательно. Система безопасности, как в одноблочном так и в двухблочном исполнении, может дополнительно содержать дискретные датчики, подключенные к дополнительным входам первого и/или второго (при его наличии в системе) электронного блока. Дискретные датчики выполнены, в частности, в виде концевых выключателей с возможностью контроля положения органов управления гидравлической системы крана и/или положения грузозахватного органа. Один из электронных блоков размещен в рабочей зоне крановщика, а другой - в той конструкционной зоне крана, в которой размещены датчики положения органов управления гидравлической системы крана и/или по меньшей мере один электрогидравлический клапан. Полезная модель позволяет повысить надежность и обеспечить частичную взаимозаменяемость датчиков системы безопасности крана.
Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в системах управления и защиты от перегрузок и повреждения грузоподъемных кранов с гидравлическим приводом его механизмов.
Из патента RU 2011632 С1, МПК5 В 66 С 23/90, 30.04.1994 известна система безопасности грузоподъемного крана, содержащая цифровой вычислительный блок и подключенные к нему аналого-цифровой преобразователь, цифровой запоминающий блок, синтезатор звука, таймер и блок визуальной информации, а также цифровой управляемый фильтр и исполнительный блок. При этом датчики дискретных параметров подключены непосредственно к входам цифрового вычислительного блока, а датчики аналоговых параметров - к входам аналого-цифрового преобразователя.
В этой системе при помощи датчиков осуществляется измерение рабочих параметров крана. Цифровой вычислительный блок осуществляет выбор одной из предварительно записанных в его память предварительно рассчитанных характеристик отключения, осуществляет сопоставление текущих значений рабочих параметров крана с выбранной характеристикой отключения и, на основании этого сопоставления, формирует сигналы ограничения рабочих движений крана, поступающие на исполнительный блок.
При этом сигналы с каждого датчика аналогового и дискретного параметра крана передаются в цифровой вычислительный блок по отдельному проводу, что приводит к большому количеству электрических соединений на грузоподъемном кране.
Из практики эксплуатации электронных систем на грузоподъемных кранах известно, что значительная часть отказов этих систем приходится именно
на электрические соединения. Поэтому большое число этих соединений приводит к снижению надежности системы безопасности.
Этот недостаток частично устранен в системе безопасности грузоподъемного крана, описанной в патенте RU 2237006 С2, МПК7 В 66 С 13/18, 13/56, 27.09.2004 и наиболее близкой к предложенной. Эта система содержит электронный блок и датчики рабочих параметров грузоподъемного крана, соединенные с электронным блоком при помощи мультиплексного канала обмена данными, а также исполнительный блок, входы которого подключены к дополнительным выходам электронного блока, а выходы - к электрогидравлическим клапанам (к предохранительным клапанам с разгрузкой, управляемым электромагнитами). Электронный блок содержит цифровую вычислительную машину (или микроконтроллер) и подключенные к ней блок памяти, органы управления, при помощи которых осуществляется ввод параметров, определяющих режимы работы системы безопасности крана, а также индикаторы и устройство ввода/вывода информации, обеспечивающее сопряжение цифровой вычислительной машины с мультиплексным каналом обмена данными и с исполнительным блоком, выполненным в виде набора силовых электронных ключей.
В этой системе аналогичным образом обеспечивается защита грузоподъемного крана как от перегрузки по грузовому моменту, так и от столкновений с препятствиями (координатная защита). При этом, благодаря наличию мультиплексного канала, обмен данными между электронным блоком и датчиками осуществляется не по отдельным проводам, а по общей однопроводной (при использовании, в частности, интерфейса типа LIN) или двухпроводной (при использовании интерфейса типа CAN) линии связи. Это приводит к сокращению количества электрических соединений и к соответствующему повышению надежности системы безопасности.
Однако замена всех аналоговых датчиков рабочих параметров грузоподъемного крана цифровыми приводит к значительному усложнению датчиков. В этом случае каждый датчик содержит, как привило,
микроконтроллер, устройство сопряжения с мультиплексным каналом обмена данными, источник питания и т.д. Такое усложнение приводит к снижению надежности системы безопасности. Кроме того, одноблочное исполнение системы безопасности приводит к увеличению протяженности силовых цепей и к соответствующему снижению надежности системы безопасности за счет снижения ее помехоустойчивости.
Дополнительно необходимо учитывать, что в ранее применявшихся на грузоподъемных кранах системах безопасности использовались, как правило, аналоговые датчики. Поэтому замена всех аналоговых датчиков цифровыми приводит к нарушению взаимозаменяемости (унификации) датчиков в эксплуатации и к соответствующему усложнению снабжения запасными частями и проведения ремонта ранее выпущенных систем безопасности.
Техническим результатом, на достижение которого направлена заявленная полезная модель, является повышение надежности системы безопасности гидравлического крана путем ее упрощения за счет одновременного применения как аналоговых, так и цифровых датчиков с мультиплексным каналом обмена данными.
Заявленная полезная модель направлена также на повышение надежности путем повышения помехоустойчивости системы безопасности за счет сокращения протяженности ее силовых цепей.
Дополнительным техническим результатом является обеспечение частичной взаимозаменяемости датчиков предложенной системы безопасности с аналоговыми датчиками ранее выпускавшихся систем.
В системе безопасности гидравлического грузоподъемного крана, содержащей по меньшей мере один электрогидравлический клапан, электронный блок и по меньшей мере один цифровой датчик рабочего параметра грузоподъемного крана, соединенный с электронным блоком при помощи мультиплексного канала обмена данными, указанный технический результат достигается за счет того, что она содержит по меньшей мере один аналоговый датчик рабочего параметра грузоподъемного крана, подключенный к входу
электронного блока, по меньшей мере один выход которого непосредственно или через исполнительный блок подключен к по меньшей мере одному электрогидравлическому клапану.
В двухблочном варианте системы безопасности гидравлического грузоподъемного крана, содержащей по меньшей мере один электрогидравлический клапан, электронный блок, и по меньшей мере один цифровой датчик рабочего параметра грузоподъемного крана, соединенный с электронным блоком при помощи мультиплексного канала обмена данными, указанный технический результат достигается за счет того, что эта система дополнительно содержит дополнительный электронный блок, соединенный с электронным блоком, в частности, по мультиплексному каналу обмена данными, и по меньшей мере один аналоговый датчик рабочего параметра грузоподъемного крана, подключенный к входу электронного или к входу дополнительного электронного блока, причем по меньшей мере один выход электронного и/или дополнительного электронного блока непосредственно или через исполнительный блок подключен к по меньшей мере одному электрогидравлическому клапану.
При этом электронный блок и/или дополнительный электронный блок (при его наличии в системе) и по меньшей мере один цифровой датчик рабочего параметра грузоподъемного крана содержат микроконтроллер и подключенное к нему устройство сопряжения с мультиплексным каналом обмена данными, выполненное в виде трансивера или контроллера интерфейса CAN, LIN, RS-232C или RS-485.
В системе, обеспечивающей достижения указанного технического результата, входы/выходы мультиплексного канала обмена данными цифровых датчиков рабочих параметров грузоподъемного крана могут быть соединены параллельно и подключены к по меньшей мере одному входу/выходу мультиплексного канала обмена данными электронного блока и/или дополнительного электронного блока (при его наличии в системе). Цифровые датчики рабочих параметров грузоподъемного крана могут быть также соединены
последовательно, для чего по меньшей мере один цифровой датчик рабочего параметра грузоподъемного крана содержит два устройства сопряжения с мультиплексным каналом обмена данными, по меньшей мере один вход/выход первого устройства сопряжения этого датчика соединен с по меньшей мере одним входом/выходом электронного блока и/или дополнительного электронного блока (при его наличии в системе), а по меньшей мере один вход/выход второго устройства сопряжения указанного датчика подключен к по меньшей мере одному входу/выходу другого цифрового датчика рабочего параметра грузоподъемного крана.
Система безопасности как в одноблочном так и в двухблочном исполнении, обеспечивающая достижение указанного технического результата, может дополнительно содержать по меньшей мере один дискретный датчик, подключенный к по меньшей мере одному дополнительному входу электронного блока и/или дополнительного электронного блока (при его наличии в системе). Причем дискретные датчики выполнены, в частности, с возможностью контроля положения органов управления гидравлической системы крана и/или положения грузозахватного органа.
Кроме того, указанный технический результат достигается за счет того, что, что один из электронных блоков размещен в рабочей зоне крановщика, а другой электронный блок размещен в той конструкционной зоне крана, в которой размещены датчики положения органов управления гидравлической системы крана и/или по меньшей мере один электрогидравлический клапан.
Система безопасности гидравлического крана, реализованная с указанными отличительными признакам заявленной полезной модели, одновременно содержит как цифровые датчики рабочих параметров крана с мультиплексным каналом обмена данными, так и простейшие аналоговые датчики, выполненные, например, в виде потенциометров. Это позволяет оптимизировать систему безопасности в целом и получить максимальную надежность системы путем выбора, в каждом конкретном случае, типа датчика
(аналогового или цифрового) для контроля каждого рабочего параметра грузоподъемного крана.
Если в удаленной части крана, например на оголовке стрелы, имеется группа датчиков (датчик угла наклона гуська или оголовка стрелы, датчик усилия в грузовом канате, датчик приближения к линии электропередачи и т.п.), то, с точки зрения надежности, эти датчики целесообразно реализовать с мультиплексным каналом обмена данными. В этом случае, ввиду значительного сокращения линий связи, несмотря на некоторое увеличение сложности датчиков, будет достигнуто существенное повышение надежности системы безопасности.
Аналогичным образом, при расположении датчиков на стреле крана-трубоукладчика, с точки зрения повышения надежности крайне важно сокращение линий связи, поскольку соединительные жгуты подвержены повреждениям, особенно при транспортировке трубоукладчика со снятой стрелой. Поэтому система безопасности с цифровыми датчиками на стреле крана-трубоукладчика будет более надежной, чем с аналоговыми.
На дизель-электрическом кране применение цифровых датчиков, например цифрового датчика усилия, с точки зрения надежности, также более целесообразно, чем аналоговых. Это связано с тем, что аналоговые датчики имеют более низкую помехоустойчивость (общеизвестно, что аналоговые сигналы подвергаются более существенным искажениям при передаче по линиям связи, чем цифровые). Поэтому цифровые датчики, более устойчивые к воздействию электромагнитных помех от электрических приводов крана, обеспечивают более высокую помехоустойчивость и, соответственно, надежность системы безопасности.
Однако если рассматривать, например, датчик азимута, расположенный вблизи электронного блока, то, с точки зрения надежности, его целесообразно реализовать аналоговым. Ввиду малой длины и возможности обеспечения эффективной защиты от повреждений жгута, соединяющего датчик азимута с электронным блоком (из-за отсутствия подвижных соединений), замена
аналогового датчика, выполненного обычно в виде потенциометра, на достаточно сложный цифровой датчик с микроконтроллером, трансивером мультиплексной линии связи и т.д., приведет к очевидному снижению надежности системы безопасности (интенсивность отказов многочисленных электронных компонентов цифрового датчика будет выше интенсивности отказов простейшего короткого соединительного жгута).
Аналогичным образом, датчики углов поперечного и продольного наклона крана, а иногда и датчик угла наклона стрелы, расположены вблизи электронного блока. Поэтому с точки зрения надежности их также целесообразно реализовать аналоговыми.
В итоге, для достижения максимальной надежности системы безопасности, необходима разумная (оптимальная) комбинация цифровых и аналоговых датчиков, что и предложено в описываемой полезной модели.
Реализация двухблочной системы безопасности дополнительно позволяет приблизить силовую часть системы безопасности к электрогидравлическим клапанам, сократив при этом протяженность силовых электрических цепей. Это обеспечивает повышение помехоустойчивости и, соответственно, дополнительное повышение надежности системы безопасности.
Кроме того, в системах безопасности грузоподъемных кранов исторически ранее применялись только аналоговые датчики. Поэтому, в случае сохранения части датчиков аналоговыми, обеспечивается частичная взаимозаменяемости датчиков предложенной системы безопасности с аналоговыми датчиками систем безопасности, уже находящихся в эксплуатации. Это приводит к упрощению обеспечения запасными частями, упрощению ремонта систем безопасности и т.д.
С учетом этого, указанные отличительные признаки заявленной полезной модели находятся в прямой причинно-следственной связи как с основным, так и с дополнительным достигаемым техническим результатом, т.е. являются существенными.
На фиг.1 приведен пример реализации системы безопасности гидравлического крана с одним электронным блоком, на фиг.2 - вариант этой системы в двухблочном исполнении. На фиг.З показано параллельное соединение цифровых датчиков с мультиплексным каналом обмена данными, на фиг 4 -последовательное соединение. На фиг.З представлен возможный вариант реализации электронных блоков системы безопасности.
Система безопасности гидравлического грузоподъемного крана, имеющего гидравлическую систему ручного управления, содержит электронный блок 1 (см. фиг.1), один или несколько (N) цифровых датчиков рабочих параметров крана 2, один или несколько аналоговых датчиков рабочих параметров крана 3 и по меньшей мере один электрогидравлический клапан 4, подключенный к выходу электронного блока 1.1 непосредственно или через исполнительный блок 5. Система может содержать также дискретные датчики 6, например, концевые выключатели, подключенные к дополнительным входам электронного блока 1. Цифровые датчики 2 соединены с электронным блоком 1 при помощи мультиплексного канала обмена данными 7.
Электронный блок 1 может именоваться также блоком управления, блоком обработки данных, блоком индикации и т.п., что не имеет принципиального значения.
Система безопасности гидравлического грузоподъемного крана в двухблочном исполнении (см. фиг.2) содержит электронный блок 1 и дополнительный электронный блок 8, цифровые датчики 2 и/или 9 с мультиплексным каналом обмена данными 7, аналоговые датчики 3 и/или 10 и по меньшей мере один электрогидравлический клапан 4, подключенный к выходу электронного 1 и/или дополнительного электронного блока 8 непосредственно или через по меньшей мере один исполнительный блок 5 и/или 11. Система содержит также дискретные датчики 6 и/или 12, подключенные к дополнительным входам электронного блока 1 и/или дополнительного электронного блока 8.
Один из блоков - электронный блок 1 или дополнительный электронный блок 8, размещается в рабочей зоне крановщика и может именоваться блоком индикации, блоком управления, блоком обработки данных и т.п., а второй блок - блоком расширения, контроллером и т.п., что не имеет принципиального значения.
Соединение цифровых датчиков 2 и/или 9 с электронным 1 и/или с дополнительным электронным блоком 8 осуществляется при помощи мультиплексного канала обмена данными 7. Соединение электронного 1 и дополнительного 8 электронных блоков между собой может осуществляется как по однонаправленным линиям связи, так и при помощи мультиплексного канала обмена данными 7.
Отдельные датчики 2, 3, 6, 9, 10 и 12 и исполнительные блоки 5 и 11 в описываемой системе безопасности могут отсутствовать. В двухблочном варианте системы безопасности минимально необходимым является наличие электронного блока 1 и дополнительного электронного блока 8, по меньшей мере одного электрогидравлического клапана 4, а также по меньшей мере одного цифрового датчика 2 или 9 и по меньшей мере одного аналогового датчика 3 или 10, каждый из которых можем быть подключен к электронному блоку 1 или к дополнительному электронному блоку 8.
N цифровых датчиков 2, 9 могут быть подключены параллельно к общему мультиплексному каналу обмена данными 7 (см. фиг.3) или соединены последовательно (см. фиг.4). При этом на фиг.3 и фиг.4 под обозначениями датчиков 2.1/9.1, 2.2/9.2...2.N/9.N подразумеваются цифровые датчики 2.1, 2.2...2.N, подключенные к электронному блоку 1, и цифровые датчики 9.1, 9.2...9.N, подключенные к дополнительному электронному блоку 8. Число цифровых датчиков 2 и 9, подключенных к электронному 1 и дополнительному электронному блоку 8, в общем случае может быть различным.
Электронный блок 1 и дополнительный электронный блок 8 (см. фиг.3) в общем случае содержат микроконтроллер 13 подключенные к нему устройство сопряжения с мультиплексным каналом обмена данными 14,
выполненное, в частности, в виде трансивера или драйвера этого мультиплексного канала (CAN, UN, RS-232C, RS-485 и т.п.), аналого-цифровой преобразователь 15 (в частности, с предусилителями на его входах), устройство ввода/вывода дискретных сигналов 16, блок памяти 17, индикаторы 18 и органы управления 19.
Если система безопасности реализована в одноблочном исполнении, то электронный блок может содержать все приведенные на фиг.5 функциональные блоки. Если же используется двухблочное исполнение, то блок памяти
17 устанавливается, преимущественно, только в том электронном блоке 1 или 8, который используется для встроенного регистратора параметров грузоподъемного крана. Индикаторы (светодиодные индикаторы, дисплеи и т.д.)
18 и органы управления (кнопки, клавиши или переключатели) 19 устанавливаются только на том электронном блоке 1 или 8, который расположен в рабочей зоне крановщика.
Аналого-цифровые преобразователи 15, в общем случае многоканальные, устанавливаются в тех электронных блоках 1 и/или 8, к которым подключаются аналоговые датчики 3 и/или 10. В качестве аналого-цифровых преобразователей 15 могут также использоваться встроенные аналого-цифровые преобразователи микроконтроллеров 13.
Цифровые 2, 9 и аналоговые 3, 10 датчики рабочих параметров грузоподъемного крана в общем случае включают в себя датчик массы груза (тензометрический датчик силы или тензометрические датчики давления), потенциометрический датчик длины стрелы (установленный в кабельном барабане, соединяющим невыдвигаемые и выдвигаемые секции стрелы), датчик угла наклона/подъема стрелы (например, микромеханический инклинометр/акселерометр), потенциометрический или магнитный датчик угла поворота площадки крана (датчик азимута), датчик приближения к линии электропередачи и другие датчики, необходимость установки которых определяется конструкцией конкретного грузоподъемного крана, на который устанавливается система безопасности.
Все указанные датчики измеряют аналоговые рабочие параметры грузоподъемного крана (величины усилий, давлений, углов поворота и т.д.). Отличие цифровых датчиков 2 и 9 от аналоговых 3 и 10 заключается в том, что выходным сигналом любого аналогового датчика 3, 10 является аналоговый сигнал - выходное напряжение его чувствительного элемента (тензометрического моста, потенциометра и т.п.), или усиленный сигнал с этого чувствительного элемента. А в каждом цифровом датчике 2, 9 аналоговых рабочих параметров крана сигнал с чувствительного элемента преобразуется в цифровую форму непосредственно в датчике. Соответственно, каждый из цифровых датчиков 2 и 9 в общем случае содержит последовательно соединенные соответствующий чувствительный элемент (тензометрический мост, потенциометр и т.п.), микроконтроллер со встроенным аналого-цифровым преобразователем и устройство сопряжения с мультиплексным каналом обмена данными - микросхему трансивера, драйвера или контроллера мультиплексного канала.
Цифровые датчики рабочих параметров 2, 9 могут именоваться также периферийными устройствами регистрации параметров крана, контроллерами, узлами сети (например CAN-сети), что не имеет принципиального значения.
Кроме цифровых 2, 9 и аналоговых 3,10 датчиков, система безопасности содержит дискретные датчики 6 и/или 12, выполненные, как правило, в виде концевых выключателей. К ним относятся концевой выключатель предельного подъема грузозахватного органа, датчик барабана лебедки (датчик предельного опускания грузозахватного органа) и т.д.
К дискретным датчикам относятся также концевые выключатели положений рычагов управления гидравлической системы крана, устанавливаемые для выявления управляющих воздействий крановщика и реализации соответствующей логики работы системы безопасности при ограниченном количестве электрогидравлических клапанов 4. Эти датчики срабатывают при отклонении рычагов управления гидравлическими распределителями крана в
направлениях, соответствующих подъему груза лебедкой, опусканию груза лебедкой, подъему стрелы, опусканию стрелы, повороту крана влево и вправо, выдвижению и втягиванию стрелы и т.п.
Электрогидравлические клапаны 4, осуществляющие сброс давления (разгрузку) в каком-либо гидравлическом приводе крана, включаются в его гидравлическую систему для блокирования (запрета) движения какого-либо механизма крана при срабатывании защиты крана по перегрузке или по координатной защите. В системе может быть установлен только один электрогидравлический клапан 4. В этом случае при снятии напряжения с этого клапана осуществляется запрет перемещений всех механизмов крана.
Для управления электрогидравлическим клапаном 4, устройство ввода/вывода дискретных сигналов 16 в электронном блоке 1 и/или в дополнительном электронном блоке 8, кроме набора стандартных схем согласования дискретных сигналов по уровню, дополнительно содержит по меньшей мере один силовой электронный ключ или силовое электромагнитное реле. Силовой ключ или электромагнитное реле могут быть также вынесены в отдельный исполнительный блок 5 и/или 11.
Устройства ввода/вывода дискретных сигналов 16 электронного блока 1 и дополнительного электронного блока 8 могут также использоваться для соединения этих блоков между собой по однонаправленным линиям связи.
В качестве микроконтроллера 13 и микроконтроллеров в цифровых датчиках 2, 9 могут быть использованы, в частности, микроконтроллеры серии MSP430 фирмы TI или микроконтроллеры PIC фирмы Microchip. Вспомогательные цепи микроконтроллера 13 - цепи питания, сброса, тактового генератора и т.п. являются типовыми и на фиг.5 условно не показаны.
Микроконтроллеры работают по предварительно записанной в их памяти программе, которая определяет реализуемые ими функции и конфигурацию выводов этих микроконтроллеров (вход, выход или двунаправленный вывод) в зависимости от того, к какому функциональному блоку подключен этот вывод микроконтроллера.
Индикаторы 18 могут быть выполнены в виде набора светодиодов и символьного жидкокристаллического дисплея, блок памяти 17 - на базе микросхем серии AT45DB Atmel. Необходимая информационная емкость блока памяти 17 выбирается с учетом возможности его использования для регистрации параметров грузоподъемного крана. Подключение внешнего устройства считывания регистратора параметров осуществляется через мультиплексный канал обмена данными 7 или через устройство ввода/вывода дискретных сигналов 16.
Устройства сопряжения с мультиплексным каналом обмена данными 14 в электронном блоке 1, в дополнительном электронном блоке Вив каждом из датчиков 2, 9 целесообразно реализовать в виде трансивера, контроллера или драйвера мультиплексного канала на интегральных микросхемах, в частности типа МСР2510, L9637 и т.п. При последовательном соединении цифровых датчиков 2, 9, эти датчики могут содержать по 2 идентичных устройства сопряжения с мультиплексным каналом обмена данными. Возможно также транзитное прохождений линий связи мультиплексного канала обмена данными через каждый из датчиков 2, 9.
Мультиплексный канал связи может быть однопроводным (например, по стандарту LIN) или двухпроводным (например, по стандарту CAN). Поэтому, при параллельном соединении выводов мультиплексного канала цифровых датчиков 2, 9 и электронных блоков 1, 8, параллельному соединению подлежит по меньшей мере один вход/выход устройств сопряжения этих датчиков и блоков (т.е. параллельно соединяются 1 или 2 провода соответственно в LIN CAN интерфейсе).
В системе безопасности двухблочного исполнения, для сокращения общей длины линий связи и уменьшения электромагнитных помех, один из электронных блоков размещается преимущественно в той конструкционной зоне крана, в которой размещены датчики положений органов ручного управления гидравлической системы крана и/или по меньшей мере один
электрогидравлический клапан 4. Этой зоной обычно является нижняя часть кабины крана или пространство под полом кабины.
Предложенная система безопасности гидравлического грузоподъемного крана работает следующим образом.
Перед началом работы на грузоподъемном кране, крановщик в ручном режиме при помощи органов управления 19, расположенных на размещенном в его рабочей зоне (т.е. перед ним) электронном блоке 1 и/или на дополнительном электронном блоке 8, осуществляет ввод параметров работы, определяющих режимы работа крана (положение выдвижных опор, степень запасовки полиспаста, наличие, длину и угол наклона гуська и т.д.), если для данной конструкции крана ввод этих параметров является необходимым. Введенные параметры сохраняются в энергонезависимом (Flash) блоке памяти 17 или в памяти (в EEPROM) микроконтроллера 13 этого блока.
Зона допустимых значений положения грузоподъемного (стрелового) оборудования крана вводится при задании параметров координатной защиты при помощи органов управления 19 и также сохраняется в памяти микроконтроллера 13 или в блоке памяти 17.
Управление грузоподъемным краном осуществляется крановщиком в ручном режиме путем перемещения органов управления (рукояток, рычагов и т.п.) гидравлическими распределителями в соответствующих направлениях. Управляющие действия крановщика контролируются при помощи датчиков положения органов управления, входящих в состав дискретных датчиков 6 и/или 12 и дающих возможность определить намерение крановщика, т.е. определить, какое движение крана он пытается осуществить и в каком направлении.
Для того, чтобы произошло какое-либо движение крана, необходимо как наличие управляющего воздействия крановщика (перемещения соответствующего органа управления в нужном направлении), так и отсутствие блокирования этого движения со стороны электрогидравлического клапана 4.
При отсутствии перегрузки крана по грузовому моменту и при нахождении его стрелы в зоне допустимых значений по координатной защите, электрогидравлический клапан 4 включен и не блокирует управляющие воздействия крановщика.
При работе грузоподъемного крана, цифровые 2 и/или 9 и аналоговые 3 и/или 10 датчики рабочих параметров осуществляют измерение параметров загрузки крана и положения его грузоподъемного (стрелового) оборудования.
В системе безопасности с двухблочным исполнением один из электронных блоков (электронный блок 1 или дополнительный электронный блок 8), в зависимости от состава (функциональной схемы) этого блока и заложенной в него программы, выполняет функции ведущего блока в системе безопасности. В системе безопасности с одноблочным исполнением электронный блок 1 всегда является ведущим.
Микроконтроллер 13 ведущего электронного блока работает по программе, записанной в его памяти или в блоке памяти 17, и через устройство сопряжения с мультиплексным каналом обмена данными 14 поочередно формирует запрос на получение информации от каждого цифрового датчика 2 или 9, а в двухблочном исполнении - также от другого (ведомого) электронного блока 1 или 8 (от подключенных к нему датчиков) по установленному протоколу LIN, CAN и т.п. Одновременно ведущий электронный блок с использованием входящего в его состав аналого-цифрового преобразователя 15 и устройства ввода/вывода дискретных сигналов 16, получает информацию от подключенных к этому блоку аналоговых датчиков 3 или 10 и дискретных датчиков 6 или 12.
В итоге, микроконтроллер 13 ведущего электронного блока системы безопасности получает всю информацию об аналоговых и дискретных параметрах работы крана. Причем отличие в работе системы безопасности с цифровыми 2, 9 и аналоговыми 3, 10 датчиками в основном заключается в том, где осуществляется аналого-цифровое преобразование выходных сигналов первичных преобразователей датчиков - в аналого-цифровых
преобразователях датчиков или в аналого-цифровых преобразователях 15 электронных блоков 1 и/или 8, а также в порядке передачи выходных сигналов этих датчиков в микроконтроллер 13 ведущего электронного блока.
После получения информации от всех необходимых цифровых 2, 9, аналоговых 3, 10 и дискретных 6, 10 датчиков, микроконтроллер 13 ведущего электронного блока по программе, определенной при проектировании системы безопасности и предварительно записанной в его память или в блок памяти 17, по известным функциональным зависимостям определяет текущую нагрузку крана и положение его грузоподъемного (стрелового) оборудования. Допустимые режимы нагружения в виде грузовых характеристик крана хранятся в памяти микроконтроллера 13 или в блоке памяти 17.
Далее микроконтроллер 13 осуществляет сравнение фактического нагружения крана с предельно-допустимым, а также сравнение фактического положения грузоподъемного оборудования с зоной допустимых положений, заданных при введении координатной защиты и, в зависимости от результатов этих сравнений, через устройство ввода/вывода дискретной информации 16, непосредственно или через исполнительный блок 5 или 11, подает сигнал блокирования (отключения) электрогидравлического клапана 4.
Если электрогидравлический клапан 4 подключен не к ведущему электронному блоку, а к другому (ведомому) блоку системы безопасности, имеющей двухблочное исполнение, то сигнал блокирования (отключения) электрогидравлического клапана 4 подается на ведомый блок по мультиплексному каналу обмена данными 7. Далее микроконтроллер 13 ведомого электронного блока через свое устройство ввода/вывода дискретной информации 16 аналогичным образом подает сигнал блокирования (отключения) этого электрогидравлического клапана 4.
Благодаря этому осуществляется автоматическая защита крана от перегрузки по грузовому моменту и защита от столкновений стрелового оборудования с различными препятствиями (координатная защита).
При этом наиболее важные параметры крана, например степень его загрузки по грузовому моменту, а также предупреждающие сигналы о перегрузке или о срабатывании координатной защиты крана, при помощи индикаторов 18 отображаются на лицевой панели расположенного перед крановщиком электронного блока 1 или дополнительного электронного блока 8.
В предельном случае в системе используется один электрогидравлический клапан 4. В этом случае, после срабатывания защиты от перегрузки или срабатывания по координатной защите, отключение электрогидравлического клапана 4 приводит к блокированию всех движения крана. Например, при перегрузке крана в процессе подъема груза грузовой лебедкой, отключение напряжения с электрогидравлического клапана 4 приводит к блокированию (запрету) всех движений крана, включая опускание груза, поворот крана и т.п.
Для вывода крана из этого состояния, крановщик переводит орган управления гидравлического распределителя грузовой лебедки в нейтральное положение. Далее крановщику, для выхода из состояния перегрузки крана, необходимо уменьшить грузовой момент. Это можно осуществить или путем опускания груза или путем подъема стрелы или путем втягивания (уменьшения длины) телескопической стрелы. Для этого крановщик переводит орган управления соответствующего гидравлического распределителя в необходимое положение.
При этом микроконтроллер 13 ведущего электронного блока 1 или 8, путем контроля состояний датчиков положения органов управления, входящих в состав дискретных датчиков 6 и/или 12, выявляет, что крановщик осуществляет управляющее воздействие, безопасное для крана (в данном примере направленное на уменьшение грузового момента). В этом случае микроконтроллер 13, работая по программе, непосредственно или через исполнительный блок 5 или 11 осуществляет включение электрогидравлического клапана 4 (подает на него напряжение), разрешая выбранное крановщиком безопасное движение крана.
Если гидравлическая схема такова, что осуществление блокирования всех движений крана с помощью одного электрогидравлического клапана конструктивно невозможно или нецелесообразно, в системе могут быть установлены два и более электромагнитных клапана 4. В этом случае, при срабатывании защиты от перегрузки или срабатывании координатной защиты, микроконтроллер 13 ведущего электронного блока формирует сигнал отключения того электрогидравлического клапана 4, который осуществляет блокирование именно тех движений (механизмов) крана, которые привели к срабатыванию защиты от перегрузки или срабатыванию координатной защиты. Остальные электрогидравлические клапаны 4 при этом остаются включенными, а соответствующие им движения механизмов крана разрешенными.
Из изложенного следует, что в предложенном техническом решении обеспечивается эффективная работа системы безопасности гидравлического крана как с цифровыми датчиками, имеющими мультиплексный канал обмена данными, так и с простейшими аналоговыми датчиками, выполненными, в частности, без электронных компонентов в виде потенциометров, тензометрических мостов и т.д. Благодаря этому, путем выбора наиболее рационального, с точки зрения надежности, аналогового или цифрового датчика для измерения каждого рабочего параметра грузоподъемного крана, обеспечивается повышение надежности системы безопасности.
Реализация двухблочной системы безопасности дополнительно позволяет приблизить силовую часть системы безопасности к электрогидравлическим клапанам, что обеспечивает повышение помехоустойчивости и, соответственно, повышение надежности системы.
Кроме того, сохранение отдельных датчиков системы безопасности аналоговыми обеспечивает их унификацию с ранее выпущенными и наиболее распространенными в эксплуатации аналоговыми датчиками, позволяет упростить ремонт систем безопасности и их обеспечение запасными частями.
1. Система безопасности гидравлического грузоподъемного крана, содержащая электронный блок, по меньшей мере, один цифровой датчик рабочего параметра грузоподъемного крана и, по меньшей мере, один электрогидравлический клапан, причем электронный блок содержит микроконтроллер и подключенные к нему устройство ввода/ вывода дискретных сигналов и устройство сопряжения с мультиплексным каналом обмена данными, которое соединено с, по меньшей мере, одним цифровым датчиком рабочего параметра грузоподъемного крана при помощи мультиплексного канала обмена данными, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит, по меньшей мере, один аналоговый датчик рабочего параметра грузоподъемного крана, а электронный блок дополнительно содержит аналого-цифровой преобразователь, подключенный к микроконтроллеру или встроенный в микроконтроллер, причем, по меньшей мере, один выход, по меньшей мере, одного аналогового датчика подключен к, по меньшей мере, одному входу аналого-цифрового преобразователя, а, по меньшей мере, один выход устройства ввода/вывода дискретных сигналов непосредственно или через дополнительный исполнительный блок подключен к, по меньшей мере, одному электрогидравлическому клапану.
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один цифровой датчик рабочего параметра грузоподъемного крана содержит микроконтроллер и подключенное к нему устройство сопряжения с мультиплексным каналом обмена данными, причем это устройство сопряжения и устройство сопряжения с мультиплексным каналом обмена данными электронного блока выполнены в виде трансиверов или контроллеров интерфейса CAN, LIN, RS-232C или RS-485.
3. Система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что входы/выходы мультиплексного канала обмена данными цифровых датчиков рабочих параметров грузоподъемного крана соединены параллельно и подключены к, по меньшей мере, одному входу/выходу устройства сопряжения с мультиплексным каналом обмена данными электронного блока.
4. Система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что цифровые датчики рабочих параметров грузоподъемного крана соединены последовательно, для чего, по меньшей мере, один цифровой датчик рабочего параметра грузоподъемного крана содержит два устройства сопряжения с мультиплексным каналом обмена данными, по меньшей мере, один вход/выход первого устройства сопряжения этого датчика указанным образом соединен с, по меньшей мере, одним входом/выходом устройства сопряжения с мультиплексным каналом обмена данными электронного блока, а, по меньшей мере, один вход/выход второго устройства сопряжения указанного датчика подключен к, по меньшей мере, одному входу/выходу другого цифрового датчика рабочего параметра грузоподъемного крана.
5. Система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит, по меньшей мере, один дискретный датчик, подключенный к, по меньшей мере, одному дополнительному входу устройства ввода/вывода дискретных сигналов электронного блока.
6. Система по п.5, отличающаяся тем, что дискретные датчики выполнены с возможностью контроля положения органов управления гидравлической системы крана и/или положения грузозахватного органа.
7. Система безопасности гидравлического грузоподъемного крана, содержащая электронный блок, по меньшей мере, один цифровой датчик рабочего параметра грузоподъемного крана и, по меньшей мере, один электрогидравлический клапан, причем электронный блок содержит микроконтроллер и подключенное к нему устройство сопряжения с мультиплексным каналом обмена данными, которое соединено с, по меньшей мере, одним цифровым датчиком рабочего параметра грузоподъемного крана при помощи мультиплексного канала обмена данными, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит, по меньшей мере, один аналоговый датчик рабочего параметра грузоподъемного крана и дополнительный электронный блок, содержащий микроконтроллер и подключенное к нему устройство сопряжения с мультиплексным каналом обмена данными, которое соединено с устройством сопряжения с мультиплексным каналом обмена данными электронного блока при помощи мультиплексного канала обмена данными, причем электронный блок или дополнительный электронный блок содержит аналого-цифровой преобразователь, подключенный к соответствующему микроконтроллеру или встроенный в соответствующий микроконтроллер, причем, по меньшей мере, один выход, по меньшей мере, одного аналогового датчика подключен к, по меньшей мере, одному входу указанного аналого-цифрового преобразователя, кроме того электронный блок и/или дополнительный электронный блок содержит устройство ввода/вывода дискретных сигналов, по меньшей мере, один выход которого непосредственно или через дополнительный исполнительный блок подключен к, по меньшей мере, одному электрогидравлическому клапану.
8. Система по п.7, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один цифровой датчик рабочего параметра грузоподъемного крана содержит микроконтроллер и подключенное к нему устройство сопряжения с мультиплексным каналом обмена данными, причем это устройство сопряжения и устройство сопряжения с мультиплексным каналом обмена данными электронного блока выполнены в виде трансиверов или контроллеров интерфейса CAN, UN, RS-232C или RS-485.
9. Система по п.7, отличающаяся тем, что входы/выходы мультиплексного канала обмена данными цифровых датчиков рабочих параметров грузоподъемного крана соединены параллельно и подключены к, по меньшей мере, одному входу/выходу устройства сопряжения с мультиплексным каналом обмена данными электронного блока.
10. Система по п.7, отличающаяся тем, что цифровые датчики рабочих параметров грузоподъемного крана соединены последовательно, для чего, по меньшей мере, один цифровой датчик рабочего параметра грузоподъемного крана содержит два устройства сопряжения с мультиплексным каналом обмена данными, по меньшей мере, один вход/выход первого устройства сопряжения соединен с, по меньшей мере, одним входом/выходом устройства сопряжения с мультиплексным каналом обмена данными электронного блока, а, по меньшей мере, один вход/выход второго устройства сопряжения этого цифрового датчика рабочего параметра грузоподъемного крана подключен к, по меньшей мере, одному входу/выходу другого цифрового датчика рабочего параметра грузоподъемного крана.
11. Система по п.7, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит, по меньшей мере, один дискретный датчик, подключенный к, по меньшей мере, одному дополнительному входу устройства ввода/вывода дискретных сигналов электронного блока и/или дополнительного электронного блока.
12. Система по п.11, отличающаяся тем, что дискретные датчики выполнены с возможностью контроля положения органов управления гидравлической системы крана и/или положения грузозахватного органа.
13. Система по п.7 или 11, отличающаяся тем, что электронный блок или дополнительный электронный блок размещен в рабочей зоне крановщика, и, соответственно, дополнительный электронный блок или электронный блок размещен в той конструкционной зоне крана, в которой размещены датчики положения органов управления гидравлической системы крана и/или, по меньшей мере, один электрогидравлический клапан.
