Система безопасности грузоподъемной машины (варианты)

(57)Полезная модель относится к подъемно-транспортному машиностроению и может быть использована в системах защиты и управления грузоподъемных машин. Сущность полезной модели: в системе безопасности грузоподъемной машины, содержащей датчики параметров ее работы, выходное устройство и цифровой вычислитель, выполненный на основе микроконтроллера с возможностью датчиков параметров работы грузоподъемной машины, а также с возможностью сравнения значения, по меньшей мере, одного рабочего параметра грузоподъемной машины, измеренного соответствующим датчиком, с максимально допустимым и формирования в зависимости от результата этого сравнения сигнала управления выходным устройством, выходы которого подключены к исполнительным устройствам грузоподъемной машины, по меньшей мере, один из указанных датчиков и/или цифровой вычислитель выполнен на основе программируемой системы на кристалле (Programmable System on Chip). Во втором варианте этой системы, по меньшей мере, один из датчиков параметров работы грузоподъемной машины имеет объединенные на одном кристалле первичный преобразователь и аналого-цифровую схему обработки сигнала этого первичного преобразователя. Первичный преобразователь, в частности, может быть выполнен в виде кремниевого преобразователя давления или силы, кремниевого акселерометра, установленного, например, для измерения угла наклона стрелы, датчика Холла или магниторезистивного датчика, например, для измерения угла азимута, электрической антенны (для выявления приближения к линии электропередачи) или приемника оптического излучения, использующегося, например, для измерения длины стрелы. В третьем варианте реализации системы безопасности контроллер последовательного мультиплексного канала обмена данными цифрового вычислителя и датчиков выполнен

в одном кристалле с соответствующим микроконтроллером. В четвертом варианте этой системы микроконтроллер цифрового вычислителя и/или микроконтроллер, по меньшей мере, одного датчика выполнен с внутренним тактовым генератором, например RC-генератором. В любом варианте реализации системы безопасности подключение цифрового вычислителя к датчикам параметров работы грузоподъемной машины может осуществляться как по отдельным проводам с возможностью передачи по ним выходных сигналов датчиков в виде тока или напряжения, так и посредством мультиплексного цифрового последовательного канала обмена данными. В последнем случае для этого обмена может быть реализован протокол CAN, LIN, J1850 и т.д. Полезная модель обеспечивает уменьшение габаритных размеров, повышение надежности и расширение функциональных возможностей системы безопасности грузоподъемной машины. 4 с., 20 з.п. ф-лы., 1 ил.

Полезная модель относится к подъемно-транспортному машиностроению и может быть использована в системах защиты и управления грузоподъемных машин, в частности стреловых грузоподъемных кранов.

Из патента RU 2129524 С1, МПК 6 В 66 С 23/88, 13/18, 27.04.1999 г. известна система безопасности грузоподъемной машины (грузоподъемного крана), содержащая электронный блок, включающий в себя цифровую вычислительную машину и подключенные к ней устройство ввода/вывода информации, устройство индикации, устройство обработки информации, дешифратор и блок управляющих реле. К электронному блоку подключены датчики угла подъема стрелы, длины стрелы, массы груза, угла поворота поворотной площадки крана, угла крена и положения опор.

Недостатком этой системы является отсутствие защиты грузоподъемного крана от столкновений его стрелы с препятствиями (координатной защиты), а также отсутствие возможности ввода крановщиком различных режимов работы стрелового оборудования и, соответственно, невозможность применения этой системы на современных стреловых кранах.

Наиболее близкой к предложенной является система безопасности грузоподъемной машины, известная из патента RU 2237006 С2, МПК 7 В 66 С 13/18, 13/56, 27.09.2004 г. Она содержит датчики параметров работы грузоподъемной машины и электронный блок, включающий в себя выходное устройство и цифровой вычислитель, реализованный на основе микроконтроллера, к которому подключены органы управления, индикаторы, блок памяти и устройство ввода/вывода информации, соединенное с датчиками параметров работы грузоподъемной

машины и с входами выходного устройства, выходы которого подключены к исполнительным устройствам грузоподъемной машины. Датчики параметров работы грузоподъемной машины выполнены в виде отдельных первичных преобразователей (потенциометров, акселерометров и т.п.), подключенных к электронным схемам, осуществляющим обработку сигналов этих первичных преобразователей и передачу данных о параметрах работы грузоподъемной машины в цифровой вычислитель.

Недостатком этой системы является повышенные габаритные размеры и невысокая надежность системы безопасности. Это вызвано тем, что электронные схемы цифрового вычислителя и датчиков параметров работы грузоподъемной машины выполнены в виде набора достаточно большого количества дискретных электронных компонентов и микросхем, соединения между которыми осуществляются внешними проводниками - проводниками на печатных платах и проводниками объемного монтажа. В частности, в цифровом вычислителе микроконтроллер, блок памяти, интерфейсные схемы для подключения органов управления, индикаторов, и, частично, устройство ввода/вывода информации, в том числе контроллер мультиплексного канала обмена данными, выполнены в виде отдельных микросхем или наборов отдельных микросхем, соединенных внешними (по отношению к этим микросхемам) проводниками. В датчиках параметров работы грузоподъемной машины первичный преобразователь и электронная схема конструктивно выполнены отдельно и соединены между собой отдельными проводами, а электронная схема также содержит отдельные микросхемы, соединенные между собой проводниками на печатных платах и проводниками объемного монтажа.

Одновременно такое исполнение электрической схемы приводит к снижению функциональных возможностей системы безопасности из-за невозможности изменения этой схемы в зависимости от условий и режимов работы грузоподъемной машины.

Кроме того, к повышенным габаритным размерам и пониженной надежности системы безопасности приводит применение в микроконтроллере внешних

цепей задания частоты его тактового генератора, например кварцевого резонатора, или внешнего тактового генератора.

Эти недостатки существенны для грузоподъемной машины ввиду стесненности мест установки составных частей системы безопасности и высоких требований к ее надежности, вызванных повышенной опасностью грузоподъемных работ.

Техническим результатом, на достижение которого направлена заявленная полезная модель, является уменьшение габаритных размеров и повышение надежности системы безопасности грузоподъемной машины за счет уменьшения количества электронных компонентов и внешних соединений в ее электрической схеме путем применения программируемых систем на кристалле (Programmable System on Chip), применения в датчиках параметров работы грузоподъемной машины интегральных микросхем, в которых интегрирован первичный преобразователь и аналого-цифровая схема обработки сигналов этого первичного преобразователя, применения микроконтроллеров с интегрированным контроллером мультиплексного канала обмена данными, а также микроконтроллеров со встроенными тактовым генератором и со встроенными элементами задания и изменения частоты этого генератора.

Дополнительным техническим результатом заявленной полезной модели является расширение функциональных возможностей системы безопасности за счет обеспечения программной реконфигурации ее электрической схемы в зависимости от режимов и условий работы грузоподъемной машины.

Указанные технические результаты достигаются за счет того, что в первом варианте системы безопасности грузоподъемной машины, содержащей датчики параметров ее работы, выходное устройство и цифровой вычислитель, включающий в себя, по меньшей мере, микроконтроллер, блок памяти и устройство ввода/вывода информации, причем блок памяти подключен к микроконтроллеру, а входы, выходы и/или двунаправленные входы/выходы устройства ввода/вывода информации подключены соответственно к выходам или двунаправленным входам/выходам датчиков параметров работы грузоподъемной машины

и, по меньшей мере, к одному входу или двунаправленному входу/выходу выходного устройства, по меньшей мере, один выход которого подключен к, по меньшей мере, одному исполнительному устройству грузоподъемной машины, согласно полезной модели, по меньшей мере, один из указанных датчиков и/или цифровой вычислитель выполнен на основе программируемой системы на кристалле (Programmable System on Chip), которая содержит конфигурируемый, в соответствии с требованиями к системе безопасности грузоподъемной машины, массив или матрицу аналоговых и/или цифровых элементов с интегрированным микроконтроллером и блоком памяти, а микроконтроллер соединен с устройством ввода/вывода информации с использованием указанных аналоговых и/или цифровых элементов.

В частности, первичный преобразователь, по меньшей мере, одного датчика параметров работы грузоподъемной машины соединен с микроконтроллером программируемой системы на кристалле при помощи указанных аналоговых и/или цифровых элементов, а микроконтроллер программируемой системы на кристалле выполнен с возможностью обмена данными с цифровым вычислителем с использованием указанных аналоговых и/или цифровых элементов программируемой системы на кристалле.

При этом цифровой вычислитель и микроконтроллер программируемой системы на кристалле выполнены с возможностью обмена данными по последовательному мультиплексному каналу или с возможностью передачи данных от указанного датчика в цифровой вычислитель в виде тока или напряжения, и последующего их приема и аналого-цифрового преобразования в цифровом вычислителе.

Во втором варианте реализации системы безопасности грузоподъемной машины, содержащей датчики параметров ее работы, выходное устройство и цифровой вычислитель, включающий в себя, по меньшей мере, микроконтроллер, блок памяти и устройство ввода/вывода информации, причем блок памяти подключен к микроконтроллеру, а входы, выходы и/или двунаправленные входы/выходы устройства ввода/вывода информации подключены соответственно

к выходам или двунаправленным входам/выходам датчиков параметров работы грузоподъемной машины и, по меньшей мере, к одному входу или двунаправленному входу/выходу выходного устройства, по меньшей мере, один выход которого подключен к, по меньшей мере, одному исполнительному устройству грузоподъемной машины, эти технические результаты достигаются за счет того, что, по меньшей мере, один из датчиков параметров работы грузоподъемной машины имеет объединенные на одном кристалле первичный преобразователь и аналого-цифровую схему обработки сигнала этого первичного преобразователя. В частности, первичный преобразователь и аналого-цифровая схема объединены в программируемую систему на кристалле, которая содержит кремниевый первичный преобразователь, массив или матрицу аналоговых и/или цифровых элементов с интегрированным микроконтроллером и блоком памяти, причем первичный преобразователь соединен с микроконтроллером программируемой системы на кристалле при помощи указанных аналоговых и/или цифровых элементов, а микроконтроллер программируемой системы на кристалле выполнен с возможностью обмена данными с цифровым вычислителем с использованием указанных аналоговых и/или цифровых элементов программируемой системы на кристалле.

По меньшей мере, один первичный преобразователь системы безопасности, в зависимости от вида измеряемого параметра работы грузоподъемной машины, может быть выполнен в виде:

- кремниевого преобразователя давления или силы, установленного на грузоподъемной машине с возможностью измерения параметра, характеризующего ее нагрузку;

- кремниевого акселерометра, установленного на грузоподъемной машине с возможностью измерения параметра, характеризующего угол наклона стрелы или другой составной части грузоподъемной машины;

- датчика Холла или магниторезистивного датчика с возможностью измерения направления магнитного поля (в этом случае, по меньшей мере, на одной составной части грузоподъемной машины закреплен постоянный магнит с возможностью

взаимодействия создаваемого им магнитного поля с указанным датчиком);

- электрической антенны, размещенной на грузоподъемной машине с возможностью измерения напряженности электрического поля или выявления приближения к линии электропередачи;

- приемника оптического излучения, установленного на грузоподъемной машине с возможностью измерения параметра, характеризующего расстояние между двумя составными частями грузоподъемной машины.

При этом микроконтроллер программируемой системы на кристалле может быть выполнены с возможностью обмена данными с цифровым вычислителем по последовательному мультиплексному каналу или с возможностью передачи данных от датчика параметров работы грузоподъемной машины в цифровой вычислитель в виде тока или напряжения, и последующего их приема и аналого-цифрового преобразования в цифровом вычислителе.

Цифровой вычислитель в этом варианте реализации системы безопасности также может быть выполнен на основе программируемой системы на кристалле, которая содержит конфигурируемый, в соответствии с требованиями к системе безопасности грузоподъемной машины, массив или матрицу аналоговых и/или цифровых элементов с интегрированным микроконтроллером и блоком памяти, а микроконтроллер соединен с устройством ввода/вывода информации с использованием указанных аналоговых и/или цифровых элементов.

В третьем варианте реализации системы безопасности грузоподъемной машины, содержащей датчики параметров ее работы, выходное устройство и цифровой вычислитель, выполненный на основе микроконтроллера с возможностью подключения к нему, по меньшей мере, одного датчика параметров работы грузоподъемной машины с использованием установленных в цифровом вычислителе и в этом датчике контроллеров последовательного мультиплексного канала обмена данными, а также с возможностью сравнения значения рабочего параметра грузоподъемной машины, измеренного датчиком, с максимально допустимым и формирования в зависимости от результата этого сравнения

сигнала управления выходным устройством, по меньшей мере, один выход которого подключен к, по меньшей мере, одному исполнительному устройству грузоподъемной машины, согласно полезной модели, указанный датчик параметров работы грузоподъемной машины содержит микроконтроллер, а контроллер последовательного мультиплексного канала обмена данными цифрового вычислителя и/или этого датчика выполнен в одном кристалле с соответствующим микроконтроллером.

В четвертом варианте реализации этой системы, содержащей датчики параметров ее работы, выходное устройство и цифровой вычислитель, выполненный на основе микроконтроллера с возможностью датчиков параметров работы грузоподъемной машины, а также с возможностью сравнения значения, по меньшей мере, одного рабочего параметра грузоподъемной машины, измеренного соответствующим датчиком, с максимально допустимым и формирования в зависимости от результата этого сравнения сигнала управления выходным устройством, по меньшей мере, один выход которого подключен к, по меньшей мере, одному исполнительному устройству грузоподъемной машины, согласно полезной модели, по меньшей мере, один датчик параметров работы грузоподъемной машины содержит микроконтроллер, а микроконтроллер цифрового вычислителя и/или микроконтроллер этого датчика выполнен с внутренним тактовым генератором, использующим внутренние средства задания и/или изменения его частоты. Указанное средство задания частоты выполнено, в частности, в виде резисторно-конденсаторной цепи.

Цифровой вычислитель в любом варианте реализации системы безопасности может дополнительно содержать органы управления и индикаторы, которые подключены к микроконтроллеру (непосредственно или через дополнительные согласующие элементы) или к программируемой системе на кристалле, цифровые элементы которой сконфигурированы с возможностью обмена информацией между микроконтроллером и указанными органами управления и индикаторами.

В любом варианте реализации системы безопасности подключение цифрового вычислителя к датчикам параметров работы грузоподъемной машины может осуществляться как по отдельным проводам с возможностью передачи по ним выходных сигналов датчиков в виде тока или напряжения, так и посредством мультиплексного цифрового последовательного канала обмена данными. В последнем случае этот обмен может быть выполнен с возможностью реализации протокола CAN (Controller Area Network), LIN (Local Interconnect Network), J1850 (SAE), CarLink, VAN, A-bus, RS-232C, MIDI или MicroLAN.

Согласно указанным отличительным признакам, в заявленной полезной модели обеспечивается объединение (интеграция) отдельных частей электрической схемы каждой составной части этой системы, выполненных на дискретных компонентах или на отдельных микросхемах в одну или несколько систем на кристалле (Programmable System on Chip), содержащих конфигурируемый массив аналоговых и цифровых элементов с интегрированным микроконтроллером и блоком памяти.

Кроме того, дополнительно обеспечивается объединение в одном кристалле микросхемы первичного преобразователя и электронной аналого-цифровой схемы каждого (или, по меньшей мере, одного) датчика, объединение микроконтроллера и контроллера последовательного цифрового мультиплексного канала связи, а также исключение необходимости применения внешних тактовых генераторов микроконтроллеров и внешних цепей задания частоты этих микроконтроллеров, в частности кварцевых резонаторов.

Благодаря этому обеспечивается значительное сокращение количества интегральных микросхем и дискретных компонентов в электрической схеме системы безопасности. Соответственно, значительно сокращается количество соединительных проводников на печатных плате, необходимая площадь печатных плат (или их количество) и количество проводников объемного монтажа. Очевидно, что это приводит к существенному сокращению габаритных размеров составных частей и системы безопасности в целом.

Очевидно также, что сокращение числа электронных компонентов в схеме и числа внешних соединений приводит к существенному повышению надежности системы безопасности, поскольку надежность соединений внутри интегральной микросхемы, в том числе внутри программируемой системы на кристалле, значительно выше надежности внешних соединений.

Кроме того, применение программируемых систем на кристалле (Programmable System on Chip) вместо традиционных электрических схем на дискретных компонентах и обычных интегральных микросхемах позволяет производить изменения электрической схемы системы безопасности путем ее реконфигурации непосредственно в процессе работы грузоподъемной машины. Это дает возможность реализовать аппаратурным путем дополнительные функции системы, например, изменять в датчиках пределы измерения рабочих параметров грузоподъемной машины, вводить дополнительную фильтрацию этих сигналов, изменять физические параметры сигналов управления исполнительными механизмами грузоподъемной машины и т.п. в зависимости от условий и режимов ее работы. Это приводит к существенному расширению функциональных возможностей системы безопасности.

Поэтому отличительные признаки заявленной полезной модели находятся в прямой причинно-следственной связи с достижением основного и дополнительных технических результатов, т.е. эти признаки являются существенными.

На чертеже в качестве примера приведена функциональная схема предложенной системы безопасности грузоподъемной машины.

Система безопасности содержит цифровой вычислитель 1, выходное устройство 2 и датчики 3 параметров работы грузоподъемной машины (N датчиков - 3.1,3.2...3.N).

Выходы выходного устройства 2 подключены к исполнительным устройствам 4 грузоподъемной машины, в качестве который используются электрогидравлические или электромеханические исполнительные приводы узлов и агрегатов машины - привод грузовой лебедки, привод подъема стрелы и т.п.

Цифровой вычислитель 1 включает в себя, по меньшей мере, микроконтроллер 5, блок памяти 6 и устройство ввода/вывода информации 7. Блок памяти 6 подключен к микроконтроллеру, а входы, выходы и/или двунаправленные входы/выходы устройства ввода/вывода информации 7 подключены соответственно к выходам или двунаправленным входам/выходам датчиков параметров работы грузоподъемной машины 3 (3.1, 3.2...3.N) и к входам или двунаправленному входу/выходу выходного устройства 2.

Цифровой вычислитель 1 может дополнительно содержать органы управления (клавиатуру, набор переключателей и т.п.) 8, индикаторы (набор светодиодных индикаторов, графический или символьный дисплей и т.п.) 9, а также звуковой сигнализатор, часы реального времени и другие устройства, условно не показанные на чертеже.

Цифровой вычислитель 1 может быть выполнен на основе программируемой системы на кристалле (Programmable System on Chip) 10, которая содержит конфигурируемый, в соответствии с требованиями к системе безопасности грузоподъемной машины, массив или матрицу аналоговых и/или цифровых элементов 11, которая интегрирована, т.е. выполнена в виде одной интегральной микросхемы с указанными микроконтроллером 5 и блоком памяти 6. Соединения между выводами аналоговых и цифровых элементов 11 осуществляются внутри корпуса интегральной микросхемы (программируемой системы на кристалле) 10, в частности с помощью электронных ключей, сигналы управления которыми формируются микроконтроллером 5 в соответствии с программой его работы или с конфигурационным данными, предварительно записанными (загруженными) в блок памяти 6 или в отдельную энергонезависимую память (на чертеже условно не показана) системы на кристалле 10.

Микроконтроллер 5 соединен с устройством ввода/вывода информации 7 с использованием этих аналоговых и/или цифровых элементов 11, которые могут полностью или частично выполнять функции, которые в известных технических решениях возложены на устройство ввода/вывода 7 (с целью упрощения устройства ввода/вывода).

Дополнительно, с целью максимального сокращения количества интегральных микросхем, аналоговые и/или цифровые элементы 11 используются для реализации интерфейсных схем для органов управления 8, индикаторов 9, а также звукового сигнализатора, часов реального времени и других устройств, условно не показанных на чертеже. В частности, элементы 11 используются для реализации контроллера жидкокристаллического дисплея, входящего в состав индикаторов 9, для формирования звукового предупреждающего сигнала и т.п.

Каждый из датчиков 3 в общем случае содержит микроконтроллер 12 с интегрированным или отдельным блоком памяти 13, а также первичный преобразователь (чувствительный элемент датчика) 14, который подключен к микроконтроллеру 12 при помощи интерфейсной схемы, реализованной, в частности, с использованием аналоговых и/или цифровых элементов 15. Передача данных от микроконтроллера 12 в цифровой вычислитель 1 осуществляется через указанную схему и устройство ввода/вывода информации 16, осуществляющее, как и устройство ввода/вывода информации 7, согласование передаваемых сигналов с каналом обмена данными 17, выполненным в виде набора отдельных линий связи или мультиплексного канала обмена данными.

Электронная схема каждого датчика 3 также может быть выполнена на основе системы на кристалле. В этом случае микроконтроллер 12, блок памяти 13, аналоговые и/или цифровые элементы 15 и, частично, устройство ввода/вывода информации 17, выполнены в виде одной интегральной микросхемы. Если система на кристалле выполнена программируемой, то аналоговые и цифровые элементы 15 объединены в матрицу, а соединения между выводами этих элементов осуществляются внутри корпуса интегральной микросхемы (программируемой системы на кристалле) с помощью электронных ключей, сигналы управления которыми формируются, в частности, микроконтроллером 12 в соответствии с программой его работы или с конфигурационным данными, предварительно загруженными в отдельную энергонезависимую память системы на кристалле.

Примером реализации программируемой системы на кристалле являются микросхемы серии CY8C2XXXX компании Cypress.

Обмен данными между датчиками 3 и цифровым вычислителем 1 или передача данных, полученных с помощью датчиков 3, в цифровой вычислитель 1 может осуществляться как в цифровой форме по последовательному мультиплексному каналу обмена данными 17, так и в виде тока или напряжения по отдельным проводам этого канала 17.

В первом случае в состав устройств ввода/вывода информации 7 и 16 входят трансиверы, контроллеры или драйверы последовательного интерфейса LIN (Local Interconnect Network), J1850 (SAE), CAN (Controller Area Network), Car-Link, VAN, A-bus, RS-232C, MIDI, MicroLAN и т.п. Трансиверы, контроллеры или драйверы последовательного интерфейса могут быть также реализованы с помощью цифровых элементов 11 и 15 систем на кристалле. При этом устройства ввода/вывода информации 7 и 16 представляют собой устройства защиты этих систем на кристалле от перенапряжений в линиях связи.

Для реализации последовательного цифрового канала обмена данными возможно также применение микроконтроллеров со встроенным контроллером этого интерфейса. Примерами микроконтроллеров со встроенным CAN интерфейсом являются PIC18F258 компании Microchip и LPC2290 компании Philips.

Если к стабильности тактового генератора микроконтроллера цифрового вычислителя или датчика не предъявляется жестких требований, что имеет место, например, при использовании LIN интерфейса, то в системе безопасности целесообразно использовать микроконтроллеры со встроенным тактовым генератором, использующим встроенные в кристалл элементы задания его частоты. Как правило, в этих случаях используются резисторно-конденсаторные цепочки, т.е. в кристалле микроконтроллера реализуется RC тактовый генератор. Пример такой микросхемы - микроконтроллер PIC16F676 компании Microchip или упомянутые системы на кристалле серии CY8C2XXXX.

При передаче данных по каналу обмена данными 17 в аналоговой форме, микроконтроллер 12 каждого датчика 3 с помощью устройства ввода/вывода 16

(в данном случае устройства вывода информации) и матрицы аналоговых и цифровых элементов 15 формирует выходной сигнал датчика 3 в виде тока или напряжения. В этом случае одно из устройств 12, 15 или 16 содержит цифро-аналоговый преобразователь, а устройство ввода/вывода информации 7 цифрового вычислителя выполнено в виде аналого-цифрового преобразователя, либо в виде передающего устройства сигналов датчиков 3 в систему на кристалле 10 или в микроконтроллер 5 с ограничением перенапряжений. В последнем случае аналого-цифровой преобразователь реализован при помощи матрицы аналоговых и цифровых элементов 11 или встроен в микроконтроллер 5.

Если в системе безопасности присутствуют дискретные датчики параметров работы грузоподъемной машины, например концевые выключатели, то соответствующая часть устройства ввода/вывода информации 7, к которой подключены эти датчики, выполнена в виде обычных преобразователей уровней сигналов.

В общем случае в системе безопасности используются датчики 3 параметров работы грузоподъемной машины - датчик нагрузки (тензометрический датчик силы, установленный в стреловом или грузовом канате или тензометрические датчики давления, установленные в гидроцилиндре подъема стрелы), датчик угла наклона стрелы, датчик длины стрелы, датчик приближения к линии электропередачи, датчик угла азимута, концевой выключатель предельного подъема грузозахватного органа, концевые выключатели положений органов управления гидравлической системы грузоподъемной машины и другие и т.д. Конкретный набор датчиков 3 определяется исходя из установленных требований к системе безопасности и конструктивных особенностей конкретного типа грузоподъемной машины.

С целью уменьшения габаритных размеров и повышения надежности этих датчиков и системы безопасности в целом, по меньшей мере, в одном из датчиков параметров работы грузоподъемной машины 3 первичный преобразователь 14 и аналого-цифровая схема обработки сигнала этого первичного преобразователя объединены в одном кристалле кремния (выполнены в виде одной интегральной

микросхемы). В частности, первичный преобразователь 14 и аналого-цифровая схема объединены в программируемую систему на кристалле, которая содержит кремниевый первичный преобразователь 14 и массив или матрицу аналоговых и/или цифровых элементов 15, с помощью которых осуществляется обработка, преобразование выходного сигнала первичного преобразователя 14 и передача полученного сигнала на микроконтроллер 12.

С помощью указанных аналоговых и/или цифровых элементов 15, сконфигурированных соответствующим образом, могут осуществляться усиление, лианеризация, калибровка и аналого-цифровое преобразование выходного сигнала первичного преобразователя 14.

Первичный преобразователь 14, интегрированный с электронной схемой обработки его сигнала, может быть выполнен в виде:

- кремниевого преобразователя давления или силы - тензорезисторного моста, выполненного в кристалле кремния и установленного на грузоподъемной машине для измерения параметра, характеризующего ее нагрузку (например, кремниевого преобразователя, установленного в гидроцилиндре подъема стрелы в качестве датчика давления или приспособленного для измерения усилия в грузовом канате через соответствующий передаточный механизм);

- кремниевого микромеханического акселерометра, установленного на грузоподъемной машине с возможностью измерения параметра, характеризующего угол наклона стрелы или другой составной части грузоподъемной машины относительно гравитационной вертикали;

- датчика Холла или магниторезистивного датчика, осуществляющего измерение направления магнитного поля (в этом случае, по меньшей мере, на одной составной части грузоподъемной машины закреплен постоянный магнит с возможностью взаимодействия создаваемого им магнитного поля с указанным датчиком, благодаря чему осуществляется измерение угла поворота какого-либо механизма, например измерение угла азимута);

- электрической антенны, размещенной на грузоподъемной машине для измерения напряженности электрического поля или выявления приближения к

линии электропередачи (ЛЭП) с целью реализации защиты от опасного приближения к ЛЭП той части грузоподъемной машины, на которой расположен этот первичный преобразователь 14;

- приемника оптического излучения, установленного на грузоподъемной машине для измерения параметра, характеризующего расстояние между двумя составными частями грузоподъемной машины, например в виде матрицы фоточувствительных элементов, использующейся для измерения длины стрелы триангуляционным методом.

Примером интеграции чувствительного элемента датчика с электронной аналого-цифровой схемой в одном кристалле является монитор давления MPXY8020A компании Motorola.

Выходное устройство 2, которое может быть выполнено в виде набора силовых электронных ключей или электромагнитных реле. Выходное устройство 2 может быть также выполнено в виде отдельного блока (блока расширения, выходного блока, исполнительного контроллера системы безопасности и т.п.), содержащего свой микроконтроллер и подключенное к нему устройство ввода/вывода информации и указанные силовые электронные ключи или электромагнитные реле, выходы которых подключаются к исполнительным устройствам 4 грузоподъемной машины.

Цифровой вычислитель 1 и выходное устройство 2 могут быть выполнены в виде единого электронного блока - блока индикации, блока обработки данных, центрального контролера системы безопасности и т.п.

Перед началом работы грузоподъемной машины в энергонезависимую память микроконтроллера 5 или в блок памяти 6 цифрового вычислителя 1 предварительно записываются величины нагрузок, допустимых для различных пространственных положений стрелы или грузозахватного органа грузоподъемной машины. Эти величины определяются, как правило, расчетным путем при проектировании грузоподъемной машины и представлены в виде ее грузовых характеристик.

Дополнительно, перед началом работы грузоподъемной машины, машинист (крановщик) при помощи органов управления 8 осуществляет установку режима и параметров работы грузоподъемной машины, характеризующих ее геометрию, условия работы и максимально-допустимые значения отдельных рабочих параметров. К ним относятся ограничения по координатной защите (максимально-допустимые значения отдельных координат пространственного положения стрелы и грузозахватного органа), вид используемого стрелового оборудования (наличие, длина и угол наклона гуська), характеристики опорного контура и т.д. эти Установленные параметры сохраняются в энергонезависимой памяти микроконтроллера 5 или в блоке памяти 6.

При работе грузоподъемной машины и, соответственно, ее системы безопасности, цифровой вычислитель 1 работает по программе, записанной в памяти микроконтроллера 5 или в блоке памяти 6, и через аналоговые и/или цифровые элементы 11 и устройство ввода/вывода информации 7 по отдельным линиям связи или по мультиплексному каналу обмена данными 17 получает от датчиков 3.1... 3.N текущие значения рабочих параметров грузоподъемной машины. На основании полученных значений этих параметров, в соответствии с заранее записанным порядком (алгоритмом) обработки этих параметров, микроконтроллер 5 определяет текущую нагрузку грузоподъемной машины и положение его грузоподъемного (стрелового) оборудования.

Микроконтроллер 5 осуществляет сравнение фактического нагружения грузоподъемной машины с предельно-допустимым, а также сравнение фактического положения грузоподъемного оборудования с зоной допустимых положений, заданных при введении координатной защиты и, в зависимости от результатов указанных сравнений, через сконфигурированные необходимым образом аналоговые и/или цифровые элементы 11 и устройство ввода/вывода информации 7 передает на выходное устройство 2 сигналы разрешения включения исполнительных устройств 4 грузоподъемной машины только в том случае, если существующие в текущий момент параметры и режимы работы грузоподъемной машины являются безопасными для нее.

Благодаря этому обеспечивается защита грузоподъемной машины от перегрузки и координатная защита. Аналогичным образом осуществляется защита от опасного приближения к ЛЭП.

Дополнительно основные параметры работы грузоподъемной машины, а также предупреждающие сообщения для машиниста о срабатывании какой-либо защиты, отображаются на индикаторах 9, а также дополнительно записываются в блок памяти 6 с целью реализации регистратора параметров.

С учетом изложенного, реализация отличительных признаков заявленной полезной модели обеспечивает значительное сокращение количества интегральных микросхем и дискретных компонентов в электрической схеме системы безопасности. Это приводит к существенному сокращению габаритных размеров составных частей системы безопасности и к повышению ее надежности системы. Одновременно за счет применения программируемых систем на кристалле обеспечивается возможность производить изменения электрической схемы системы безопасности путем ее реконфигурации непосредственно в процессе работы грузоподъемной машины. Это приводит к существенному расширению функциональных возможностей системы безопасности.

1. Система безопасности грузоподъемной машины, содержащая датчики параметров ее работы, выходное устройство и цифровой вычислитель, включающий в себя, по меньшей мере, микроконтроллер, блок памяти и устройство ввода/вывода информации, причем блок памяти подключен к микроконтроллеру, а входы, выходы и/или двунаправленные входы/выходы устройства ввода/вывода информации подключены, соответственно, к выходам или двунаправленным входам/выходам датчиков параметров работы грузоподъемной машины и, по меньшей мере, к одному входу или двунаправленному входу/выходу выходного устройства, по меньшей мере, один выход которого подключен к, по меньшей мере, одному исполнительному устройству грузоподъемной машины, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один из указанных датчиков и/или цифровой вычислитель выполнен на основе программируемой системы на кристалле (Programmable System on Chip), которая содержит конфигурируемый, в соответствии с требованиями к системе безопасности грузоподъемной машины, массив или матрицу аналоговых и/или цифровых элементов с интегрированным микроконтроллером и блоком памяти, а микроконтроллер соединен с устройством ввода/вывода информации с использованием указанных аналоговых и/или цифровых элементов.

2. Система безопасности по п.1, отличающаяся тем, что первичный преобразователь, по меньшей мере, одного датчика параметров работы грузоподъемной машины соединен с микроконтроллером программируемой системы на кристалле при помощи указанных аналоговых и/или цифровых элементов, а микроконтроллер программируемой системы на кристалле выполнен с возможностью обмена данными с цифровым вычислителем с использованием указанных аналоговых и/или цифровых элементов программируемой системы на кристалле.

3. Система безопасности по п.2, отличающаяся тем, что цифровой вычислитель и микроконтроллер программируемой системы на кристалле выполнены с возможностью обмена данными по последовательному мультиплексному каналу.

4. Система безопасности по п.2, отличающаяся тем, что микроконтроллер программируемой системы на кристалле выполнен с возможностью передачи данных в цифровой вычислитель в виде тока или напряжения, а цифровой вычислитель выполнен с возможностью приема и аналого-цифрового преобразования сигналов тока или напряжения.

5. Система безопасности по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что цифровой вычислитель дополнительно содержит органы управления и индикаторы, которые подключены к программируемой системе на кристалле, цифровые элементы которой сконфигурированы с возможностью обмена информацией между микроконтроллером и указанными органами управления и индикаторами.

6. Система безопасности грузоподъемной машины, содержащая датчики параметров ее работы, выходное устройство и цифровой вычислитель, включающий в себя, по меньшей мере, микроконтроллер, блок памяти и устройство ввода/вывода информации, причем блок памяти подключен к микроконтроллеру, а входы, выходы и/или двунаправленные входы/выходы устройства ввода/вывода информации подключены, соответственно, к выходам или двунаправленным входам/выходам датчиков параметров работы грузоподъемной машины и, по меньшей мере, к одному входу или двунаправленному входу/выходу выходного устройства, по меньшей мере, один выход которого подключен к, по меньшей мере, одному исполнительному устройству грузоподъемной машины, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один из датчиков параметров работы грузоподъемной машины имеет объединенные на одном кристалле первичный преобразователь и аналого-цифровую схему обработки сигнала этого первичного преобразователя.

7. Система безопасности по п.6, отличающаяся тем, что первичный преобразователь и аналого-цифровая схема объединены в программируемую систему на кристалле, которая содержит кремниевый первичный преобразователь, массив или матрицу аналоговых и/или цифровых элементов с интегрированным микроконтроллером и блоком памяти, причем первичный преобразователь соединен с микроконтроллером программируемой системы на кристалле при помощи указанных аналоговых и/или цифровых элементов, а микроконтроллер программируемой системы на кристалле выполнен с возможностью обмена данными с цифровым вычислителем с использованием указанных аналоговых и/или цифровых элементов программируемой системы на кристалле.

8. Система безопасности по п.6 или 7, отличающаяся тем, что первичный преобразователь выполнен в виде кремниевого преобразователя давления или силы, установленного на грузоподъемной машине с возможностью измерения параметра, характеризующего ее нагрузку.

9. Система безопасности по п.6 или 7, отличающаяся тем, что первичный преобразователь выполнен в виде кремниевого акселерометра, установленного на грузоподъемной машине с возможностью измерения параметра, характеризующего угол наклона стрелы или другой составной части грузоподъемной машины.

10. Система безопасности по п.6 или 7, отличающаяся тем, что первичный преобразователь выполнен в виде датчика Холла или магниторезистивного датчика с возможностью измерения направления магнитного поля, а на, по меньшей мере, одной составной части грузоподъемной машины закреплен постоянный магнит с возможностью взаимодействия создаваемого им магнитного поля с указанным датчиком.

11. Система безопасности по п.6 или 7, отличающаяся тем, что первичный преобразователь выполнен в виде электрической антенны, размещенной на грузоподъемной машине с возможностью измерения напряженности электрического поля или выявления приближения к линии электропередачи.

12. Система безопасности по п.6 или 7, отличающаяся тем, что первичный преобразователь выполнен в виде приемника оптического излучения, установленного на грузоподъемной машине с возможностью измерения параметра, характеризующего расстояние между двумя составными частями грузоподъемной машины.

13. Система безопасности по п.7, отличающаяся тем, что цифровой вычислитель и микроконтроллер программируемой системы на кристалле выполнены с возможностью обмена данными по последовательному мультиплексному каналу.

14. Система безопасности по п.7, отличающаяся тем, что микроконтроллер программируемой системы на кристалле выполнен с возможностью передачи данных в цифровой вычислитель в виде тока или напряжения, а цифровой вычислитель выполнен с возможностью приема и аналого-цифрового преобразования сигналов тока или напряжения.

15. Система безопасности по п.6 или 7, отличающаяся тем, что цифровой вычислитель выполнен на основе программируемой системы на кристалле, которая содержит конфигурируемый, в соответствии с требованиями к системе безопасности грузоподъемной машины, массив или матрицу аналоговых и/или цифровых элементов с интегрированным микроконтроллером и блоком памяти, а микроконтроллер соединен с устройством ввода/вывода информации с использованием указанных аналоговых и/или цифровых элементов.

16. Система безопасности по п.15, отличающаяся тем, что цифровой вычислитель дополнительно содержит органы управления и индикаторы, которые подключены к программируемой системе на кристалле, цифровые элементы которой сконфигурированы с возможностью обмена информацией между микроконтроллером и указанными органами управления и индикаторами.

17. Система безопасности грузоподъемной машины, содержащая датчики параметров ее работы, выходное устройство и цифровой вычислитель, выполненный на основе микроконтроллера с возможностью подключения к нему, по меньшей мере, одного датчика параметров работы грузоподъемной машины с использованием установленных в цифровом вычислителе и в этом датчике контроллеров последовательного мультиплексного канала обмена данными, а также с возможностью сравнения значения рабочего параметра грузоподъемной машины, измеренного датчиком, с максимально допустимым и формирования в зависимости от результата этого сравнения сигнала управления выходным устройством, по меньшей мере, один выход которого подключен к, по меньшей мере, одному исполнительному устройству грузоподъемной машины, отличающаяся тем, что указанный датчик параметров работы грузоподъемной машины содержит микроконтроллер, а контроллер последовательного мультиплексного канала обмена данными цифрового вычислителя и/или этого датчика выполнен в одном кристалле с соответствующим микроконтроллером.

18. Система безопасности по п.17, отличающаяся тем, что контроллер последовательного мультиплексного канала выполнен с возможностью реализации протокола обмена данными CAN (Controller Area Network), LIN (Local Interconnect Network), J1850 (SAE), CarLink, VAN, A-bus, RS-232C, MIDI или MicroLAN.

19. Система безопасности по п.17, отличающаяся тем, что цифровой вычислитель дополнительно содержит блок памяти, органы управления и индикаторы, которые подключены к микроконтроллеру цифрового вычислителя непосредственно и/или через дополнительные согласующие элементы.

20. Система безопасности грузоподъемной машины, содержащая датчики параметров ее работы, выходное устройство и цифровой вычислитель, выполненный на основе микроконтроллера с возможностью подключения к нему датчиков параметров работы грузоподъемной машины, а также с возможностью сравнения значения, по меньшей мере, одного рабочего параметра грузоподъемной машины, измеренного соответствующим датчиком, с максимально допустимым и формирования в зависимости от результата этого сравнения сигнала управления выходным устройством, по меньшей мере, один выход которого подключен к, по меньшей мере, одному исполнительному устройству грузоподъемной машины, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один датчик параметров работы грузоподъемной машины содержит микроконтроллер, а микроконтроллер цифрового вычислителя и/или микроконтроллер этого датчика выполнен с внутренним тактовым генератором, использующим внутренние средства задания и/или изменения его частоты.

21. Система безопасности по п.20, отличающаяся тем, что указанное средство задания частоты выполнено в виде резисторно-конденсаторной цепи.

22. Система безопасности по п.20, отличающаяся тем, что указанное подключение цифрового вычислителя к датчикам параметров работы грузоподъемной машины осуществляется по отдельным проводам с возможностью передачи по ним выходных сигналов датчиков в виде тока или напряжения, или посредством мультиплексного цифрового последовательного канала обмена данными.

23. Система безопасности по п.20, отличающаяся тем, что цифровой вычислитель и датчики параметров работы грузоподъемной машины выполнены с возможностью реализации протокола обмена данными CAN (Controller Area Network), LIN (Local Interconnect Network), J1850 (SAE), CarLink, VAN, A-bus, RS-232C, MIDI или MicroLAN.

24. Система безопасности по п.20, отличающаяся тем, что цифровой вычислитель дополнительно содержит блок памяти, органы управления и индикаторы, которые подключены к микроконтроллеру цифрового вычислителя непосредственно и/или через дополнительные согласующие элементы.