Система безопасности грузоподъемного крана

 

Полезная модель относится к технике обеспечения безопасности работы грузоподъемных кранов. Система безопасности грузоподъемного крана содержит: вычислительно-управляющее устройство и, по крайней мере, один блок расширения входов/выходов, связанные между собой с помощью общего проводного или беспроводного последовательного интерфейсного канала; устройство отображения информации, звуковой сигнализатор и устройство ввода команд и информации, подключенные к микропроцессорному контроллеру вычислительно-управляющего устройства непосредственно или через устройства согласования, и датчики измеряемых или контролируемых параметров грузоподъемного крана. Вычислительно-управляющее устройство приспособлено для установки операционной системы реального времени или операционной системы для мобильных устройств и содержит микропроцессорный контроллер, приспособленный для выполнения как 32-битного, так и 16-битного набора инструкций, перепрограммируемое энергонезависимое и оперативное запоминающие устройства, энергонезависимые часы реального времени, автономный или входящий в состав микропроцессорного контроллера контроллер последовательного интерфейса и приемопередатчик этого интерфейса для подключения к общему проводному или беспроводному интерфейсному каналу, и один или несколько стандартных компьютерных портов для подключения к хост-компьютеру, либо других внешних устройств. Микропроцессорный контроллер содержит процессор с сопроцессором для выполнения математических операций с плавающей запятой, устройство прямого доступа к памяти, периферийные устройства для сопряжения с внешними устройствами, постоянное запоминающее устройство с программой начальной загрузки и входы управления конфигурацией системы и исполнением программы начальной загрузки. Технический результат от использования полезной модели - расширение функциональных возможностей системы. 19 з.п. ф-лы, 1 илл.

Полезная модель относится к технике обеспечения безопасности работы грузоподъемных кранов.

Современные устройства безопасности грузоподъемных кранов являются, как правило, многофункциональными приборами, осуществляющими функции ограничителя рабочих движений, ограничителя грузоподъемности, устройства защиты от приближения к проводам ЛЭП, регистратора параметров, устройства координатной защиты, указателя грузоподъемности, креномера и др. Основные проблемы, которые приходится решать при разработке приборов безопасности, заключаются в повышении безопасности и эффективности работы грузоподъемных кранов.

Известно устройство безопасности грузоподъемного крана (патент RU 51606 U1), в котором для повышения быстродействия и повышения информативности отображения информации в цифровом вычислителе использован 32-х разрядный RISC микропроцессорный контроллер с внутренним блоком оперативной памяти емкостью не менее 2 кбайт и внутренним блоком энергонезависимой памяти емкостью не менее 128 кбайт. Такое техническое решение повышает производительность вычислительно-управляющего устройства, однако нахождение внутренней памяти в микропроцессорном устройстве не позволяет оперативно изменять ее объем в зависимости от поставленной задачи, что приводит к тому, что при решении такой задачи, не требующей обработки информации в объеме, который позволяет данное микропроцессорное устройство, стоимость такого устройства оказывается неоправданно завышенной, а в случае решения задачи требующей большего объема встроенной памяти, чем у данного микропроцессорного устройства, то решение таких задач становится невозможным, что сужает функциональные возможности такого устройства.

Известно устройство защиты грузоподъемного крана с графическим дисплеем (патент RU 2326806 С1), в котором на экране графического дисплея формируется динамическое отображение рабочей зоны крана и условное изображение крана. Процессор этого устройства периодически формирует графическую информацию и записывает ее в специальный блок памяти графической информации графического дисплея. Недостатком этого устройства является необходимость использования графического дисплея с блоком памяти графической информации, что усложняет и удорожает устройство.

Известно устройство защиты грузоподъемного крана, в котором для идентификации оператора используется модуль считывания биометрической информации (патент RU 2267457 С2). Однако при использовании такого модуля могут возникать проблемы в эксплуатации, например, в случае сдачи крана в аренду, или при необходимости оперативной подмены машиниста крана и других подобных ситуациях, т.к. в памяти устройства может храниться биометрическая информация только ограниченного числа лиц.

Известна система безопасности грузоподъемной машины, в которой цифровой вычислитель и/или датчики рабочих параметров выполнены на основе программируемой системы на кристалле (PSoC) для повышения надежности, снижения габаритов и расширения функциональных возможностей системы (патент RU 51986 U1). Однако в настоящее время получили распространение PSoC, в основном, для 8-ми разрядных процессоров, и, кроме того, они позволяют сконфигурировать только относительно простые периферийные устройства.

Наиболее близкой к заявляемой полезной модели по совокупности элементов является система безопасности грузоподъемного крана, реализованная в приборе ОНК-160С, выпускаемом Арзамасским электромеханическим заводом (www.nppego.com. Ограничитель нагрузки стрелового крана ОНК-160С. Руководство по эксплуатации. ЛГФИ.408844.026 РЭ, 16.12.2005 г., л. 9-13, 17-18).

Система включает в себя вычислительно-управляющее устройство (блок отображения информации БОИ), один или несколько блоков расширения входов/выходов (контроллер поворотной части КПЧ, контроллер оголовка стрелы КОС, контроллер неповоротной части КНЧ), а также датчики длины и угла наклона стрелы, азимута, давления и других рабочих параметров крана). БОИ связан с КПЧ и КНЧ с помощью общего канала последовательного интерфейса (CAN шины). К этому же каналу подключены датчики с цифровым выходным сигналом (угла наклона стрелы, давления и др.). Датчики с дискретными и аналоговыми выходными сигналами (положения крюковой обоймы, рукояток управления, азимута, параметров силового агрегата и др.) подключены к блокам расширения (КПЧ, КНЧ и КОС). В этих же блоках формируются по команде из БОИ управляющие сигналы исполнительными устройствами (обычно электрогидравлическими реле) включения/отключения и скоростью работы механизмов грузоподъемного крана. Блок отображения информации, контроллеры поворотной и неповоротной части, контроллер оголовка стрелы и датчики с цифровыми выходными сигналами выполнены на базе однокристальных микропроцессорных контроллеров MSP430F149, содержащих 16-разрядный центральный процессор, flash-ПЗУ, ОЗУ, 12-разрядные аналого-цифровые преобразователи, стандартные интерфейсы (I2C, UART) и другие периферийные устройства. К однокристальному микроконтроллеру в БОИ подключена клавиатура, знакосинтезирующий (4×20) жидкокристаллический дисплей, звукоизлучатель (через усилитель), микросхемы памяти (настроек и регистратора параметров), трансивер последовательного интерфейса (CAN шины) для связи с другими составными частями системы безопасности, приемо-передатчик инфракрасного канала для передачи данных из памяти регистратора параметров в считывающее устройство. К однокристальному микроконтроллеру КПЧ и КНЧ для связи с БОИ по общему каналу последовательного интерфейса подключен трансивер CAN шины. К входам аналого-цифровых преобразователей микроконтроллера через схемы согласования и ограничения сигналов подключены аналоговые датчики (азимута, крена, температуры и т.д.). К дискретным входам-выходам микроконтроллера через схемы ограничения подключены датчики с релейным выходом (концевые выключатели, кнопки и т.п.), а также электронные ключи, управляющие работой электрогидравлических исполнительных устройств крана. Цифровые датчики системы (давления, усилия, угла и т.д.) также содержат однокристальный микроконтроллер, формирующий цифровой код в соответствии со значением измеряемого параметра. Контроллеры датчиков связаны с общим каналом последовательного интерфейса с помощью трансиверов CAN шины.

Разработка программного обеспечения систем безопасности для применения на различных грузоподъемных кранах производится программистами, знающими устройство составных частей ОНК-160С и архитектуру микропроцессорных контроллеров, которые в них использованы. Программирование БОИ осуществляется с помощью компьютера, подключаемого к БОИ через USB порт. Настройка системы производится в режиме, включаемом кнопкой на лицевой панели БОИ, расположенной под опломбированной крышкой.

Описанная структура и конструкция ограничителя нагрузки ОНК-160С позволяет осуществлять функции защиты кранов от поломки и опрокидывания от перегрузки в реальном времени, координатной защиты, защиты от приближения к проводам ЛЭП, ограничивать рабочие зоны и производить световую и звуковую сигнализацию, индикацию и регистрацию рабочих параметров крана. Кроме того, помимо функций безопасности, система может выполнять ряд вспомогательных функций, например контроль параметров силовой установки и гидропривода и т.д. Однако, описываемой системе присущ ряд недостатков:

во-первых, относительно невысокая производительность процессора контроллера БОИ и ограниченный объем его внутреннего flash ПЗУ не позволяют реализовать сложные алгоритмы управляющей программы в реальном времени, а небогатый набор периферийных устройств контроллера ограничивают функциональные возможности системы;

во-вторых, в ряде случаев, например, при реализации сложных конфигураций координатной защиты, предпочтительно использовать графический интерфейс оператора, не предусмотренный в системе;

в-третьих, использование для ограничения доступа к режиму настройки системы пломбируемой крышки, с одной стороны, недостаточно надежное решение, а, с другой стороны, затрудняет доступ наладчику к включению режима настройки;

в-четвертых, необходимость хорошего знания архитектуры системы и составляющих ее элементов существенно сокращают круг программистов, способных разрабатывать программное обеспечение для применения ОНК-160С на различных кранах.

в-пятых, в связи с тем, что в системе применен интерфейс с нестандартным протоколом обмена информацией, для связи с внешними устройствами, например, с системой пропорционального электрогидравлического управления краном, приходится дополнительно вводить в систему специальные блоки согласования (в исполнениях ОНК-160С-13, ОНК-160С-58), что повышает стоимость и снижает надежность оборудования.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемая полезная модель является расширение функциональных возможностей системы безопасности грузоподъемного крана и возможность быстрой адаптации различных периферийных устройств к данной системе. Еще одной задачей полезной модели является обеспечение возможности программирования данной системы широким кругом специалистов. Другими задачами полезной модели являются повышение надежности работы системы и защита ее от несанкционированного доступа, повышение удобства монтажа, настройки и использования системы, а также ее эргономических характеристик без существенного удорожания системы.

Поставленные технические задачи решаются тем, что система безопасности грузоподъемного крана, содержит:

вычислительно-управляющее устройство и, по крайней мере, один блок расширения входов/выходов, связанные между собой с помощью общего проводного или беспроводного последовательного интерфейсного канала; устройство отображения информации, звуковой сигнализатор и устройство ввода команд и информации, подключенные к микропроцессорному контроллеру вычислительно-управляющего устройства непосредственно или через устройства согласования, и датчики измеряемых или контролируемых параметров грузоподъемного крана, подключенные к блоку расширения входов/выходов и/или к вычислительно-управляющему устройству и/или к общему проводному или беспроводному последовательному интерфейсному каналу; при этом

вычислительно-управляющее устройство приспособлено для установки операционной системы реального времени или операционной системы для мобильных устройств и содержит микропроцессорный контроллер, приспособленный для выполнения как 32-битного, так и 16-битного набора инструкций, перепрограммируемое энергонезависимое и оперативное запоминающие устройства, энергонезависимые часы реального времени, автономный или входящий в состав микропроцессорного контроллера контроллер последовательного интерфейса и приемопередатчик этого интерфейса для подключения к общему проводному или беспроводному интерфейсному каналу, и один или несколько стандартных компьютерных портов для подключения к хост-компьютеру, либо других внешних устройств; при этом

микропроцессорный контроллер содержит процессор с сопроцессором для выполнения математических операций с плавающей запятой, устройство прямого доступа к памяти, периферийные устройства для сопряжения с внешними устройствами, постоянное запоминающее устройство с программой начальной загрузки и входы управления конфигурацией системы и исполнением программы начальной загрузки.

Предпочтительно, вычислительно-управляющее устройство выполнено с возможностью наращивания объема перепрограммируемого энергонезависимого и/или оперативного запоминающих устройств, при этом перепрограммируемое энергонезависимое и/или оперативное запоминающие устройства подключены к шине данных и адресной шине микропроцессорного контроллера, или перепрограммируемое энергонезависимое устройство подключено к контроллеру последовательного периферийного интерфейса (SPI, EMIF или аналогичным) микропроцессорного контроллера.

Кроме того, вычислительно-управляющее устройство содержит, по крайней мере, один дополнительный микропроцессорный контроллер, либо использует двух- или многоядерный микропроцессорный контроллер.

Предпочтительно, вычислительно-управляющее устройство приспособлено для загрузки программы, отладки и юстировки с помощью компьютера, либо другого внешнего устройства, в том числе с использованием пользовательской программной среды.

Постоянное запоминающее устройство микропроцессорного контроллера может быть выполнено однократно программируемым.

Предпочтительно, вычислительно-управляющее устройство выполнено в виде одноплатного компьютера, при этом в качестве устройства отображения информации используется графический жидкокристаллический, или электролюминисцентный, или проекционный дисплей, или устройство отображения информации выполнено прозрачным.

Кроме того, устройство ввода команд и информации может быть выполнено в виде мембранной клавиатуры и/или сенсорной панели.

Предпочтительно, система безопасности грузоподъемного крана содержит подключенный к вычислительно-управляющему устройству, или входящий в его состав, приемник идентификатора оператора и/или уровня доступа, который приспособлен для передачи информации от устройств типа i-Button к вычислительно-управляющему устройству по однопроводной линии связи или выполнен в виде модуля беспроводной связи.

Кроме того, система безопасности грузоподъемного крана содержит или ее вычислительно-управляющее устройство выполнено с возможностью подключения к нему:

приемника глобальной спутниковой системы определения координат ГЛОНАСС и/или GPS;

приемо-передающего модуля мобильной связи GSM/GPRS;

по крайней мере, одного дополнительного контроллера и приемопередатчика для связи системы с другими системами грузоподъемного крана с помощью проводного или беспроводного интерфейса;

дополнительного контроллера и приемопередатчика для связи с другими системами смежных грузоподъемных кранов и/или с хостом посредством проводной или беспроводной сети.

Предпочтительно, приемопередатчики для подключения составных частей системы к проводному последовательному интерфейсному каналу содержат гальваническую развязку, либо подключены к этому каналу через самовосстанавливающиеся предохранители.

Сущность полезной модели заключается в следующем.

Использование в составе вычислительно-управляющего устройства микропроцессорного контроллера, приспособленного для выполнения как 32-битного, так и 16-битного наборов инструкций, обеспечивает возможность разработки программ, оптимизированных как по быстродействию, так и по размеру кода, а применение математического сопроцессора для выполнения операций с плавающей точкой значительно ускоряет проведение вычислений, при этом использование внешних по отношению к микропроцессорному контроллеру оперативного и перепрограммируемого энергонезависимого запоминающих устройств практически снимает ограничение на размер программного кода и объем обрабатываемых массивов данных. Таким образом, использование высокоскоростного микропроцессорного контроллера в сочетании с большими объемами памяти позволяет обрабатывать большие объемы информации в реальном времени и использовать сложные алгоритмы, что наряду со встроенными в микропроцессорный контроллер периферийными устройствами существенно расширяет функциональные возможности системы безопасности. При этом устройство прямого доступа к памяти микропроцессорного контроллера позволяет производить обмен данными непосредственно между различными периферийными устройствами микропроцессорного контроллера и, в частности, использовать для хранения графической информации для дисплея часть адресного пространства оперативного запоминающего устройства, позволяя использовать в системе дисплеи без блока памяти графической информации, что в свою очередь позволяет улучшить эргономические характеристики системы без существенного увеличения ее стоимости. Наличие в микропроцессорном контроллере запоминающего устройства с программой начальной загрузки, ход выполнения которой контролируется с помощью входов управления контроллера, позволяет загружать только те программные модули, которые соответствуют данной конкретной конфигурации системы безопасности и рабочей программе, и позволяет экономить ресурсы вычислительного устройства.

Выполнение вычислительно-управляющего устройства с возможностью наращивания объема перепрограммируемого энергонезависимого и/или оперативного запоминающих устройств, обеспечивает возможность применения устройств памяти различного объема, что в свою очередь позволяет обеспечить оптимальный, с точки зрения функциональности и стоимости, объем памяти для применения системы безопасности на конкретном грузоподъемном кране.

Подключение перепрограммируемого энергонезависимого и/или оперативного запоминающих устройств непосредственно к шине данных и адресной шине микропроцессорного контроллера обеспечивает максимальную скорость записи и чтения данных, а также обеспечивает прозрачность всего адресного пространства запоминающих устройств для внешних средств программирования и отладки рабочей программы системы.

Подключение перепрограммируемого энергонезависимого запоминающего устройства к контроллеру последовательного периферийного интерфейса, например, SPI, EMIF или аналогичным микропроцессорного контроллера позволяет использовать экономичные запоминающие устройства последовательной памяти типа NAND и достаточно просто организовать слот для расширения памяти с использованием SD или ММС карт.

Включение в состав вычислительно-управляющего устройства, по крайней мере, одного дополнительного микропроцессорного контроллера, либо использование двух- или многоядерного микропроцессорного контроллера, позволяет выполнять с помощью данного устройства несколько задач параллельно, что повышает его производительность.

Возможность установки в вычислительно-управляющем устройстве операционной системы реального времени, либо операционной системы для мобильных устройств, существенно облегчает и ускоряет процесс разработки программного обеспечения для системы безопасности при подключении с помощью стандартного интерфейса вычислительно-управляющего устройства к компьютеру, либо к другому устройству, с помощью которого производится программирование, наладка и юстировка данной системы. Операционная система может быть установлена как в перепрограммируемом энергонезависимом запоминающем устройстве электронно-вычислительного устройства, так и во встроенном в микропроцессорный контроллер запоминающем устройстве.

Выполнение постоянного запоминающего устройства микропроцессорного контроллера однократно программируемым позволяет защитить программное обеспечение от несанкционированного доступа и сконфигурировать программу системы в соответствии с ее аппаратной реализацией, что также расширяет функциональные возможности системы.

Конструктивное исполнение вычислительно-управляющего устройства в виде одноплатного компьютера позволяет упростить его программирование, повысить надежность системы безопасности и снизить ее стоимость.

Использование в качестве устройства отображения информации графического дисплея, а в качестве устройства ввода команд и информации сенсорной панели, улучшают информативность и повышают удобство работы оператора. Причем для обеспечения беспрепятственного наблюдения за технологическим процессом подъема и перемещения груза при установке дисплея в поле зрения оператора дисплей может быть выполнен прозрачным.

Подключение к информационно-управляющему устройству приемника идентификатора и/или уровня доступа оператора, который приспособлен для передачи информации от устройств типа i-Button к вычислительно-управляющему устройству по однопроводной линии связи или выполнен в виде модуля беспроводной связи, позволяет защитить систему безопасности от несанкционированного вмешательства, а сам кран - от несанкционированного использования и повысить персональную ответственность наладчиков и крановщиков, т.к. все будет фиксироваться в регистраторе параметров.

Подключение к вычислительно-управляющему модулю приемника глобальной спутниковой системы определения координат, а также приемопередающих модулей для связи с другими устройствами и системами, установленными на кране и вне крана, расширяет функциональные возможности системы безопасности, в частности позволяют отслеживать местоположение и режимы эксплуатации крана, строить системы предотвращения столкновения кранов, работающих рядом.

Выполнение приемопередатчиков для подключения составных частей системы к проводному последовательному интерфейсному каналу с гальванической развязкой повышает надежность передачи данных между модулями данной системы путем повышения помехозащищенности от внешних электромагнитных наводок, а подключение указанных приемопередатчиков к проводному последовательному интерфейсному каналу через самовосстанавливающиеся предохранители исключает возможность выхода из строя электронных компонентов вычислительно-управляющего устройства при коротком замыкании между проводами линии обмена данными и питающим проводом линии электропитания.

Технический результат от использования данной полезной модели заключается в расширении функциональных возможностей системы безопасности грузоподъемного крана.

На чертеже представлена функциональная схема одного из примеров выполнения предлагаемой системы безопасности грузоподъемного крана.

Система безопасности грузоподъемного крана содержит связанные с помощью общего проводного или беспроводного последовательного интерфейсного канала 1 вычислительно-управляющее устройство 2 и блок 3 расширения входов/выходов, а также подключенные к вычислительно-управляющему устройству 2 через устройства 4 согласования устройство отображения информации в виде дисплея 5, звуковой сигнализатор 6 и устройство 7 ввода команд и информации. Система содержит также датчики 8 измеряемых или контролируемых параметров грузоподъемного крана с дискретными и аналоговыми выходными сигналами (положения крюковой обоймы, рукояток управления, азимута, параметров силового агрегата и др.), подключенные к блоку 3 расширения входов/выходов, и цифровые датчики 9 измеряемых или контролируемых параметров грузоподъемного крана, подключенные к общему проводному или беспроводному последовательному интерфейсному каналу 1.

Вычислительно-управляющее устройство 2, приспособленное для установки операционной системы реального времени или операционной системы для мобильных устройств, содержит:

микропроцессорный контроллер 10, оперативное 11 и перепрограммируемое энергонезависимое 12 запоминающие устройства, энергонезависимые часы 13 реального времени, контроллер 14 стандартного последовательного интерфейса, например, CAN, и приемопередатчик 15 этого интерфейса для подключения к общему последовательному интерфейсному каналу 1, контроллер 16 стандартного последовательного интерфейса, например, UART, входящий в состав микропроцессорного контроллера 10, и приемопередатчик 17 интерфейса RS-232 для подключения к компьютеру, либо другому внешнему устройству, с помощью которого производится программирование и отладка программного обеспечения системы, и один или несколько стандартных компьютерных портов (USB, СОМ порт, опционально Ethernet), для подключения к хост-компьютеру, либо других внешних устройств, поддерживаемых операционной системой, например, Веб-камеры, приемника глобальной спутниковой системы определения координат ГЛОНАСС и/или GPS, приемо-передающего модуля мобильной связи GSM/GPRS, модуля беспроводной связи и других промышленно-изготовляемых устройств, поддерживаемых операционной системой.

К вычислительно-управляющему устройству 2 также могут быть подключены в качестве устройств 4 согласования контроллер VGA для подключения внешнего графического дисплея и аудио-кодек звуковоспроизводящего устройства - звукового сигнализатора 6.

Микропроцессорный контроллер 10, приспособленный для выполнения как 32-битного, так и 16-битного набора инструкций, содержит: процессор 18 с сопроцессором для выполнения математических операций с плавающей запятой, устройство 19 прямого доступа к памяти, периферийные устройства 20 (контроллеры универсальной последовательной шины USB, последовательного периферийного интерфейса SPI, I2C шины, последовательного аудио интерфейса I2S или AC'97, Ethernet MAC, универсального асинхронного приемопередатчика UART, жидкокристаллического дисплея) для сопряжения с внешними устройствами однократно программируемое постоянное запоминающее устройство 21 с программой начальной загрузки и входы 22 управления конфигурацией системы и исполнением программы загрузки.

Блок 3 расширения входов/выходов включает в себя: микропроцессорный контроллер 23 со встроенным аналогово-цифровым преобразователем; формирователь 24 управляющих воздействий; преобразователи 25 сигналов датчиков 8 измеряемых или контролируемых параметров грузоподъемного крана; по крайней мере, один автономный или входящий в состав микропроцессорного контроллера контроллер 26 последовательного интерфейса и приемопередатчик 27 этого интерфейса для подключения к общему проводному или беспроводному интерфейсному каналу.

Для обеспечения возможности параллельного выполнения нескольких процессов при реализации сложных алгоритмов в реальном масштабе времени микропроцессорный контроллер 10 имеет еще один процессор (процессорное ядро) 28.

Для ограничения несанкционированного использования крана и предотвращения нежелательного вмешательства в работу системы безопасности данная система снабжена приемником 29 идентификатора оператора и уровня доступа, подключенным к вычислительно-управляющему устройству 2.

Система может быть реализована на имеющейся элементной базе.

Вычислительно-управляющее устройство 2 может быть выполнено в виде одноплатного компьютера, например типа Тион-Про или аналогичного. В качестве микропроцессорных контроллеров могут использоваться высоко интегрированные микропроцессоры «Система на кристалле» (System-on-Chip, сокращенно SoC), например, TMS320DM6446 фирмы Texas Instruments или РХА270 фирмы Intel и другие. Также можно устройство 2 выполнить на базе микропроцессорного контроллера для приложений (бюджетный вариант), например, OMAP-L137 фирмы Texas Instruments, имеющего два процессорных ядра: одно RISC ARM9, другое DSP с сопроцессором для выполнения операций с плавающей запятой. Среди периферийных устройств этого контроллера имеются контроллер интерфейса USB и контроллер жидкокристаллических индикаторов, позволяющий подключать к нему непосредственно некоторые типы индикаторов. Контроллер имеет также несколько входов, управляющих конфигурацией и процессом выполнения программы начальной загрузки.

В качестве дисплея 5 может быть использован графический жидкокристаллический, или электролюминесцентный, или проекционный дисплей. Устройство отображения информации также может быть выполнено прозрачным.

Устройство 7 ввода команд и информации может быть выполнено в виде набора кнопок, клавиш, переключателей, мембранной клавиатуры и/или в виде сенсорной панели.

В качестве датчиков 8 и 9 измеряемых или контролируемых параметров грузоподъемного крана можно использовать специализированные датчики, используемые в выпускаемых приборах и системах безопасности, либо общепромышленные датчики соответствующего исполнения. Конкретный набор датчиков, используемых в системе, зависит от типа грузоподъемного крана.

В качестве запоминающих устройств 11 и 12 могут быть использованы специализированные микросхемы. Например, в качестве перепрограммируемого энергонезависимого запоминающего устройства 12 можно использовать одну или несколько микросхем AT49BV160D, которые допускают подключение непосредственно к адресной шине и шине данных контроллера (по интерфейсу XINTF).

В качестве энергонезависимых часов 13 реального времени может быть использована, например, микросхема bq32000 с подключенным к ней литиевым элементом питания.

В качестве контроллеров 14, 27 последовательного интерфейса можно использовать, например, микросхемы МСР2515 или микросхемы SJA1000 (подключение на блок-схеме показано только для MSP2515), а в качестве приемопередатчиков 15, 17, 27 последовательного интерфейса - микросхемы SN65HVD1040 или IS01050DUB (в случае использования интерфейсной шины CAN).

Выбор согласующих устройств 4 зависит от набора периферийных устройств 20 и типа используемых устройств ввода команд и информации, отображения информации и сигнализации. Например, в случае использования в качестве устройства отображения информации графического дисплея, а в качестве устройства ввода команд и информации сенсорной панели, согласующие устройства 4 представляют собой контроллеры соответствующих устройств (если они не входят в состав периферийных устройств 20 микропроцессорного контроллера 10. В качестве согласующего устройства звукового сигнала используется усилитель.

Если в качестве средства идентификации оператора и уровня доступа используется устройство i-Button, то в качестве приемника 29 используется однопроводной интерфейс. Если используется в качестве устройства идентификации радиочастотное или оптическое устройство, то в качестве приемника 29 используется соответственно радиочастотный или оптический приемопередатчик.

Тип формирователя 24 управляющих воздействий зависит от подключаемых к системе безопасности исполнительных устройств. Формирователь может включать усилители, цифро-аналоговые преобразователи MOSFET драйверы и другие устройства или их комбинации.

Система безопасности грузоподъемного крана работает следующим образом.

В однократно программируемое запоминающее устройство 21 микропроцессорного контроллера 10 прошивается программа начальной загрузки масочным способом либо по JTAG интерфейсу с последующим пережиганием перемычки, либо иным способом, исключающим последующее изменение этой области памяти. В перепрограммируемое энергонезависимое запоминающее устройство 12 или в запоминающее устройство микропроцессорного контроллера 10 (при наличии) устанавливается операционная система реального времени, например, DSP BIOS и т.п., либо операционная система для мобильных устройств, например, Windows СЕ, или другая известная операционная система.

Алгоритм работы системы безопасности определяется рабочей программой, подготовленной на компьютере в пользовательской среде, например, с использованием программного комплекса Code Composer Studio фирмы Texas Instruments или программного комплекса CoDeSys фирмы Smart Software Solution и т.п. Причем в связи с наличием операционной системы в вычислительно-управляющем устройстве 2 при разработке рабочей программы нет необходимости в глубоких знаниях архитектуры примененных в системе микропроцессорных контроллеров. Полученный программный код заносится в энергонезависимое запоминающее устройство 12 из компьютера, или иного устройства для программирования, подключенного с помощью стандартного последовательного интерфейса, например, RS-232 (СОМ порт), к вычислительно-управляющему устройству 2 через приемопередатчик 17. Сформированный программный код может быть предварительно зашифрован для предотвращения использования его посторонними лицами. Загрузка программного кода в энергонезависимое запоминающее устройство 12 производится под управлением программы-загрузчика, которая производит проверку сертификата и производит дешифровку загружаемого кода рабочей программы. После программирования, установки и подключения составных частей системы на кране, она готова к работе.

При включении питания под управлением программы загрузчика производится загрузка операционной системы и рабочей программы в оперативное запоминающее устройство 11. Причем источник, из которого производится загрузка, и порядок загрузки определяются состоянием входов 22 управления конфигурацией системы, что позволяет загружать только те программные модули, которые соответствуют данной конкретной конфигурации системы безопасности и рабочей программе, и снижает требования к объему оперативного запоминающего устройства 11. Программа начальной загрузки в зависимости от состояния входов 22 управления конфигурацией системы позволяет загружать операционную систему в оперативное запоминающее устройство из перепрограммируемой энергонезависимой памяти для ее исполнения, или записывать образ операционной системы в энергонезависимую память при ее начальной установке, получая данные от хост-компьютера по одному из стандартных компьютерных портов (USB, СОМ порт, опционально Ethernet).

После завершения процесса загрузки запускается программа самодиагностики системы безопасности. В процессе загрузки и самодиагностики микропроцессорный контроллер 10 не формирует команд разрешения движений крана. Микропроцессорный контроллер 10 также опрашивает приемник 29 идентификатора оператора и уровня доступа и сравнивает коды доступа, содержащиеся в этой информации с хранящимися в однократно программируемом запоминающем устройстве 21, либо в перепрограммируемом энергонезависимом запоминающем устройстве 12.

После завершения самодиагностики системы, в случае подтверждения прав оператора, запускается рабочая программа, определяющая алгоритм функционирования системы безопасности, либо программа настройки (при получении соответствующего сигнала от устройства 7 ввода команд и информации).

В процессе выполнения рабочей программы микропроцессорный контроллер 10 опрашивает через общий канал 1 последовательного интерфейса значения рабочих параметров крана, замеренных датчиками 8 и 9. Цифровые датчики 9 измеряемых или контролируемых параметров грузоподъемного крана подключаются непосредственно к общему интерфейсному каналу 1. Датчики 8 измеряемых или контролируемых параметров грузоподъемного крана (аналоговые датчики, либо датчики с релейными или частотными выходными сигналами), подключаются к преобразователям 25 блоков 3 расширения входов/выходов, в которых производится нормирование сигналов датчиков 8 и преобразование их в цифровой код.

На основании принятых сигналов от датчиков 8 и 9 микропроцессорным контроллером 10 производится вычисление рабочих параметров крана и анализ его состояния, определяются разрешенные и опасные движения. В зависимости от результатов этого анализа микропроцессорный контроллер 10 формирует информацию о разрешенных движениях крана, возможных скоростях движений и т.п., которая по общему интерфейсному каналу 1 передается в микропроцессорный контроллер 23 блока 3 расширения входов/выходов, формирующего управляющие выходные сигналы (релейные, ШИМ, аналоговые). Для согласования вида и уровня этих сигналов с параметрами исполнительных управляющих устройств грузоподъемного крана к выходам контроллера 23 подключен формирователь 24 управляющих воздействий. Разрешаются только те движения крана, которые безопасны в данный момент.

Одновременно микропроцессорным контроллером 10 осуществляется формирование сигналов управления устройством отображения информации - дисплеем 5 и звуковым сигнализатором 6, а также формирование в выделенной области оперативного запоминающего устройства информации для ее отображения на дисплее. Сформированная информация пересылается из этой выделенной области памяти в устройство отображения информации с помощью устройства 18 прямого доступа к памяти. Ход исполнения программы и отображения параметров контролируется с помощью устройства 7 ввода команд и информации.

Микропроцессорный контроллер 10 может также производить запись и хранение в специально выделенной области перепрограммируемого энергонезависимого запоминающего устройства 12 рабочих параметров крана и данных об операторе (регистрация параметров), которая затем может быть считана в компьютер для расшифровки и последующей обработки непосредственно через приемопередатчик 17 стандартного последовательного интерфейса, либо с помощью специализированного считывающего устройства, подключаемого к вычислительно-управляющему устройству 2 с помощью проводного или беспроводного интерфейса. Регистрируемые рабочие параметры крана могут быть выполнены в виде таблицы базы данных, например, база данных CEDB в ОС Windows СЕ работает под управлением СУБД Microsoft SQL Server. По запросу от хост-компьютера, сформированному с помощью структурированного языка запросов (SQL), по каналам связи GSM/GPRS из вычислительно-управляющего устройства 2 будут переданы только те данные, которые отвечают критериям запроса, например, за определенный промежуток времени, при превышении какого либо параметра заданного значения и т.д., причем все функции отбора данных и передачи берет на себя СУБД.

Приведенная функциональная схема системы безопасности грузоподъемного крана является лишь примером, одним из возможных вариантов реализации предлагаемого технического решения и не определяет конструктивное исполнение данной системы. Так, для повышения надежности и снижения стоимости вычислительно-управляющее устройство 2, блок 3 расширения входов/выходов, дисплей 5, звуковой излучатель 6, блок 7 ввода команд и информации с согласующими устройствами 4 и приемник 29 идентификатора оператора и уровня доступа конструктивно могут быть объединены в одном модуле. Микропроцессорный контроллер может иметь встроенные перепрограммируемое энергонезависимое и/или оперативное запоминающие устройства, а внешняя память в этом случае является расширением к встроенной.

Кроме того, система может не содержать некоторых элементов, либо содержать дополнительно элементы, не указанные на схеме, не меняющие сути предлагаемого технического решения в рамках формулы полезной модели, например, приемник глобальной спутниковой системы определения координат ГЛОНАСС и/или GPS, или приемо-передающий модуль мобильной связи GSM/GPRS.

Заявленная система может быть изготовлена промышленным способом на приборостроительном предприятии с использованием современных электронных компонентов и технологий.

1. Система безопасности грузоподъемного крана, содержащая вычислительно-управляющее устройство и, по крайней мере, один блок расширения входов/выходов, связанные между собой с помощью общего проводного или беспроводного последовательного интерфейсного канала; устройство отображения информации, звуковой сигнализатор и устройство ввода команд и информации, подключенные к микропроцессорному контроллеру вычислительно-управляющего устройства непосредственно или через устройства согласования, и датчики измеряемых или контролируемых параметров грузоподъемного крана, подключенные к блоку расширения входов/выходов и/или к вычислительно-управляющему устройству и/или к общему проводному или беспроводному последовательному интерфейсному каналу; при этом вычислительно-управляющее устройство приспособлено для установки операционной системы реального времени или операционной системы для мобильных устройств и содержит микропроцессорный контроллер, приспособленный для выполнения как 32-битного, так и 16-битного набора инструкций, перепрограммируемое энергонезависимое и оперативное запоминающие устройства, энергонезависимые часы реального времени, автономный или входящий в состав микропроцессорного контроллера контроллер последовательного интерфейса и приемопередатчик этого интерфейса для подключения к общему проводному или беспроводному интерфейсному каналу, и один или несколько стандартных компьютерных портов для подключения к хост-компьютеру, либо других внешних устройств; при этом микропроцессорный контроллер содержит процессор с сопроцессором для выполнения математических операций с плавающей запятой, устройство прямого доступа к памяти, периферийные устройства для сопряжения с внешними устройствами, постоянное запоминающее устройство с программой начальной загрузки и входы управления конфигурацией системы и исполнением программы начальной загрузки.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что вычислительно-управляющее устройство выполнено с возможностью наращивания объема перепрограммируемого энергонезависимого и/или оперативного запоминающих устройств.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что перепрограммируемое энергонезависимое и/или оперативное запоминающие устройства подключены к шине данных и адресной шине микропроцессорного контроллера.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что перепрограммируемое энергонезависимое устройство подключено к контроллеру последовательного периферийного интерфейса микропроцессорного контроллера, например SPI, EMIF или аналогичным.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что вычислительно-управляющее устройство содержит, по крайней мере, один дополнительный микропроцессорный контроллер, либо использует двух- или многоядерный микропроцессорный контроллер.

6. Система по п.1, отличающаяся тем, что вычислительно-управляющее устройство приспособлено для загрузки программы, отладки и юстировки с помощью компьютера, либо другого внешнего устройства, в том числе с использованием пользовательской программной среды.

7. Система по п.1, отличающаяся тем, что постоянное запоминающее устройство микропроцессорного контроллера выполнено однократно программируемым.

8. Система по п.1, отличающаяся тем, что вычислительно-управляющее устройство выполнено в виде одноплатного компьютера.

9. Система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве устройства отображения информации используется графический жидкокристаллический, или электролюминисцентный, или проекционный дисплей.

10. Система по п.1, отличающаяся тем, что устройство отображения информации выполнено прозрачным.

11. Система по п.1, отличающаяся тем, что устройство ввода команд и информации выполнено в виде мембранной клавиатуры и/или сенсорной панели.

12. Система по п.1, отличающаяся тем, что она содержит подключенный к вычислительно-управляющему устройству, или входящий в его состав, приемник идентификатора оператора и/или уровня доступа.

13. Система по п.12, отличающаяся тем, что приемник идентификатора оператора и/или уровня доступа приспособлен для передачи информации от устройств типа i-Button к вычислительно-управляющему устройству по однопроводной линии связи.

14. Система по п.12, отличающаяся тем, что приемник идентификатора оператора и/или уровня доступа выполнен в виде модуля беспроводной связи.

15. Система по п.1, отличающаяся тем, что она содержит или ее вычислительно-управляющее устройство выполнено с возможностью подключения к нему приемника глобальной спутниковой системы определения координат ГЛОНАСС и/или GPS.

16. Система по п.1, отличающаяся тем, что она содержит или ее вычислительно-управляющее устройство выполнено с возможностью подключения к нему приемопередающего модуля мобильной связи GSM/GPRS.

17. Система по п.1, отличающаяся тем, что она содержит или ее вычислительно-управляющее устройство выполнено с возможностью подключения к нему, по крайней мере, одного дополнительного контроллера и приемопередатчика для связи системы с другими системами грузоподъемного крана с помощью проводного или беспроводного интерфейса.

18. Система по п.1, отличающаяся тем, что она содержит или ее вычислительно-управляющее устройство выполнено с возможностью подключения к нему дополнительного контроллера и приемопередатчика для связи с другими системами смежных грузоподъемных кранов и/или с хостом посредством проводной или беспроводной сети.

19. Система по любому из пп.1, 17, 18, отличающаяся тем, что приемопередатчики для подключения составных частей системы к проводному последовательному интерфейсному каналу содержат гальваническую развязку.

20. Система по любому из пп.1, 17, 18, отличающаяся тем, что приемопередатчики для подключения составных частей системы к проводному последовательному интерфейсному каналу подключены к этому каналу через самовосстанавливающиеся предохранители.



 

Похожие патенты:

Технический результат возможность применять платформу для настройки всех типов ограничителей грузоподъемности

Полезная модель относится к области подъемно-транспортной техники и может быть использована в системах управления и защиты от перегрузок мостовых и козловых электрических кранов при использовании их во взрывоопасных зонах
Наверх