Способ обмена информацией между модулями системы безопасности грузоподъемного крана и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к технике управления и защиты грузоподъемных кранов от перегрузок и повреждения. Способ предусматривает измерение и/или контроль рабочих параметров грузоподъемного крана, характеризующих нагрузку, геометрию, условия или режимы его работы, а также преобразование измеряемых и/или контролируемых параметров в последовательный код и их передачу по мультиплексной линии связи с добавлением идентификатора или адреса модуля. При этом по меньшей мере в одном модуле осуществляют измерение и/или контроль по меньшей мере двух рабочих параметров грузоподъемного крана, а также их совместное преобразование в последовательный код, совместный прием и совместную передачу последовательных цифровых сигналов по мультиплексной линии связи с использованием одного идентификатора или адреса модуля. Система, реализующая способ, содержит по меньшей мере два отдельных модуля, представляющих собой электронные блоки и/или датчики, например блок управления и индикации, датчики угла наклона и длины стрелы, датчики усилия или давления. По меньшей мере два из них объединены через мультиплексную линию связи. Каждый из объединенных модулей содержит микроконтроллер, драйвер или трансивер и информационно-измерительную или информационно-управляющую схему, которая выполнена с возможностью измерения и/или контроля рабочего параметра грузоподъемного крана. Выходы данной схемы соединены со входами микроконтроллера, а один из первичных преобразователей рабочих параметров грузоподъемного крана подключен к ее входу. Микроконтроллер выполнен с возможностью приема, обработки и передачи последовательных цифровых сигналов, причем его входы/выходы через драйвер или трансивер соединены с мультиплексной линией связи. В по меньшей мере одном из модулей к входу информационно-измерительной или информационно-управляющей схемы подключен по меньшей мере еще один из первичных преобразователей рабочих параметров грузоподъемного крана. При этом упомянутая схема данного модуля выполнена с возможностью измерения и/или контроля по меньшей мере двух измеряемых и/или контролируемых рабочих параметров грузоподъемного крана, а микроконтроллер - с возможностью совместного приема, совместной обработки и совместной передачи последовательных цифровых сигналов по мультиплексной линии связи с использованием одного идентификатора или адреса модуля. Группа изобретений позволяет повысить надежность защиты грузоподъемного крана за счет повышения быстродействия и точности системы безопасности. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в системах управления и защиты от перегрузок и повреждения грузоподъемных кранов.

Известен способ обмена информацией между отдельными модулями (блоками и датчиками) системы безопасности грузоподъемного крана путем одновременного формирования N аналоговых и М дискретных сигналов, несущих информацию о режимах работы крана, и Q дискретных сигналов блокировки исполнительных механизмов крана, а также одновременной параллельной передачи и одновременного приема этих M+N+Q сигналов в отдельных модулях этой системы [1, 2].

Устройство для осуществления известного способа содержит электронный блок с элементами индикации и органами управления, к которому по радиальной схеме (при помощи отдельных проводов) подключены N аналоговых датчиков (датчик угла наклона стрелы, датчик азимута, датчик длины стрелы крана и т.д.), М дискретных датчиков (концевые выключатели предельного подъема грузозахватного органа, барабана лебедки и т.д.), и исполнительный блок, подключенный к электронному блоку Q отдельными проводами [1, 2].

Датчики аналоговых параметров осуществляют измерение режимов работы крана (степени его нагружения, положения стрелового оборудования и т.д.) и осуществляют формирование аналоговых сигналов, которые при помощи отдельных проводов подключаются к электронному блоку. Дискретные датчики (концевые выключатели) при помощи отдельных проводов также подключаются к электронному блоку. Электронный блок осуществляет одновременный прием информации от N аналоговых и М дискретных датчиков, вычисляет степень загрузки крана по грузовому моменту и, в зависимости от степени загрузки крана по грузовому моменту и положения стрелового оборудования, одновременно с приемом информации от датчиков формирует Q выходных сигналов, которые через исполнительный блок осуществляют блокировку управления исполнительными механизмами крана, обеспечивая его защиту от перегрузки и повреждения.

В известном способе и реализующем его устройстве одновременный параллельный обмен информацией между отдельными модулями (датчиками и блоками) системы безопасности грузоподъемного крана обеспечивает высокую скорость передачи информации. Однако подключение каждого датчика и каждого сигнала исполнительного блока к электронному блоку отдельными проводами приводит к наличию большого количества электрических соединений и жгутов на кране, что приводит к снижению надежности и увеличению трудоемкости монтажа и ремонта системы безопасности на кране.

Более совершенным и наиболее близким к предложенному является способ обмена информацией между отдельными модулями системы безопасности грузоподъемного крана путем измерения рабочих параметров крана и положения его грузоподъемного оборудования, преобразования измеренных величин в цифровые сигналы, формирования цифровых сигналов управления механизмами крана, преобразования цифровых измерительных и управляющих сигналов в последовательный код и их двунаправленной передачи по общей однопроводной линии связи с добавлением команд и адреса модуля с обеспечением контроля уровня сигнала в линии связи и синхронизации приема сигналов [3].

Устройство для осуществления известного способа, наиболее близкое к предложенному, содержит отдельные модули системы безопасности грузоподъемного крана, представляющие собой электронные блоки и датчики, например блоки ограничения нагрузки стрелы и защиты стрелы от недопустимых перемещений стрелы, датчики угла наклона и длины стрелы, расположенные на невыдвигаемой и на выдвигаемой секциях стрелы, соединенные между собой через кабельный барабан и содержащие информационно-измерительные или информационно-управляющие блоки, выполненные на основе информационно-измерительной или информационно-управляющей схемы с микроконтроллером, имеющим встроенные блоки формирования и приема последовательных цифровых сигналов (универсальные асинхронные приемопередатчики), а также блоки сопряжения этих сигналов с объединяющей эти модули линией связи (драйверы или трансиверы общей двунаправленной или мультиплексной линии связи). Причем в драйверах или трансиверах мультиплексной линии связи (в блоках сопряжения с линией связи) отдельных модулей системы безопасности входы приема и выходы передачи цифровых сигналов объединены [3].

В известном техническом решении применение однопроводной мультиплексной линии связи для обмена информацией между отдельными модулями системы безопасности грузоподъемного крана вместо множества отдельных проводов позволяет значительно уменьшить количество проводов при одновременном повышении надежности и упрощении диагностики системы безопасности крана в целом. Одновременно уменьшение числа жил (проводов) в линии связи приводит к упрощению конструкции кабельного барабана, при помощи которого осуществляется обмен информацией между модулями, расположенными на невыдвигаемой и на выдвигаемой секциях стрелы, и, соответственно, позволяет увеличить максимально-возможное выдвижение стрелы грузоподъемного крана.

Однако в известном способе и реализующем его устройстве осуществляется независимое измерение каждого рабочего параметра крана (включая параметры положения его грузоподъемного оборудования), независимое преобразование величины каждого измеренного параметра в цифровые сигналы и, соответственно, раздельная передача каждого сигнала в мультиплексную линию связи и раздельный прием каждого сигнала. Для измерения каждого рабочего параметра грузоподъемного крана предусматривается установка отдельного дискретного или аналогового датчика-модуля с отдельными информационно-измерительными блоками и блоками сопряжения с общей мультиплексной линией связи.

Это приводит к необходимости применения большого количества датчиков-модулей в системе безопасности грузоподъемного крана и, соответственно, к существенному усложнению системы безопасности и снижению ее надежности.

Но более существенным недостатком известного технического решения является то, что увеличение количества модулей в системе безопасности, а также отсутствие совместной обработки рабочих параметров непосредственно в модулях-датчиках неизбежно увеличивает время обмена информацией между этими модулями, что вызывает задержки формирования сигналов управления механизмами крана при возникновении перегрузок или при перемещении стрелового оборудования крана в запрещенную зону и, соответственно, приводит к снижению надежности защиты грузоподъемного крана. Причем это снижение тем существеннее, чем динамичнее режим работы крана.

Кроме того, раздельное измерение рабочих параметров грузоподъемного крана не позволяет осуществить изменение диапазона измерения каждого рабочего параметра в различных режимах работы крана, что приводит к снижению точности этих измерений. А снижение точности измерения рабочих параметров и, соответственно, точности выявления перегрузок крана или опасного приближения его стрелы к границам разрешенной зоны работы также приводит к снижению надежности защиты грузоподъемного крана.

Задачей, на решение которой направлено предложенное техническое решение, является повышение надежности защиты грузоподъемного крана за счет повышения быстродействия и точности системы безопасности.

Указанная задача решается тем, что в способе обмена информацией между модулями системы безопасности грузоподъемного крана путем измерения и/или контроля рабочих параметров грузоподъемного крана, характеризующих нагрузку, геометрию, условия или режимы его работы, преобразования измеряемых и/или контролируемых параметров в последовательный код и их передачи по мультиплексной линии связи с добавлением идентификатора или адреса модуля, по меньшей мере в одном модуле осуществляют измерение и/или контроль по меньшей мере двух рабочих параметров грузоподъемного крана, а также их совместное преобразование в последовательный код, совместный прием и совместную передачу последовательных цифровых сигналов по мультиплексной линии связи с использованием одного идентификатора или адреса модуля.

При измерении и/или контроле по меньшей мере двух рабочих параметров грузоподъемного крана осуществляют, в частности, изменение предела измерения по меньшей мере одного рабочего параметра в зависимости от значения другого рабочего параметра грузоподъемного крана.

При необходимости, для решения поставленной задачи, осуществляют совместную обработку по меньшей мере двух рабочих параметров грузоподъемного крана путем вычисления дополнительного параметра, характеризующего нагрузку или геометрию грузоподъемного крана, после чего осуществляют преобразование этого дополнительного параметра в последовательный код и его передачу по мультиплексной линии связи. При этом с использованием априорно известных функциональных зависимостей может осуществляться вычисление грузового момента, коэффициента загрузки грузоподъемного крана по грузовому моменту, наличие перегрузки по грузовому моменту или величины вылета грузозахватного органа грузоподъемного крана.

Указанная техническая задача решается также тем, что в системе безопасности грузоподъемного крана, содержащей по меньшей мере два отдельных модуля, представляющих собой электронные блоки и/или датчики, например блок управления и индикации, датчики угла наклона и длины стрелы, датчики усилия или давления, по меньшей мере два из которых объединены через мультиплексную линию связи, причем каждый из объединенных модулей содержит микроконтроллер, драйвер или трансивер и информационно-измерительную или информационно-управляющую схему, выходы которой соединены со входами микроконтроллера, входы/выходы которого через драйвер или трансивер соединены с мультиплексной линией связи, причем один из первичных преобразователей рабочих параметров грузоподъемного крана подключен к входу информационно-измерительной или информационно-управляющей схемы, которая выполнена с возможностью измерения и/или контроля рабочего параметра грузоподъемного крана, а микроконтроллер выполнен с возможностью приема, обработки и передачи последовательных цифровых сигналов: согласно настоящему изобретению, в по меньшей мере одном из модулей к входу информационно-измерительной или информационно-управляющей схемы подключен по меньшей мере еще один из первичных преобразователей рабочих параметров грузоподъемного крана, при этом информационно-измерительная или информационно-управляющая схема данного модуля выполнена с возможностью измерения и/или контроля по меньшей мере двух измеряемых и/или контролируемых рабочих параметров грузоподъемного крана, а микроконтроллер - с возможностью совместного приема, совместной обработки и совместной передачи последовательных цифровых сигналов по мультиплексной линии связи с использованием одного идентификатора или адреса модуля.

При этом микроконтроллер по меньшей мере одного модуля снабжен, в частности, дополнительными выходами, которые соединены с дополнительными входами информационно-измерительной или информационно-управляющей схемы, а информационно-измерительная или информационно-управляющая схема по меньшей мере одного модуля содержит усилитель с изменяемым коэффициентом усиления, а микроконтроллер выполнен с возможностью формирования сигнала управления коэффициентом усиления этого усилителя.

Для решения поставленной задачи микроконтроллер может быть снабжен блоком памяти, в котором записана функциональная зависимость дополнительного параметра, характеризующего нагрузку или геометрию крана, от значений рабочих параметров грузоподъемного крана, и выполнен с возможностью вычисления этого дополнительного параметра по указанной функциональной зависимости, а также преобразования этого дополнительного параметра в последовательный код и его передачи по мультиплексной линии связи. При этом в блоке памяти микроконтроллера может быть записана, в частности, функциональная зависимость между грузовым моментом, коэффициентом загрузки грузоподъемного крана по грузовому моменту или вылетом грузозахватного органа и значениями измеряемых рабочих параметров грузоподъемного крана.

Реализация отличительных признаков предложенного технического решения предусматривает по крайней мере в одном модуле системы безопасности измерение и/или контроль не менее двух рабочих параметров грузоподъемного крана, при необходимости совместную обработку этих параметров и совместную передачу по мультиплексной линии связи. Кроме того, предусматривается изменение предела измерения какого-либо рабочего параметра крана в зависимости от значения другого рабочего параметра, а также вычисление и передачу мультиплексной линии связи дополнительного параметра, характеризующего нагрузку или геометрию грузоподъемного крана. Это приводит к повышению точности и быстродействия формирования сигналов управления механизмами крана при опасных эволюциях грузоподъемного крана, что и обеспечивает достижение поставленной цели - повышение надежности защиты грузоподъемного крана.

Ранее неизвестно применение в системах безопасности грузоподъемных кранов измерения, контроля или совместной обработки одновременно двух или более рабочих параметров грузоподъемного крана в одном датчике-модуле системы безопасности грузоподъемного крана, неизвестна также реализация совместной передачи по мультиплексной линии связи результатов этих измерений, контроля или вычислений.

Из существующего уровня техники неизвестно также вычисление непосредственно в датчиках-модулях дополнительных параметров, характеризующих нагрузку или геометрию грузоподъемного крана или иной машины, а также любого другого параметра грузоподъемного крана или машины, непосредственно связанного с безопасностью работы крана или машины. Во всех известных технических решениях совместная обработка двух и более параметров всегда осуществлялась не в датчиках, а только в центральном блоке (в центральном или ведущем модуле-устройстве).

Более подробно причинно-следственная связь между отличительными признаками предложенного технического решения и достигаемым техническим результатом изложена при описании работы устройства, реализующего предложенный способ обмена информацией между модулями системы безопасности.

На чертеже, в качестве примера реализации предложенного способа, приведена функциональная схема устройства - системы безопасности грузоподъемного крана.

Система безопасности содержит отдельные модули, представляющие собой электронные блоки и датчики, в частности модуль-блок управления и индикации 1, исполнительный модуль-блок 2 и модули-датчики рабочих параметров крана 3, которые объединены через мультиплексную линию связи 4. Все модули 1-3, включая модули-датчики 3, осуществляющие измерение или контроль угла наклона и длины стрелы, усилия или давления, угла азимута, положения грузозахватного органа и т.д., содержат микроконтроллер 5, драйвер или трансивер 6 мультиплексной линии связи 4 и информационно-измерительную или информационно-управляющую схему 7, входы/выходы которой соединены со входами/выходами микроконтроллера 5, вторые входы/выходы которого через драйвер или трансивер 6 соединены с мультиплексной линией связи 4.

Мультиплексная линия связи на аппаратурном и программном уровне может быть реализована по протоколу (спецификации, стандарту) LIN (Local Interconnect Network), J1850 (SAE), CAN (Controller Area Network), CarLink, VAN, A-bus, RS-232C, «токовая петля», MIDI, MicroLAN или по другому стандартному или нестандартному протоколу. Причем передача и прием последовательных сигналов может осуществляться как по проводам, так и по беспроводному каналу связи, что не имеет принципиального значения с точки зрения реализации предложенного технического решения.

Каждая группа аналоговых и дискретных первичных преобразователей 8 рабочих параметров грузоподъемного крана подключена к входам информационно-измерительной или информационно-управляющей схемы 7. К модулю-блоку управления и индикации 1 и (или) к исполнительному модулю-блоку 2 первичные преобразователи 8 рабочих параметров крана могут не подключаться.

Для осуществления управления электрогидравлическими или электромеханическими исполнительными механизмами 9 грузоподъемного крана, их входы управления соединены с выходами информационно-измерительных или информационно-управляющих схем 7 исполнительного модуля-блока 2 и (или) модуля-блока управления и индикации 1.

При соответствующем исполнении информационно-измерительных или информационно-управляющих схем 7 модулей-датчиков 1 исполнительные механизмы 9 грузоподъемного крана могут быть также подключены к этим модулям-датчикам 3 (на чертеже условно не показано).

Микроконтроллер 5 для реализации приема и передачи последовательных цифровых сигналов целесообразно выполнить со встроенным последовательным интерфейсом - UART, CAN, LIN и т.д. К микроконтроллеру 5 модуля-блока управления и индикации 1 могут быть дополнительно подключены элементы индикации 10 (светодиодные индикаторы, жидкокристаллический дисплей, звуковой сигнализатор и т.п.) и органы управления 11, выполненные, например, в виде кнопок или переключателей, расположенных на передней панели модуля-блока управления и индикации 1.

Модуль-блок управления и индикации 1 может также дополнительно содержать цифровой запоминающий блок, часы реального времени и другие функциональные блоки, условно не показанные на чертеже.

В качестве драйверов или трансиверов 6 целесообразно использовать специализированные микросхемы приемопередатчиков, например типа TLE6258.

Информационно-измерительная или информационно-управляющая схема 7 в общем случае содержит:

- усилители-преобразователи аналоговых сигналов первичных преобразователей 8, например тензометрические усилители с регулируемым коэффициентом усиления или аналого-цифровые преобразователи;

- схемы согласования дискретных первичных преобразователей с логическими уровнями микросхем (схемы преобразования уровня сигналов);

- схемы согласования или буферные усилители, например серии ULN с электромагнитным реле (только у модулей 1-3, подключенных к исполнительным механизмам 9).

Для обеспечения возможности изменения пределов измерения аналоговых рабочих параметров крана, выходы микроконтроллера 5 соединены с дополнительными входами информационно-измерительной или информационно-управляющей схемы 7 соответствующего модуля-датчика 3. Причем под этими дополнительными входами подразумеваются входы регулировки усиления усилителей выходных сигналов соответствующих аналоговых первичных преобразователей или входы регулировки опорного напряжения аналого-цифровых преобразователей.

В памяти микроконтроллера 5 (в его памяти программ) любого модуля-датчика 3 может быть записана функциональная зависимость дополнительного параметра, характеризующего нагрузку или геометрию крана, например грузового момента крана, от значений рабочих параметров грузоподъемного крана (например, от угла наклона стрелы и усилия в грузовом канате.). Это дает возможность микроконтроллеру 5 осуществлять вычисление этого дополнительного параметра с последующим его преобразованием в последовательный цифровой код и передачей по мультиплексной линии связи.

В качестве аналоговых и дискретных первичных преобразователей 8 рабочих параметров крана могут использоваться, в частности, тензометрические преобразователи давления в штоковой и поршневой полостях гидроцилиндра подъема стрелы, тензометрические преобразователи усилия в грузовом или стреловом канате, потенциометрические преобразователи угла азимута и длины стрелы, акселерометр-преобразователь угла наклона стрелы, концевой выключатель предельного подъема грузозахватного органа, концевой выключатель положения опор крана и т.д.

Конкретный набор первичных преобразователей 8 определяется исходя из установленных требований к системе безопасности и конструктивных особенностей конкретного типа грузоподъемного крана.

Поясним суть предложенного способа на примере работы реализующего его устройства.

Электронный модуль-блок управления и индикации 1 работает по программе, записанной в памяти его микроконтроллера 5, и осуществляет обмен с модулями-датчиками 3 по общей мультиплексной линии связи 4. После получения информации от модулей-датчиков 3, включая информацию о дискретных параметрах, характеризующих режим работы крана (о типе стрелового оборудования, положении опор, кратности запасовки полиспаста и т.д.), модуль-блок управления и индикации 1 определяет текущую нагрузку крана и положение его грузоподъемного стрелового оборудования.

При этом значения части рабочих параметров крана могут быть получены от первичных преобразователей 8, подключенных к информационно-измерительным или информационно-управляющим схемам 7 не только модулей-датчиков 3, но модуля-блока управления и индикации 1 и (или) исполнительного модуля-блока 2, что для работы системы защиты не имеет принципиального значения.

Допустимые режимы нагружения в виде грузовых характеристик крана хранятся в памяти микроконтроллера 5 или в дополнительном цифровом запоминающем блоке (на чертеже условно не показан) модуля-блока управления и индикации 1. Зона допустимых положений грузоподъемного стрелового оборудования крана определяется крановщиком при задании параметров координатной защиты, которые вводятся при помощи органов управления 11, расположенных на модуле-блоке управления и индикации 1 и сохраняются в его памяти.

Модуль-блок управления и индикации 1 осуществляет сравнение фактического нагружения крана с предельно допустимым, а также сравнение фактического положения грузоподъемного стрелового оборудования с зоной допустимых положений стрелы, заданных при введении координатной защиты и, в зависимости от результатов указанных сравнений, по общей мультиплексной линии связи 4 передает в исполнительный модуль-блок 2 сигналы разрешения включения тех исполнительных механизмов крана 9, включение которых безопасно для крана. Одновременно модуль-блок управления и индикации 1 отображает на индикаторах 10 основные параметры работы крана (степень загрузки по грузовому моменту, величину вылета, вес поднимаемого груза, высоту оголовка стрелы и т.д.).

При обмене по общей мультиплексной линии связи 4 используется последовательный интерфейс для передачи данных по одной сигнальной линии. В этом интерфейсе информационные биты передаются друг за другом последовательно. Последовательная передача и последовательный прием данных могут осуществляться микроконтроллером 5 в асинхронном или в синхронном режиме. При асинхронной передаче, например по протоколу RS-232C, каждому передаваемому байту предшествует старт-бит, сигнализирующий приемнику микроконтроллера 5 о начале посылки, за которым следуют информационные биты и, возможно, бит паритета (четности). Завершает сообщение стоп-бит, гарантирующий паузу между посылками. Старт-бит следующего байта посылается в любой момент после стоп-бита, то есть между передачами возможны паузы произвольной длительности. Наличие старт-бита, имеющего всегда строго определенное значение (логический 0), обеспечивает простоту синхронизации приемника по сигналу от передатчика.

Синхронный режим передачи информации между модулями системы безопасности, например в протоколе LIN, предполагает постоянную активность канала связи. Посылка начинается с синхронизирующих бит, за которым сразу же следует поток информационных бит. В синхронном режиме реализуется внешняя синхронизация приемника с передатчиком, которая возможна с использованием самосинхронизирующего кодирования данных, при котором на стороне приемного модуля из принятого сигнала выделяются импульсы синхронизации.

Функции главного модуля системы ВСМ (Body Control Module) могут быть возложены на модуль-блок управления и сигнализации 1 или любой другой модуль системы безопасности. ВСМ выполняет функции управления и взаимодействия. Он принимает и посылает сигналы на другие модули - LCU (Local Control Unit). Каждый модуль LCU (в рассматриваемой системе безопасности это модули 2, 3) управляется ВСМ и выполняет коммуникационную функцию. Он принимает сигнал от ВСМ, управляет измерениями и обработкой выходных сигналов подключенных к нему первичных преобразователей 8 и отсылает результаты этих измерений и обработки в последовательном коде обратно в ВСМ.

Для адресации сообщений в мультиплексной линии связи каждое сообщение (кадр) снабжается идентификатором (адресом), который передается за стартовым битом и определяет либо адрес модуля, осуществляющего передачу данных, либо назначение передаваемых данных (в протоколе CAN), либо адрес модуля, для которого это сообщение предназначено. Идентификатор (адрес) сообщений может также определять приоритет сообщений (модулей) в отношении доступа к мультиплексной линии связи 4.

За идентификатором (адресом) могут передаваться биты управления (бит запроса передачи сообщения, арбитражный бит, который различает кадр данных и кадр запроса данных (удаленный кадр) и т.д.). Далее может следовать поле управления, в котором указывается тип формата сообщения (стандартный/расширенный) и длина следующего поля данных (обычно передается не более 8 байт данных). Вслед за переданной последовательностью данных передается контрольное слово - CRC, которое используется принимающим модулем для проверки правильности передачи и, соответственно, пригодности принятых данных. Поле конца кадра или стоп-бит указывает на полную передачу кадра.

Отправленное сообщение (кадр) по мультиплексной линии 4 передается всем модулям системы безопасности. Соответственно, каждый модуль 1-3 (кроме модуля, осуществляющего передачу) получает каждое переданное сообщение и определяет посредством аппаратного или программного фильтра приема сообщений, реализованного микроконтроллером 5, является ли данное сообщение предназначенным для него, а также, используя CRC, проверяет правильность приема сообщения. В зависимости от этого, модуль принимает данное сообщение к исполнению или игнорирует его. Микроконтроллер 5 модуля LCU, который принял сообщение от модуля ВСМ, передает по мультиплексной линии 4 ответное сообщение, содержащее информацию о параметрах, характеризующих нагрузку или геометрию грузоподъемного крана.

Первичная информация об измеряемых и контролируемых рабочих параметрах грузоподъемного крана получается при помощи первичных преобразователей (чувствительных элементов) 8 - тензорезисторных мостов, потенциометров и т.д. Их выходные сигналы поступают на входы информационно-измерительных или информационно-управляющих схем 7 модулей-датчиков 3. В отдельных случаях эти сигналы поступают на входы информационно-измерительных или информационно-управляющих схем 7 блока-модуля управления и индикации 1 и исполнительного модуля-блока 3, что не имеет принципиального значения и для упрощения описания работы устройства далее не описывается.

Особенностью предложенного технического решения является то, что в системе безопасности грузоподъемного крана существует по меньшей мере один модуль-датчик 3, в котором обрабатываются выходные сигналы двух и более первичных преобразователей 8. Например, в одном модуле-датчике 3 могут обрабатываться сигналы первичных преобразователей длины и угла наклона стрелы, в другом модуле-датчике - сигналы с антенны датчика приближения к линии электропередач и концевой выключатель верхнего положения грузозахватного органа и т.д., т.е. в системе безопасности используются комбинированные (или комплексные) датчики (модули-датчики).

После измерения в одном модуле-датчике, например длины и угла наклона стрелы, эти параметры преобразуются в последовательный код и передаются в мультиплексную линию связи совместно, т.е. в одном отправленном сообщении (в одной посылке). В этом случае модуль-блок управления и индикации 1 для получения информации о двух рабочих параметрах (длине и угле наклона стрелы) формирует не два, а один запрос в соответствующий модуль-датчик 3 и, соответственно, получает от этого модуля-датчика 3 одно сообщение.

При этом за счет сокращения количества циклов обмена по мультиплексной линии связи 4 вся информация, необходимая для определения перегрузки крана по грузовому моменту или для выявления приближения стрелы к границам разрешенной зоны работы, получается значительно быстрее. Это приводит к достижению более высокого быстродействия системы безопасности и, соответственно, к повышению безопасности работы грузоподъемного крана.

Иными словами, отличительные признаки предложенного технического решения, а именно: совместное измерение и (или) контроль, совместная обработка, а также совместное преобразование в последовательный код и совместная передача по мультиплексной линии связи двух и более рабочих параметров грузоподъемного крана с использованием одного идентификатора или адреса модуля - являются теми причинами, следствием которых является повышение безопасности работы грузоподъемного крана.

Дополнительно в предложенном техническом решении осуществляется изменение пределов измерения одних рабочих параметров в зависимости от значений других рабочих параметров грузоподъемного крана.

Поясним это на примере работы системы безопасности на кране-трубоукладчике типа ТБ-4, который имеет возможность работать в двух режимах: в режиме с дополнительной опорой с максимальной грузоподъемностью 40 т и в режиме без дополнительной опоры с максимальной грузоподъемностью 16 т, максимальным грузовым моментом 33,9 т·м и максимальным вылетом 6,9 м.

Если первичный преобразователь силы (веса поднимаемого груза) расположен в грузовом канате, то максимальное измеряемое усилие (без учета грузового полиспаста и узла передачи усилия на первичный преобразователь) составит:

- в первом режиме - 40 т;

- во втором режиме - от 4,9 до 16 т (в зависимости от вылета).

Предположим, что измерение выходного сигнала первичного преобразователя силы в информационно-измерительной или информационно-управляющей схеме 7 модуля-датчика 3 осуществляется 8-разрядным аналого-цифровым преобразователем (АЦП).

Если предел измерения силы не изменяется, как это имеет место в прототипе, то максимальный предел измерения данного первичного преобразователя выбирается равным 40 т. В этом случае дискретность измерения силы составит: 40 т/256=0,15 т. Соответственно, дополнительная погрешность измерения силы за счет дискретности АЦП (кроме собственной погрешности первичного преобразователя) составит 0,15 т/40 т=0,004 или 0,4%.

В случае перехода трубоукладчика во второй режим работы с максимальной грузоподъемностью 16 т дополнительная погрешность измерения силы за счет дискретности АЦП составит уже 0,15 т/16 т=0,009 или 0,9%, т.е. увеличится в 2,5 раза. Если же во втором режиме работа трубоукладчика осуществляется с максимальным вылетом грузозахватного органа 6,9 м, т.е. с максимальной грузоподъемностью на данном вылете 4,9 т, то указанная дополнительная погрешность возрастает до 0,15 т/4,9 т=0,03 или до 3%.

Таким образом, в зависимости от режима работы крана-трубоукладчика (от наличия опоры) и величины вылета, дополнительная погрешность измерения силы за счет дискретности АЦП может увеличиться в 8 раз и достичь значения 3%. С учетом того, что дискретность АЦП является не единственным источником погрешности, это увеличение погрешности существенно ухудшает точность определения перегрузок крана-трубоукладчика по грузовому моменту и, соответственно, снижает безопасность его работы.

В предложенном техническом решении концевой выключатель наличия опоры (один из первичных преобразователей 8) подключается к тому же модулю-датчику 3, к которому подключается первичный преобразователь силы 8. В этом случае микроконтроллер 5 этого модуля-датчика 3, контролируя уровень сигнала с концевого выключателя, выявляет наличие дополнительной опоры и на своем дополнительном выходе формирует сигнал управления, поступающий на вход регулировки коэффициента усиления тензометрического усилителя первичного преобразователя силы 8, включенного на входе АЦП, осуществляя переключение предела измерения выходного сигнала первичного преобразователя силы. Коэффициент усиления этого усилителя увеличивается в 2,5 раза, что компенсирует уменьшение выходного сигнала первичного преобразователя силы, вызванное уменьшением максимальной нагрузки с 40 до 16 т. В соответствии с этим, максимальное значение дополнительной погрешности, вызванной дискретностью АЦП, уменьшается также в 2,5 раза. Это приводит к существенному повышению точности определения перегрузки крана и, соответственно, существенно повышает надежность защиты грузоподъемного крана. Т.е. имеется прямая причинно-следственная связь между отличительным признаком предложенного технического решения - изменением предела измерения одного рабочего параметра в зависимости от значения другого рабочего параметра грузоподъемного крана, и достигаемым техническим результатом - повышением надежности защиты грузоподъемного крана.

Данный модуль-датчик 3 может обрабатывать не только сигналы концевого выключателя наличия дополнительной опоры и сигнала первичного преобразователя силы, но и первичного преобразователя угла наклона стрелы. В этом случае микроконтроллер 5, после измерения угла наклона стрелы, формирует дополнительные сигналы управления коэффициентом усиления тензометрического усилителя первичного преобразователя силы таким образом, чтобы при уменьшении угла наклона стрелы (т.е. при увеличении вылета) происходило увеличение коэффициента усиления этого усилителя, например по линейному закону. В этом случае не только при весе поднимаемого груза 16 т, но и при максимальном весе 4,9 т на максимальном вылете 6,9 м также обеспечивается максимальное использование диапазона работы АЦП. Это дополнительно обеспечивает повышение точности измерения силы и, соответственно, надежности защиты грузоподъемного крана.

Аналогичным образом в предложенном техническом решении осуществляется изменение пределов измерения других рабочих параметров крана. Причем типы этих параметров и возможные диапазоны изменения пределов их измерений определяются конструкцией и характеристиками конкретного грузоподъемного крана.

Одновременное подключение нескольких первичных преобразователей к одному модулю-датчику 3 и совместная обработка их выходных сигналов дают возможность непосредственно в модуле-датчике 3 осуществлять вычисление дополнительных параметров грузоподъемного крана - грузового момента, коэффициента загрузки грузоподъемного крана по грузовому моменту, наличие перегрузки по грузовому моменту или величины вылета грузозахватного органа. Эти вычисления осуществляются микроконтроллером 5 с использованием априорно известных функциональных зависимостей, записанных в памяти этого микроконтроллера.

Вычисление дополнительных параметров непосредственно в модулях-датчиках 3 позволяет уменьшить объем информации, передаваемой по мультиплексной линии связи 4. Это автоматически приводит к уменьшению временных задержек передачи результатов измерения рабочих параметров крана и формирования сигналов управления грузоподъемным краном, что также обеспечивает повышение надежности его защиты.

В частности, на кране с решетчатой стрелой (при постоянной длине стрелы) в одном модуле-датчике 3 можно обрабатывать одновременно выходные сигналы первичных преобразователей силы и угла наклона стрелы. При наличии записи грузовой характеристики крана непосредственно в памяти микроконтроллера 5 этого модуля-датчика 3 этот микроконтроллер 5 может непосредственно вычислять не только грузовой момент крана, но и выявлять перегрузку крана по грузовому моменту с формированием соответствующих сигналов управления исполнительными механизмами крана. Далее микроконтроллер 5 этого модуля-датчика 3 по мультиплексной линии связи может передать данный сигнал управления непосредственно в исполнительный модуль-блок 2. Это значительно повышает быстродействие системы защиты от перегрузки и, соответственно, существенно повышает надежность защиты грузоподъемного крана. Аналогичным образом в модулях-датчиках 3 могут формироваться сигналы управления исполнительными механизмами 9 крана по координатной защите, по опасному приближению к линии электропередачи. Алгоритмы совместной обработки рабочих параметров грузоподъемного крана и целесообразность вычисления дополнительных параметров (для сокращения объемов информации, передаваемой по линии связи и повышения быстродействия системы) зависят от конструкции конкретного крана, описаны в литературе и дополнительных пояснений не требуют.

С учетом изложенного, реализация этих признаков заявленного технического решения также приводит к решению поставленной задачи - повышению надежности защиты грузоподъемного крана от перегрузки и повреждений.

Источники информации

1. Полезная модель RU 7097 U1, МПК6 В 66 С 23/90, 16.07.1998.

2. Патент RU 2011632 C1, МПК5 В 66 С 23/90, 30.04.1994.

3. Заявка RU 2232709 А, В 66 С 13/18, 23/88, опубл. 10.12.2002. Патент RU 2232709 С2.

1. Способ обмена информацией между модулями системы безопасности грузоподъемного крана путем измерения и/или контроля рабочих параметров грузоподъемного крана, характеризующих нагрузку, геометрию, условия или режимы его работы, преобразования измеряемых и/или контролируемых параметров в последовательный код и их передачи по мультиплексной линии связи с добавлением идентификатора или адреса модуля, отличающийся тем, что по меньшей мере в одном модуле осуществляют измерение и/или контроль по меньшей мере двух рабочих параметров грузоподъемного крана, а также их совместное преобразование в последовательный код, совместный прием и совместную передачу последовательных цифровых сигналов по мультиплексной линии связи с использованием одного идентификатора или адреса модуля.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при измерении и/или контроле по меньшей мере двух рабочих параметров грузоподъемного крана осуществляют изменение предела измерения по меньшей мере одного рабочего параметра в зависимости от значения другого рабочего параметра грузоподъемного крана.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют совместную обработку по меньшей мере двух рабочих параметров грузоподъемного крана путем вычисления дополнительного параметра, характеризующего нагрузку или геометрию грузоподъемного крана, после чего осуществляют преобразование этого дополнительного параметра в последовательный код и его передачу по мультиплексной линии связи.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что с использованием априорно известных функциональных зависимостей осуществляют вычисление грузового момента, коэффициента загрузки грузоподъемного крана по грузовому моменту, наличие перегрузки по грузовому моменту или величины вылета грузозахватного органа грузоподъемного крана.

5. Система безопасности грузоподъемного крана, содержащая по меньшей мере два отдельных модуля, представляющих собой электронные блоки и/или датчики, например блок управления и индикации, датчики угла наклона и длины стрелы, датчики усилия или давления, по меньшей мере два из которых объединены через мультиплексную линию связи, причем каждый из объединенных модулей содержит микроконтроллер, драйвер или трансивер и информационно-измерительную или информационно-управляющую схему, выходы которой соединены со входами микроконтроллера, входы/выходы которого через драйвер или трансивер соединены с мультиплексной линией связи, причем один из первичных преобразователей рабочих параметров грузоподъемного крана подключен к входу информационно-измерительной или информационно-управляющей схемы, которая выполнена с возможностью измерения и/или контроля рабочего параметра грузоподъемного крана, а микроконтроллер выполнен с возможностью приема, обработки и передачи последовательных цифровых сигналов, отличающаяся тем, что в по меньшей мере одном из модулей к входу информационно-измерительной или информационно-управляющей схемы подключен по меньшей мере еще один из первичных преобразователей рабочих параметров грузоподъемного крана, при этом информационно-измерительная или информационно-управляющая схема данного модуля выполнена с возможностью измерения и/или контроля по меньшей мере двух измеряемых и/или контролируемых рабочих параметров грузоподъемного крана, а микроконтроллер - с возможностью совместного приема, совместной обработки и совместной передачи последовательных цифровых сигналов по мультиплексной линии связи с использованием одного идентификатора или адреса модуля.

6. Система по п.5, отличающаяся тем, что микроконтроллер по меньшей мере одного модуля снабжен дополнительными выходами, которые соединены с дополнительными входами информационно-измерительной или информационно-управляющей схемы.

7. Система по п.6, отличающаяся тем, что информационно-измерительная или информационно-управляющая схема по меньшей мере одного модуля содержит усилитель с изменяемым коэффициентом усиления, а микроконтроллер выполнен с возможностью формирования сигнала управления коэффициентом усиления этого усилителя.

8. Система по п.5, отличающаяся тем, что микроконтроллер снабжен блоком памяти, в котором записана функциональная зависимость дополнительного параметра, характеризующего нагрузку или геометрию крана, от значений рабочих параметров грузоподъемного крана, а микроконтроллер выполнен с возможностью вычисления этого дополнительного параметра по указанной функциональной зависимости, а также преобразования этого дополнительного параметра в последовательный код и его передачи по мультиплексной линии связи.

9. Система по п.8, отличающаяся тем, что в блоке памяти микроконтроллера записана функциональная зависимость между грузовым моментом, коэффициентом загрузки грузоподъемного крана по грузовому моменту или вылетом грузозахватного органа и значениями измеряемых рабочих параметров грузоподъемного крана.