一種分布式大型門式起重機稱重系統的製作方法

2023-06-03 08:33:26 2

本發明涉及起重機安全控制技術領域，尤其是一種基於現場總線的分布式大型門式起重機稱重系統。

背景技術：

大型門式起重機稱重系統一般由稱重儀表主機、吊鉤稱重傳感器、信號變送器、通信電纜等組成，稱重儀表主機位於起重機司機室，吊鉤稱重傳感器、信號變送器位於上下小車內，起重機上的每個吊鉤均配置稱重傳感器，稱重傳感器安裝在上下小車內的吊鉤測力位置。稱重傳感器輸出的信號一般為模擬量電壓接入其附近的信號變送器，信號變送器將模擬量電流信號通過長距離電纜輸入稱重儀表主機。稱重儀表主機配置稱重顯示屏，顯示起重量數據等信息。主機儀表可輸出開關量信號和4~20ma模擬量或rs485總線信號，這些信號可供主機plc和安監系統調用。國家起重運輸機械質量監督檢驗中心等部門近年出臺「gb/t28264-2012《起重機械安全監控管理系統》」的國家規範中要求在大、中型起重機械推廣應用安全監控管理系統，起重機稱重系統作為起重機必須配置的安全保護和監控裝置，而起重機的稱重數據，作為安監系統的重要參數，可提高起重機安全性，方便追溯設備歷史工作狀態，滿足分析故障的要求。目前，國內大量需要加裝改造或者新裝安監系統的起重機必須採集起重機的稱重數據，作為安監系統的重要參數。

現有技術的安監系統長距離傳輸模擬信號存在著以下問題：

（1）大型門式起重機主梁跨度為100m~200m，因為電纜的移動敷設以及拉伸空間，上下小車通信電纜均大於其行程，若採用懸掛電纜方式，主梁跨度為100m~200m的起重機需要150m~300m長度的模擬量通信電纜。而稱重傳感器（變送器）的輸出信號以模擬量傳輸至稱重儀表主機，在長距離的模擬量傳輸中，電磁幹擾造成模擬信號的畸變失真，因為變頻器的動力電纜也在相鄰的拖鏈或懸掛電纜中，以及其它電磁幹擾源，造成稱重信號的失真，其直接影響是起重量顯示錯誤和稱重保護誤報警。

（2）安監系統通過稱重儀表採集稱重數據，接口通常為4~20ma模擬量或rs485總線，若信號採集選用模擬量方式，則存在模數-數模多次轉換，信號精度降低。目前行業內均為數位化儀表，稱重信號若通過模擬量傳輸，則存在數模二次轉換的情況，傳感器原始模擬信號在儀表內部進行數位化，將數位訊號轉為模擬量信號，然後通過模擬量接口傳輸到plc，模擬信號由plc將其轉化為數位訊號傳輸至安監系統，在此過程中模數-數模多次轉換，其信號精度必然降低。

（3）為了減少上述信號幹擾失真問題，業內也有電氣系統集成商將稱重系統整合到起重機整機電控系統（plc）中的方案設計，但由於稱重系統的重要性，若起重機主機控制系統出現軟硬體故障，集成的稱重系統會受到影響，嚴重影響整機安全性。

技術實現要素：

本發明的目的是針對現有技術的不足而設計的一種分布式大型門式起重機稱重系統，採用分組配置的模塊化設計和數位訊號傳輸，將稱重系統整合到起重機主機的電氣系統，數組稱重單元與主控儀表單元之間全部採用現場總線通信，並且通過光纖傳輸，信號傳輸無失真，抗電磁幹擾，安監系統可直接採集一次轉化數位訊號的稱重系統數據，且起重機主機plc無需增加通信接口轉化模塊或模擬量模塊，具有獲取原始數據精度高和系統擴展方便的優點，只需將新設備接入網絡，簡單配置即可組態，為大型門式起重機安全性提供重要保障。

本發明的目的是這樣實現的：一種分布式大型門式起重機稱重系統，包括起重機plc主機、主控儀表單元和稱重單元，其特點是稱重單元為數組且分別由第一光電轉換模塊和第二光電轉換模塊通過現場總線通信依次與主控儀表單元和起重機plc主機連接，所述稱重單元由稱重儀表主機與若干個吊鉤稱重傳感器和信號變送器組成，各吊鉤稱重傳感器由與其對應的信號變送器通過光纜與稱重儀表主機連接，稱重儀表主機由光纜與其對應的第一光電轉換模塊連接；所述第一光電轉換模塊將接入的電信號轉換為光信號後由光纜傳輸至第二光電轉換模塊；所述第二光電轉換模塊將接入的光信號轉換為電信號後由光纜依次傳輸至主控儀表單元和起重機plc主機。

所述稱重單元為數組是根據上、下小車數量進行的分組配置。

所述現場總線通信協議採用modbus、dp、devicenet、乙太網或can的通信協議。

所述主控儀表單元配置連接數組稱重單元的現場總線接口以及連接起重機plc主機的dp接口或乙太網接口。

本發明與現有技術相比具有獨立運行且與起重機整機電控系統進行數據通信，無長距離模擬量信號傳輸環節，使用光纖傳輸數位訊號，全局數位訊號傳輸，無失真，抗幹擾性能好，安監系統可直接採集一次轉化數位訊號的稱重系統數據，可獲取原始精度的數據，且起重機plc主機無需增加通信接口轉化模塊或模擬量模塊，全套稱重系統為獨立系統，其運行不受起重機主機系統影響，可靠性高，系統擴展方便，只需將新設備接入網絡，簡單配置即可組態，系統運行穩定，數據傳輸可靠，工程成本低，維護方便，為大型門式起重機安全性提供重要保障。

附圖說明

圖1為本發明結構示意圖；

圖2為稱重單元結構示意圖。

具體實施方式

參閱附圖1，本發明由起重機plc主機1、主控儀表單元2、第二光電轉換模塊3、第一光電轉換模塊4和稱重單元5組成，稱重單元5為數組且分別由第一光電轉換模塊4和第二光電轉換模塊3通過現場總線通信依次與主控儀表單元2和起重機plc主機1連接；所述稱重單元5由稱重儀表主機51與若干個吊鉤稱重傳感器53和信號變送器52組成，各吊鉤稱重傳感器53由與其對應的信號變送器52通過光纜與稱重儀表主機51連接；所述稱重儀表主機51由光纜與其對應的第一光電轉換模塊4連接；所述第一光電轉換模塊4將接入的電信號轉換為光信號後由光纜傳輸至第二光電轉換模塊3；所述第二光電轉換模塊3將接入的光信號轉換為電信號後由光纜依次傳輸至主控儀表單元2和起重機plc主機1；所述稱重單元5為數組是根據上、下小車數量進行的分組配置；所述現場總線通信協議採用modbus、dp、devicenet、乙太網或can的通信協議；所述主控儀表單元2配置連接數組稱重單元5的現場總線接口以及連接起重機plc主機1的dp接口或乙太網接口。

參閱附圖2，所述稱重單元5由稱重儀表主機51與若干個吊鉤稱重傳感器53和信號變送器52組成，各吊鉤稱重傳感器53由其對應的信號變送器52通過光纜與稱重儀表主機51連接；所述稱重儀表主機51由光纜與其對應設置的第一光電轉換模塊4連接。

本發明基於現場總線（通信鏈路）的分布採用分組配置和模塊化設計，其主要包括：起重機plc主機1、主控儀表單元2、第二光電轉換模塊3、第一光電轉換模塊4和稱重單元5以及現場總線（通信鏈路）部分。一部小車內（上小車或者下小車）配置一組稱重單元5，整機根據起重機的小車數量來配置分組數量，整機配置2~3組稱重單元。稱重單元5與主控儀表單元2之間全部採用現場總線通信，並且通過光纖傳輸，現場總線協議採用modbus、dp、devicenet、乙太網或can的通信協議；稱重和主控儀表為qcx系列，光電轉換模塊為tcf-142-m-sc，其配置如下：

（一）單組稱重單元配置

稱重單元5由稱重系統專業生產商提供，稱重單元主要由稱重儀表主機51、吊鉤稱重傳感器53和信號變送器52組成。稱重儀表主機51、信號變送器52和吊鉤稱重傳感器53全部設置在小車內，吊鉤稱重傳感器53安裝在小車內的吊鉤測力位置。吊鉤稱重傳感器53輸出的信號（一般為電壓）接入與其對應的信號變送器52，信號變送器52將重量信號通過電纜輸入稱重儀表主機51，並由稱重儀表主機51輸出稱重單元5採集的重量信號。稱重儀表主機51通過現場總線（光纖）將信號依次傳輸到單組對應設置的第一光電轉換模塊4和第二光電轉換模塊3，並由各第二光電轉換模塊3將該信號通過光纖傳輸至主控儀表單元2。由於單組的稱重單元5所有部件均位於小車內部，單路電纜長度均小於20m，其中，各單組的稱重單元5中的稱重儀表主機51、信號變送器52和吊鉤稱重傳感器53之間的模擬量傳輸電纜長度小於15m，所以電磁幹擾造成模擬信號的畸變失真小。

（二）主控儀表單元配置

主控儀表單元2由稱重系統專業生產商提供，主控儀表單元2配置現場總線接口可連接多組稱重單元5。主控儀表單元2提供所有稱重單元5的數據運算處理以及重量顯示和信號輸出功能，主控儀表單元2連接起重機plc主機1可配置dp接口或乙太網接口。

（三）整機稱重系統配置

整機稱重系統獨立於起重機主機電氣系統，以配有單臺上、下小車的起重機為例，整機稱重系統配置主要由設置在上小車的一稱重單元5和設置在下小車的另一稱重單元5、主控儀表單元2、第二光電轉換模塊3、第一光電轉換模塊4以及通信鏈路（光纖）等部分組成。兩稱重單元5分別位於上、下小車內，主控儀表單元2位於司機室，第二光電轉換模塊3、第一光電轉換模塊4和通信鏈路（光纖）均根據需要布置。稱重單元5的重量輸出信號以現場總線通信方式直接進入主控儀表單元2，由於長距離傳輸時通過光纖連接，因此這些信號可以認為無損耗的進入主控儀表單元2，同時起重機plc主機1與安監系統可直接從主控儀表單元2中採集稱重系統的數位訊號。

本發明基於現場總線（通信鏈路）的分布採用分組配置和模塊化設計，為獨立的稱重系統，其稱重系統由專業生產商提供，運行不受起重機主機系統影響，可靠性高。稱重系統專業生產商是擁有專業取證資質的，所以利用該方案的電氣系統集成商可以將已經認證的稱重系統直接用於起重機主機控制系統中而無需再次自行取證。

以上只是對本發明作進一步的說明，並非用以限制本專利，凡為本發明等效實施，均應包含於本專利的權利要求範圍之內。