Система управления грузоподъемного крана (варианты)

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в системах защиты и управления грузоподъемных кранов. Система управления содержит бортовой микропроцессорный блок управления и соединенные с ним исполнительное устройство, датчики параметров работы крана и органы управления. В системе используются средства идентификации поднимаемого и перемещаемого груза, выполненные в виде считывателя штрих-кода, нанесенного на груз, или радиометки, прикрепленной к грузу, и обеспечивающие возможность блокирования подъема и перемещения груза, превышающего грузоподъемность крана. Система может содержать датчики местоположения груза для реализации автоматической наводки грузозахватного органа на груз. Во втором варианте системы предусматривается ручной ввод в эту систему идентификатора или параметров груза и, при необходимости, координат конечной точки перемещения груза, с реализацией предотвращения перегрузки крана по грузовому моменту в этой точке и с оптимизацией траектории перемещения груза по различным критериям. В третьем варианте системы управления крана предусматривается блокирование освобождения груза грузозахватным органом в зависимости от текущего значения нагрузки крана, скорости перемещения и/или пространственного положения груза. Система управления в четвертом варианте оснащена проводным или беспроводным средством передачи сигналов от лица, расположенного вне грузоподъемного крана, в бортовой микропроцессорный блок управления, который выполнен с возможностью приема этих сигналов и их преобразования в предупреждающие световые и/или звуковые информационные сигналы и/или в сигналы блокирования движений крана. Изобретение обеспечивает повышение безопасности работы крана, его производительности и удобства управления краном. 4 н. и 20 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в системах контроля, защиты и управления грузоподъемных кранов.

Известно устройство для автоматического управления операциями по перемещению грузов на площадке складирования, содержащее бортовой компьютер, управляющий двигателями перемещения грузозахватного органа крана по соответствующим осям в зависимости от информации, поступающей с датчиков местоположения груза. Бортовой компьютер связан с центром управления посредством радиоканала [1].

Недостатком этого устройства является недостаточная безопасность работы крана, вызванная отсутствием его защиты от перегрузки и от столкновений с различными препятствиями при работе в стесненных условиях.

Известна также система управления грузоподъемного крана, содержащая бортовой микропроцессорный блок управления и подключенные к нему исполнительный блок (исполнительное устройство) и датчики параметров работы крана. Управление краном в этой системе осуществляется при помощи органов ручного управления, взаимодействующих с микропроцессорным блоком управления и с исполнительными устройствами крана [2].

В процессе работы крана бортовой микропроцессорный блок управления вычисляет текущие значения нагрузки и координат пространственного положения стрелы и грузозахватного органа крана, сравнивает вычисленные значения этих параметров с их допустимыми значениями и формирует, в зависимости от результатов этих сравнений, сигналы управления исполнительным устройством, направленные на блокирование опасных движений грузоподъемного крана. Благодаря этому в известной системе обеспечивается защита крана от перегрузки и от столкновений с различными препятствиями (координатная защита).

Однако данная система управления не предотвращает попытки подъема груза, превышающего максимальную грузоподъемность крана. Это, особенно с учетом возможных отказов системы управления (системы защиты), приводит к снижению безопасности его работы.

Кроме того, в известной системе не обеспечивается определение и реализация безопасной траектории перемещения груза, блокирование непреднамеренного освобождения груза при его перемещении, а также блокирование движений крана стропальщиком или иным лицом, находящимся вне грузоподъемного крана. Это также приводит к снижению безопасности работы крана.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предложенное техническое решение во всех вариантах его реализации, является повышение безопасности работы крана. Это достигается за счет:

- исключения возможности подъема и перемещения груза, превышающего грузоподъемность крана;

- обеспечения возможности остановки работы крана стропальщиком, диспетчером или иным лицом, имеющим возможность дистанционного контроля работы крана;

- вычисления и реализации безопасной траектории перемещения груза.

Дополнительными техническими результатами являются повышение производительности работы и удобства управления краном, уменьшение раскачивания груза при его перемещении, а также обеспечение документирования работы крана и контроля его работы со стационарного пункта.

В системе управления грузоподъемного крана, содержащей бортовой микропроцессорный блок управления и соединенное с ним или входящее в его состав, по меньшей мере, одно исполнительное устройство, а также органы управления краном, выполненные с возможностью передачи управляющих воздействий крановщика в бортовой микропроцессорный блок управления и/или на исполнительные устройства крана, этот технический результат достигается за счет дополнительного использования средства идентификации поднимаемого и/или перемещаемого груза и устройства проводной и/или беспроводной связи этого средства с бортовым микропроцессорным блоком управления, который выполнен с возможностью формирования сигналов блокирования или разрешения движений грузоподъемного крана в зависимости от сигналов идентификации груза. Указанные сигналы блокирования или разрешения движений крана передаются, по меньшей мере, на одно исполнительное устройство. Система может содержать датчики параметров работы крана, подключенные к бортовому микропроцессорному блоку управления. К ним относятся, в частности, датчики нагрузки и/или пространственного положения стрелы и/или грузозахватного органа крана. В этом случае бортовой микропроцессорный блок управления дополнительно осуществляет сравнение измеренных значений параметров работы крана с их предельно допустимыми значениями и формирование сигналов блокирования опасных движений крана в зависимости от результатов этого сравнения.

Для достижения указанного технического результата средство идентификации поднимаемого и/или перемещаемого груза может быть выполнено в виде считывателя штрих-кода, нанесенного на груз, или радиометки, прикрепленной к грузу или расположенной вблизи него. В этом случае бортовой микропроцессорный блок управления выполнен с возможностью формирования сигналов разрешения или блокирования движений крана с учетом возможности подъема и/или перемещения груза с принятым идентификатором из условия предотвращения перегрузки крана и/или соблюдения установленного порядка выполнения погрузочно-разгрузочных работ, представленного в памяти этого блока в виде набора идентификаторов грузов, разрешенных к подъему и/или перемещению краном.

Система может дополнительно содержать мобильный носитель информации, выполненный, в частности, в виде Flash-карты или накопителя Flash USB Drive, в который предварительно записан набор признаков или идентификаторов грузов, разрешенных к подъему и/или перемещению данным краном. При этом бортовой микропроцессорный блок управления выполнен с возможностью считывания этих идентификаторов.

В состав системы могут входить датчики местоположения груза, прикрепленные к грузу или расположенные вблизи него, и устройство считывания местоположения груза, установленное на кране и соединенное с бортовым микропроцессорным блоком управления краном, который выполнен с возможностью формирования сигналов управления исполнительными устройствами крана из условия обеспечения автоматического приближения грузозахватного органа крана к грузу.

Во втором варианте системы управления грузоподъемного крана, содержащей бортовой микропроцессорный блок управления и соединенное с ним или входящее в его состав, по меньшей мере, одно исполнительное устройство, а также, по меньшей мере, один орган управления краном, выполненный с возможностью передачи управляющих воздействий крановщика в бортовой микропроцессорный блок управления и/или, по меньшей мере, на одно исполнительное устройство крана, указанный технический результат достигается тем, что бортовой микропроцессорный блок управления выполнен с возможностью ввода в него крановщиком идентификатора или, по меньшей мере, одного признака или параметра груза, с возможностью формирования сигналов блокирования или разрешения движений грузоподъемного крана в зависимости от значения этого идентификатора, признака или параметра груза, и с возможностью передачи этих сигналов, по меньшей мере, на одно исполнительное устройство.

Для достижения необходимого технического результата бортовой микропроцессорный блок управления может быть дополнительно выполнен с возможностью ввода в него координат конечной точки перемещения груза, с возможностью определения значения грузового момента крана в этой точке, сравнения этого значения с максимально допустимым значением грузового момента крана и формирования дополнительного сигнала блокирования или разрешения движений крана в зависимости от результатов этого сравнения. В этом случае возможно вычисление траектории перемещения груза из условия обеспечения перемещения груза в пределах предварительно заданной безопасной зоны разрешенных положений грузозахватного органа крана, и/или наименьшего времени перемещения груза, и/или минимального раскачивания груза при его перемещении краном, с последующим формированием сигналов управления исполнительными устройствами для реализации указанной траектории.

В этом варианте системы бортовой микропроцессорный блок управления оснащен дополнительными органами управления для ввода в него крановщиком идентификатора, признака или параметра груза, и/или координат конечной точки перемещения груза и, при необходимости, дисплеем, позволяющим осуществлять отображение на его экране положения грузозахватного органа крана или груза, подлежащего подъему и перемещению, и/или положения конечной точки его перемещения груза, и/или карты складирования грузов.

В третьем варианте системы, содержащей бортовой микропроцессорный блок управления и соединенное с ним или входящее в его состав, по меньшей мере, одно исполнительное устройство, датчики нагрузки и/или пространственного положения стрелы и/или грузозахватного органа крана, а также, по меньшей мере, один орган управления краном, указанный технический результат достигается тем, что исполнительное устройство выполнено с возможностью управления захватом и/или освобождением груза грузозахватным органом, а бортовой микропроцессорный блок управления выполнен с возможностью формирования сигналов блокирования освобождения груза в зависимости от текущего значения нагрузки крана, и/или скорости перемещения, и/или пространственного положения стрелы и/или грузозахватного органа крана.

В частности, бортовой микропроцессорный блок управления выполнен с возможностью блокирования освобождения груза при наличии движения стрелы и/или грузозахватного органа крана, и/или при значении нагрузки крана, превышающей заранее установленную величину, либо блокирования этого освобождения в пределах предварительно заданной области пространственного положения стрелы и/или грузозахватного органа крана. Параметры этой области могут быть заданы крановщиком при помощи органов управления или введены с мобильного носителя информации, выполненного, в частности, в виде Flash-карты или накопителя Flash USB Drive.

В четвертом варианте системы управления, содержащей бортовой микропроцессорный блок управления, по меньшей мере, одно исполнительное устройство, датчики параметров работы крана, а также, по меньшей мере, один орган управления краном, указанный технический результат достигается тем, что эта система дополнительно оснащена информационным табло, выполненным с возможностью считывания с него информации о параметрах и/или режимах работы крана стропальщиком, или диспетчером, или иным лицом, расположенным вне грузоподъемного крана, и/или проводным или беспроводным средством передачи этой информации на персональный компьютер этого лица или в компьютерную сеть.

Информационное табло выполнено в виде цифрового, графического или символьного дисплея, расположенного на грузоподъемном кране с возможностью считывания выведенной на него информации лицом, находящимся в зоне работы крана. Средство передачи информации о параметрах и/или режимах работы крана, в частности о нагрузке и/или пространственном положении стрелы и/или грузозахватного органа крана, на персональный компьютер или в компьютерную сеть реализовано, в частности, в виде радиомодема.

Для достижения указанного технического результата система дополнительно может быть оснащена проводным или беспроводным средством передачи сигналов от лица, расположенного вне грузоподъемного крана, в бортовой микропроцессорный блок управления, выполненный с возможностью приема этих сигналов их преобразования в предупреждающие световые и/или звуковые информационные сигналы или в сигналы блокирования движений крана.

Бортовой микропроцессорный блок управления в любом варианте исполнения системы может дополнительно содержать блок энергонезависимой памяти для записи в него параметров работы крана и, при необходимости, идентификаторов, признаков, параметров груза и координат конечной точки перемещения груза. Этот блок выполнен с возможностью считывания и передачи записанных в него данных на стационарную ЭВМ в случае необходимости.

Сущность предложенного изобретения заключается в обеспечении безопасности работы крана путем предупреждения возникновения опасных режимов его работы, а не блокирования движений крана при достижении предельно-допустимых значений параметров его работы.

Для этого в системе управления крана используются средства идентификации поднимаемого и/или перемещаемого груза, либо ручной ввод в эту систему идентификатора или параметров груза и, при необходимости, координат конечной точки перемещения груза. Благодаря этому обеспечивается возможность заблаговременного определения возможности подъема и перемещения груза и, соответственно, предотвращение попыток подъема и перемещения груза, превышающего грузоподъемность крана. Блокирование освобождения груза грузозахватным органом в зависимости от текущего значения нагрузки крана, скорости перемещения и/или пространственного положения груза, также обеспечивает предупреждение возникновения аварийных ситуаций при работе крана. Предупреждение возникновения опасных режимов работы крана, благодаря наличию информационного табло или средств передачи данных на персональный компьютер или в компьютерную сеть, осуществляется также путем формирования предупреждающих сигналов или сигналов блокирования движений крана стропальщиком или каким-либо другим лицом, расположенным вне грузоподъемного крана. Поэтому отличительные признаки предложенной системы управления крана во всех вариантах ее исполнения находятся в прямой причинно-следственной связи с повышением безопасности его работы.

Применение датчиков местоположения груза для автоматической наводки на него грузозахватного органа, реализация оптимальной траектории перемещения груза, применение дисплея, отображающего на экране положение груза, конечную точку его перемещения и карту складирования грузов, а также реализация передачи данных от крана на персональный компьютер или в компьютерную сеть, имеют своим следствием достижение дополнительных технических результатов - повышение производительности, удобства управления краном, уменьшение раскачивания груза при его перемещении, документирование работы крана и контроль его работы со стационарного поста.

На чертеже в качестве примера приведена одна из возможных функциональных схем системы управления грузоподъемного крана.

Система содержит размещенный на кране бортовой микропроцессорный блок управления 1 и соединенное с ним или входящее в его состав, по меньшей мере, одно исполнительное устройство 2 приводов механизмов крана 3.

Управление краном (пуск/останов и регулирование скорости перемещения различных механизмов крана 3, включая управление захватом и освобождением груза грузозахватным органом) осуществляется при помощи органов (органа) управления краном 4, реализованных в виде электрических аппаратов (контроллеров), рычагов управления гидравлическими распределителями крана и т.п. Воздействия крановщика по управлению краном передаются от органов управления 4 в виде электрических сигналов в бортовой микропроцессорный блок управления 1. Эти воздействия могут также непосредственно передаваться на исполнительные устройства крана 2, например, на управляющие элементы (валики, золотники) гидравлических распределителей, приводные элементы фрикционных муфт и т.п.

Параметры и режимы работы грузоподъемного крана контролируются датчиками 5. Конкретный набор датчиков, использованных в системе, зависит от варианта реализации предложенной системы управления и от типа грузоподъемного крана - мостовой или стреловой кран, кран с телескопической или решетчатой стрелой, с гидравлическим или канатным приводом механизма подъема стрелы и т.д. Датчики 5, в общем случае, включают в себя датчики нагрузки - датчик усилия в грузовом или стреловом канате или датчики давлений в гидроцилиндре подъема стрелы, датчики пространственного положения стрелы и грузозахватного органа (груза) - датчик угла подъема (наклона) стрелы, датчик длины стрелы, датчик угла поворота поворотной площадки крана (датчик азимута), датчик предельного подъема грузозахватного органа, датчик приближения к линии электропередачи и т.п., а также датчики положений органов управления 4 исполнительными механизмами 3, датчики положений выносных опор и т.д.

Датчики 5 могут быть объединены в группы по месту их расположения на грузоподъемном кране, например, на головке телескопируемой стрелы, на ее корневой секции, на неповоротной части крана и т.д. В этом случае каждая группа датчиков снабжается контроллером, реализованным на микроконтроллере и осуществляющим преобразование по уровню, усиление, нормирование и/или обработку выходных сигналов этих датчиков - фильтрацию, термокомпенсацию, лианеризацию и т.д.

Бортовой микропроцессорный блок управления 1, который может именоваться также блоком обработки данных, блоком индикации, центральным контроллером, пультом оператора-крановщика и т.п., выполнен, преимущественно, на основе микроконтроллера 6. В его состав могут входить органы управления системой управления и защиты крана 7, графический или символьный дисплей 8 или иное устройство индикации, энергонезависимый блок памяти (регистратор параметров) 9, устройство звуковой сигнализации 10, устройство ввода/вывода информации 11 и, при необходимости, другие устройства. К ним относятся, в частности, часы реального времени, подключенные непосредственно к микроконтроллеру 6 или к устройству ввода/вывода информации 11. Часть указанных устройств может не входить в бортовой микропроцессорный блок управления 1 и подключаться к устройству ввода/вывода информации 11 как внешние устройства блока 1.

Устройство ввода/вывода информации 11 обеспечивает согласование входных и выходных сигналов микроконтроллера 6 с другими функциональными устройствами системы и выполнено на базе интерфейсных микросхем. Передача сигналов в системе, в зависимости от варианта исполнения устройства ввода/вывода информации 11 и интерфейсных схем подключенных к нему устройств, осуществляется по радиальной схеме при помощи отдельных проводов, по мультиплексному каналу обмена данными (CAN, LIN, RS-485 и т.д.) и/или по радиоканалу (Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee, GSM, CDMA и т.д.). В последнем случае во всех подключаемых устройствах, включая датчики 5, устанавливаются приемопередатчики с соответствующими антеннами.

Органы управления 7 выполнены в виде набора кнопок/клавиш, переключателей, сенсорного экрана дисплея 8 и т.п.

Дисплей (устройство индикации) 8 может быть размещен как в бортовом микропроцессорном блоке управления 1, так и вне его. Используется, преимущественно, символьный или графический жидкокристаллический дисплей и/или набор светодиодных индикаторов.

Система может дополнительно содержать блок энергонезависимой памяти (регистратор параметров) 9 грузоподъемного крана, встроенный в бортовой микропроцессорный блок управления 1 и/или съемный (внешний). Он выполняется, преимущественно, в виде блока энергонезависимой Flash памяти.

Устройство звуковой сигнализации 10 содержит акустический преобразователь с усилителем мощности (при необходимости, с синтезатором звуковых или речевых сигналов).

Исполнительные устройства 2, которые могут именоваться также выходными устройствами, выполнены раздельно или объединены в общий электрический, электронный, электрогидравлический, электропневматический или электромеханический блок, именуемый выходным или силовой блоком, блоком управления, блоком расширения, выходным контроллером и т.п. Усилители мощности в системе - силовые электромагнитные реле или силовые электронные ключи электрогидравлических, электромеханических или к электропневматических исполнительных устройств 2 приводов механизмов крана 3, могут входить как в их состав, так и в состав устройства ввода/вывода информации 11. При необходимости, они могут содержать микроконтроллер и/или какую-либо интерфейсную схему для проводной или беспроводной связи с блоком управления 1.

Система управления, в зависимости от варианта ее исполнения, может содержать средство идентификации или определения местоположения 12 поднимаемого и/или перемещаемого груза 13, связанное с бортовым микропроцессорным блоком управления 1 посредством устройства проводной и/или беспроводной связи 14.

Средство идентификации 12 выполнено в виде считывателя штрих-кода, нанесенного на груз 13, или радиочастотной (RFID) метки, прикрепленной к грузу или расположенной вблизи него. В варианте исполнения с определением местоположения груза, это устройство 12 выполнено в виде прикрепленного к грузу или расположенного вблизи этого груза приемника сигналов спутников глобальной системы определения местоположения, например GPS (Global Position System) системы Navstar или Российской «Глонас» (глобальной навигационной системы), или какого-либо другого устройства, например приемопередающего устройства с аппаратным ядром, способным определить местоположение этого устройства (приемопередатчика СС2431 компании Chipcon AS и т.п.). В этом случае на кране (на грузозахватном органе, на подвижной обойме грузового полиспаста и т.д.) устанавливается устройство считывания местоположения груза, соединенное с бортовым микропроцессорным блоком управления краном 1. Это устройство входит в состав датчиков 5 и на чертеже отдельно не показано.

Бортовой микропроцессорный блок управления 1 в общем случае выполнен с возможностью ручного ввода в него, при помощи органов управления 7, идентификаторов или признаков грузов, параметров грузов, координат конечных точек перемещения груза, параметров разрешенной зоны работы крана и параметров допустимой зоны освобождения груза грузозахватным органом. Ввод этих параметров возможен также с внешнего устройства связи 14 или с мобильного носителя информации, например, Flash-карты или накопителя Flash USB Drive, который подключается к устройству ввода/вывода информации 11 или непосредственно к микроконтроллеру 6, если этот микроконтроллер содержит встроенный интерфейс мобильного носителя информации.

В состав системы может входить информационное табло 15, размещенное на кране или на каком-либо ином объекте и выполненное с возможностью считывания с него информации о параметрах и/или режимах работы крана стропальщиком, или диспетчером, или иным лицом, расположенным вне грузоподъемного крана, преимущественно в его рабочей зоне. Соответственно, это информационное табло 15 подключено к устройству ввода/вывода информации 11 или соединено с бортовым микропроцессорным блоком управления 1 посредством проводного или беспроводного устройства связи 14 или иного интерфейсного устройства. Информация о параметрах и режимах работы крана через проводное или беспроводное устройство связи 14 может также передаваться на персональный компьютер или в компьютерную сеть.

В распоряжение стропальщика, диспетчера, или иного лица, работающего вне грузоподъемного крана и имеющего возможность наблюдать информационное табло или считывать информацию о работе крана с монитора компьютера, может быть передано проводное или беспроводное средство передачи сигналов с пультом управления, клавиатурой и т.п. (на чертеже условно не показано). Эти сигналы передаются в бортовой микропроцессорный блок управления 1 при помощи устройства связи 14 и используются для формирования предупреждающих световых и/или звуковых информационные сигналов или сигналов блокирования движений крана.

Система управления краном работает следующим образом.

Перед началом работы грузоподъемного крана в память микроконтроллера 6 бортового микропроцессорного блока управления 1 или в его блок памяти 9 предварительно записываются величины нагрузок, допустимых для различных пространственных положений ее стрелы или грузозахватного органа. Эти величины определятся при проектировании крана или его системы управления и представлены, например, в виде грузовых характеристик машины.

При помощи органов управления 7 крановщик осуществляет ввод в память микропроцессорного блока 1 параметров, определяющих режимы работы грузоподъемного крана - положение выдвижных опор, степень запасовки грузового полиспаста, наличие, длину и угол наклона гуська и т.д., если ввод этих параметров необходим для данного типа и модели грузоподъемного крана. Аналогичным образом крановщик, при необходимости, вводит параметры координатной защиты, определяющие зону допустимых положений грузоподъемного (стрелового) оборудования. Введенные параметры также сохраняются в блоке памяти 9 или в памяти микроконтроллера 6.

Во время работы крана крановщик воздействует на органы управления краном 4, обеспечивая пуск/останов и регулирование скорости движений отдельных механизмов крана 3 - подъем и опускание стрелы, подъем и опускание груза лебедкой, поворот платформы грузоподъемного крана и т.д.

Перед началом подъема груза система управления выявляет возможность этого подъема и последующего перемещения груза. Для этого в распоряжение стропальщика передается устройство считывания идентификатора поднимаемого груза 12, например, сканер штрих-кода, нанесенного на груз, или считыватель радиометки. Считанный стропальщиком идентификатор груза с использованием устройства связи 14 передается в бортовой микропроцессорный блок управления 1. Возможно также автоматическое считывание идентификатора груза при помощи считывателя или сканера, расположенного на кране.

С использованием полученного идентификатора микроконтроллер 6 микропроцессорного блока управления 1 определяет возможность подъема и/или перемещения данного груза. Критерии возможности такого подъема/перемещения могут быть различными.

В частности, идентификатор может содержать информацию о массе поднимаемого груза. В этом случае микроконтроллер 6 сравнивает эту информацию со значением максимально допустимой массы поднимаемого груза в данной точке грузовой характеристики крана и далее осуществляет блокирование подъема груза, если масса груза превышает грузоподъемность крана. Благодаря этому предотвращается попытка подъема недопустимо большого груза, что повышает безопасность работы крана.

Идентификатор может содержать также признаки типа или размеров груза. В этом случае микроконтроллер 6 осуществляет анализ возможности подъема и перемещения груза с использованием других критериев - в соответствии с производственным заданием или установленным порядком выполнения погрузочно-разгрузочных работ исходя из параметров (размеров) загружаемого транспортного средства или площадки складирования и т.д.

Набор идентификаторов или признаков грузов, разрешенных к подъему и/или перемещению краном, может быть введен крановщиком при помощи органов управления 7. Крановщик может ввести, например, тип, марку или размеры поднимаемого груза - контейнера, железобетонной плиты перекрытия, упакованного металла и т.п. Этот набор идентификаторов может быть также считан с мобильного носителя информации, например, с Flash-карты или с накопителя Flash USB Drive, в который эти идентификаторы предварительно записаны. Возможна также передача этих идентификаторов или признаков в блок управления 1 из компьютерной сети через устройство связи 14.

Далее микроконтроллер 6 аналогичным образом, осуществляя сравнение полученного идентификатора груза с предварительно записанным в памяти блока управления 1 набором идентификаторов грузов, разрешенных к подъему и/или перемещению данным краном, формирует сигналы разрешения или запрета подъема данного груза. При этом, в случае необходимости, микроконтроллер осуществляет расчеты параметров груза. Например, на основании значений введенных параметров или размеров груза вычисляет его вес с целью дальнейшего сравнения веса груза с максимально допустимой грузоподъемностью крана.

Если система дополнительно содержит датчики параметров работы крана 5, то в процессе подъема и перемещения груза микроконтроллер 6 блока управления 1, работая по программе, записанной в его встроенной памяти программ или в блоке памяти 9, осуществляет обмен информацией с датчиками 5 по общей мультиплексной линии связи или по отдельным проводам. После получения информации от датчиков 5 микроконтроллер 6 определяет действительные значения параметров работы грузоподъемного крана, включая текущую нагрузку и фактическое положение его грузоподъемного оборудования. Далее микроконтроллер 6 осуществляет сравнение текущего положения грузоподъемного оборудования (стрелы или грузозахватного органа) с пороговыми уровнями, заданными крановщиком при введении параметров координатной защиты, а также сравнение текущей нагрузки с запомненной допустимой нагрузкой для текущего пространственного положения стрелы или грузозахватного органа. В зависимости от результатов этого сравнения, т.е. при приближении стрелы к границам разрешенной зоны работы по координатной защите или в случае превышения максимально допустимой нагрузки, блок управления 1 формирует предупреждающие сигналы, поступающие на дисплей 8 и на устройство звуковой сигнализации 10, и сигнал отключения работающего в данный момент механизма 3, который через исполнительное устройство 2 блокирует данное движение грузоподъемного крана. Благодаря этому осуществляется координатная защита и защита крана от перегрузки.

Управление механизмами крана может осуществляться не только при помощи органов управления краном 4, но и автоматически. В частности - в режиме автоматической наводки грузозахватного органа крана на груз. В этом случае система дополнительно содержит датчики местоположения груза, прикрепленные к грузу или размещенные вблизи него. Устройство считывания местоположения груза, установленное на кране, передает данные о местоположении груза в микроконтроллер 6. Далее микроконтроллер 6, осуществляя сравнение координат текущего пространственного положения грузозахватного органа крана, контролируемых при помощи датчиков 5, с координатами груза, формирует сигналы управления исполнительными устройствами крана 2 из условия обеспечения автоматического приближения грузозахватного органа крана к грузу. В этом случае крановщик при помощи органов управления краном 4 осуществляет лишь его пуск в работу и остановку при возникновении нештатных ситуаций.

С использованием органов управления 7 крановщик может ввести в бортовой блок управления 1 координаты конечной точки перемещения груза. Для удобства работы крановщика в этом режиме, введенные координаты, рабочая зона крана и, при необходимости, схематичное изображение механизмов самого крана, могут быть отображены на графическом дисплее 8. Удобным для крановщика вариантом реализации этого отображения является формирование на экране дисплея 8 карты складирования груза одновременно с положением рабочего органа крана (перемещаемого груза).

Микроконтроллер 6, после получения значений этих координат, с использованием математической модели крана осуществляет вычисление прогнозируемого значения грузового момента крана с данным грузом в случае его перемещения в заданную конечную точку. В случае, если это значение превышает максимально допустимое грузового момента крана в этой точке, микроконтроллер 6 осуществляет блокирование движений крана. Благодаря этому осуществляется автоматическое предотвращение попыток перемещения груза в зону, в которую данный груз не может быть перемещен из-за перегрузки крана по грузовому моменту.

Перемещение груза в заданную конечную точку его перемещения может осуществляться автоматически. В этом случае, после пуска крана в работу при помощи органов управления краном 4, бортовой микропроцессорный блок управления 1 с использованием математической модели крана вычисляет необходимую траекторию перемещения груза из условия перемещения груза в пределах предварительно заданной зоны разрешенных положений грузозахватного органа крана (с использованием предварительно введенных параметров координатной защиты), из условия наименьшего времени перемещения груза, или минимального раскачивания груза при перемещении, или какого-либо иного критерия оптимальности этой траектории, составленного в виде комбинации указанных критериев. Траектория, в общем случае, включает в себя как пространственные перемещения, так и кривые разгона и торможения грузозахватного органа крана с грузом.

После вычисления траектории микроконтроллер 6 определяет направление и скорость перемещения крана и его грузозахватного органа и выдает через устройство ввода/вывода информации 11 соответствующие команды на исполнительные устройства крана 2. Далее, в процессе перемещения крана блок управления 1 периодически сравнивает текущее местоположение крана, определяемое при помощи датчиков 5, с координатами вычисленной траектории его перемещения и корректирует сигналы управления исполнительными устройствами 2, реализуя эту траекторию.

Оптимальная траектория перемещения груза, включая его разгон и торможение, зависит от массы груза на грузозахватном органе. Поскольку система управления оснащена датчиком нагрузки крана 5, микропроцессорный блок 1 имеет возможность рассчитывать и реализовывать эту траекторию из условия обеспечения не только безопасной работы крана, но и минимального времени перемещения груза (максимальной производительности крана), а также минимального раскачивания груза при его перемещении.

Во время перемещения груза по оптимальной траектории крановщик, обладая приоритетом в управлении краном, при помощи дисплея 8 контролирует этот процесс и, при необходимости, корректирует его при помощи органов управления краном 4.

С целью дальнейшего повышения безопасности работы крана, оборудованного устройством управления захватом и освобождением груза грузозахватным органом, бортовой микропроцессорный блок управления 1 дополнительно формирует сигналы блокирования освобождения груза в зависимости от нагрузки крана, скорости перемещения груза или его пространственного положения.

Логика работы системы в этом режиме определяется при проектировании системы управления краном с учетом технологии производства грузоподъемных работ, особенностей конструкции крана и базируется, в частности, на недопустимости освобождения груза в процессе его перемещения, недопустимости освобождения подвешенного на грузовых канатах груза, подлежащего укладке и т.д. Эта логика отражена в программе работы микроконтроллера 6 и реализуется этим микроконтроллером с использованием выходных сигналов датчиков 5, математической модели крана и введенных параметров зоны освобождения груза (погрузочно/разгрузочных площадок).

При этом область пространственного положения груза (стрелы и/или грузозахватного органа крана), в которой запрещено его освобождение, а также значения скоростей перемещения груза и нагрузок на кран, при которых запрещено освобождение груза, могут быть заданы крановщиком, введены с мобильного носителя информации (Flash-карты или накопителя Flash USB Drive) или получены от компьютерной сети через устройство связи 14.

Еще один вариант технической реализации системы управления краном, обеспечивающей повышенную безопасность его работы, базируется на предотвращении опасных режимов работы крана не только крановщиком и автоматизированной системой управления крана, но и стропальщиком, диспетчером или иным лицом, расположенным вне грузоподъемного крана. Для обеспечения такой возможности система дополнительно оснащается цифровым, символьным или графическим дисплеем - информационным табло 15, с которого это лицо считывает информацию о параметрах и/или режимах работы крана, в частности, о нагрузке и/или пространственном положении стрелы и/или грузозахватного органа крана. Эта возможность может быть также реализована за счет оснащения системы проводным или беспроводным средством передачи этой информации 14 на персональный компьютер или в компьютерную сеть (в диспетчерский центр, в центр управления и т.п.).

В этом случае стропальщик, диспетчер или иное лицо, находящееся в зоне работы крана и считывающее с информационного табло информацию о работе крана, либо лицо, наблюдающее за работой крана на мониторе компьютера, в случае выявления опасной эволюции крана или возникновения опасных режимов его работы, передает крановщику сигнал о необходимости остановки работы крана, либо блокирует его работу с использованием дополнительного пульта управления краном, находящегося в его распоряжении.

Первый вариант реализуем в случае нахождения этого лица в зоне работы крана и, соответственно, при наличии возможность прямой передачи сигналов крановщику (при наличии визуального контакта с ним).

Во втором варианте в состав системы управления краном дополнительно вводится средство передачи дополнительных сигналов блокирования движений краном. Эти сигналы, после передачи в микроконтроллер 6 через устройство связи 14, преобразуются в предупреждающие световые и звуковые информационные сигналы, и/или в сигналы блокирования движений крана.

Одновременно с реализацией функций защиты и управления краном микроконтроллер 6 микропроцессорного блока управления 1 производит первичную обработку и преобразование полученной с датчиков 5 информации с целью подготовки необходимых оперативных данных о работе грузоподъемного крана для записи в блок памяти 9 (в память регистратора). К ним относятся, в частности, данные о нагрузке на грузозахватном органе, о координатах груза относительно, об управляющих воздействиях крановщика, о состоянии и работоспособности узлов и механизмов крана, о срабатывании ограничений (блокировок) отдельных движения грузоподъемного крана и другие параметры.

Одновременно с записью этих данных в блок памяти (в регистратор параметров) 9 микроконтроллер 6 обеспечивает также запись в этот блок идентификаторов, признаков или параметров груза, координат траекторий перемещения грузов, включая конечные точки этих траекторий, суммарной массы перемещенных грузов и т.п.

При необходимости считывания записанных данных к устройству ввода/вывода информации 11 подключается переносное устройство считывания (на чертеже условно не показано). Микроконтроллер 6, в соответствии с программой его работы, выявляет факт подключения переносного устройства считывания и автоматически осуществляет перезапись или копирование данных из блока памяти 9 в энергонезависимое запоминающее устройство (в Flash-память) устройства считывания. Далее переносное устройство считывания отключается от блока управления 1 и подключается к ЭВМ, которая аналогичным образом выявляет подключение к ней устройства считывания и осуществляет перенос (перезапись) данных из энергонезависимой Flash-памяти в эту ЭВМ для последующей (вторичной) обработки.

При необходимости данные регистратора параметров могут быть переданы на стационарный персональный компьютер или в компьютерную сеть с помощью проводного или беспроводного устройства связи 14.

В данном описании схематично приведены лишь частные варианты реализации предложенной системы управления грузоподъемного крана. Изобретение охватывает другие возможные варианты его исполнения и их эквиваленты без отступления от сущности изобретения, изложенной в его формуле.

Источники информации

1. FR 2540087 A1, B66C 13/46, 13/48, 13/18, 03.08.1984.

2. RU 2282577 C2, B66C 23/88, 15/00, 27.08.2006.

1. Система управления грузоподъемного крана, содержащая бортовой микропроцессорный блок управления и соединенное с ним или входящее в его состав, по меньшей мере, одно исполнительное устройство, а также, по меньшей мере, один орган управления краном, выполненный с возможностью передачи управляющих воздействий крановщика в бортовой микропроцессорный блок управления и/или, по меньшей мере, на одно исполнительное устройство крана, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит средство идентификации поднимаемого и/или перемещаемого груза, устройство проводной и/или беспроводной связи этого средства с бортовым микропроцессорным блоком управления, который выполнен с возможностью передачи указанных сигналов блокирования или разрешения движений крана, по меньшей мере, на одно исполнительное устройство, а также с возможностью формирования сигналов блокирования или разрешения этих движений крана в зависимости от сигналов идентификации груза из условия предотвращения перегрузки крана при подъеме, и/или перемещении груза с принятым идентификатором, и/или из условия соблюдения установленного порядка выполнения погрузочно-разгрузочных работ, представленного в памяти бортового микропроцессорного блока управления в виде набора идентификаторов грузов, разрешенных к подъему и/или перемещению данным краном.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит, по меньшей мере, один датчик параметров работы крана, подключенный к бортовому микропроцессорному блоку управления.

3. Система по п.2, отличающаяся тем, что датчики параметров работы крана выполнены с возможностью измерения его нагрузки, и/или пространственного положения стрелы, и/или грузозахватного органа, а бортовой микропроцессорный блок управления выполнен с возможностью сравнения их текущих значений с предельно допустимыми и формирования сигналов блокирования движений крана в зависимости от результатов этого сравнения.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что средство идентификации поднимаемого и/или перемещаемого груза выполнено в виде считывателя штрих-кода, нанесенного на груз, или радиочастотной метки, прикрепленной к грузу или размещенной вблизи него.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит мобильный носитель информации, в который предварительно записан набор идентификаторов грузов, разрешенных к подъему и/или перемещению данным краном, а бортовой микропроцессорный блок управления выполнен с возможностью считывания этих идентификаторов.

6. Система по п.5, отличающаяся тем, что мобильный носитель информации выполнен в виде Flash-карты или накопителя Flash USB Drive.

7. Система по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит датчики местоположения груза, прикрепленные к грузу или размещенные вблизи него, и устройство считывания местоположения груза, установленное на кране и соединенное с бортовым микропроцессорным блоком управления краном, который выполнен с возможностью формирования сигналов управления исполнительными устройствами крана из условия обеспечения автоматического приближения грузозахватного органа крана к грузу.

8. Система по одному из пп.1-7, отличающаяся тем, что бортовой микропроцессорный блок управления дополнительно содержит блок энергонезависимой памяти и выполнен с возможностью записи в этот блок параметров работы крана с возможностью считывания и передачи записанных данных на стационарную ЭВМ в случае необходимости.

9. Система управления грузоподъемного крана, содержащая бортовой микропроцессорный блок управления и соединенное с ним или входящее в его состав, по меньшей мере, одно исполнительное устройство, а также, по меньшей мере, один орган управления краном, выполненный с возможностью передачи управляющих воздействий крановщика в бортовой микропроцессорный блок управления и/или, по меньшей мере, на одно исполнительное устройство крана, отличающаяся тем, что бортовой микропроцессорный блок управления выполнен с возможностью ввода в него крановщиком идентификатора или, по меньшей мере, одного признака или параметра груза, с возможностью формирования сигналов блокирования или разрешения движений грузоподъемного крана в зависимости от значения этого идентификатора, или признака, или параметра груза.

10. Система по п.9, отличающаяся тем, что бортовой микропроцессорный блок управления дополнительно выполнен с возможностью ввода в него координат конечной точки перемещения груза, с возможностью определения значения грузового момента крана в этой точке, сравнения этого значения с максимально-допустимым значением грузового момента крана и формирования дополнительного сигнала блокирования или разрешения движений крана в зависимости от результатов этого сравнения.

11. Система по п.9 или 10, отличающаяся тем, что бортовой микропроцессорный блок управления дополнительно выполнен с возможностью вычисления траектории перемещения груза из условия обеспечения перемещения груза в пределах предварительно заданной зоны разрешенных положений грузозахватного органа крана, и/или наименьшего времени перемещения груза, и/или минимального раскачивания груза при перемещении, и с возможностью формирования сигналов управления исполнительными устройствами, соответствующих упомянутой траектории перемещения.

12. Система по п.9 или 10, отличающаяся тем, что бортовой микропроцессорный блок управления оснащен дополнительными органами управления, обеспечивающими возможность ввода в этот блок крановщиком идентификатора, или признака, или параметра груза, и/или координат конечной точки перемещения груза.

13. Система по п.9 или 10, отличающаяся тем, что бортовой микропроцессорный блок управления дополнительно оснащен дисплеем и выполнен с возможностью отображения на этом дисплее положения груза, подлежащего подъему и перемещению, и/или положения конечной точки перемещения груза, и/или карты складирования грузов, и/или положения грузозахватного органа крана.

14. Система по п.9 или 10, отличающаяся тем, что бортовой микропроцессорный блок управления дополнительно содержит блок энергонезависимой памяти и выполнен с возможностью записи в этот блок идентификаторов, и/или признаков, и/или параметров груза, и/или координат конечной точки перемещения груза, с возможностью считывания и передачи записанных данных на стационарную ЭВМ в случае необходимости.

15. Система управления грузоподъемного крана, содержащая бортовой микропроцессорный блок управления и соединенное с ним или входящее в его состав, по меньшей мере, одно исполнительное устройство, датчики нагрузки, и/или пространственного положения стрелы, и/или грузозахватного органа крана, а также, по меньшей мере, один орган управления краном, выполненный с возможностью передачи управляющих воздействий крановщика в бортовой микропроцессорный блок управления и/или, по меньшей мере, на одно исполнительное устройство крана, отличающаяся тем, что исполнительное устройство выполнено с возможностью управления захватом и/или освобождением груза грузозахватным органом, а бортовой микропроцессорный блок управления выполнен с возможностью формирования сигналов блокирования освобождения груза в зависимости от текущего значения нагрузки крана, и/или скорости перемещения, и/или пространственного положения стрелы, и/или грузозахватного органа крана.

16. Система по п.15, отличающаяся тем, что бортовой микропроцессорный блок управления выполнен с возможностью блокирования освобождения груза при наличии движения стрелы, и/или грузозахватного органа крана, и/или при значении нагрузки крана, превышающей заранее установленную величину.

17. Система по п.15, отличающаяся тем, что бортовой микропроцессорный блок управления выполнен с возможностью блокирования освобождения груза в пределах предварительно заданной области пространственного положения стрелы и/или грузозахватного органа крана.

18. Система по п.15 или 17, отличающаяся тем, что бортовой микропроцессорный блок управления выполнен с возможностью задания крановщиком параметров области пространственного положения стрелы и/или грузозахватного органа крана с запрещенным освобождением груза, или с возможностью ввода этих параметров с мобильного носителя информации.

19. Система по п.18, отличающаяся тем, что мобильный носитель информации выполнен в виде Flash-карты или накопителя Flash USB Drive.

20. Система по одному из пп.15-17 или 19, отличающаяся тем, что бортовой микропроцессорный блок управления дополнительно содержит блок энергонезависимой памяти и выполнен с возможностью записи в этот блок параметров нагрузки, и/или пространственного положения стрелы, и/или грузозахватного органа крана, с возможностью считывания и передачи записанных данных на стационарную ЭВМ в случае необходимости.

21. Система управления грузоподъемного крана, содержащая бортовой микропроцессорный блок управления и соединенное с ним или входящее в его состав, по меньшей мере, одно исполнительное устройство, датчики параметров работы крана, соединенные с бортовым микропроцессорным блоком управления, а также, по меньшей мере, один орган управления краном, выполненный с возможностью передачи управляющих воздействий крановщика в бортовой микропроцессорный блок управления и/или, по меньшей мере, на одно исполнительное устройство крана, отличающаяся тем, что она дополнительно оснащена проводным или беспроводным средством передачи сигналов от лица, расположенного вне грузоподъемного крана, в бортовой микропроцессорный блок управления, который выполнен с возможностью приема этих сигналов и их преобразования в предупреждающие световые, и/или звуковые информационные сигналы, и/или в сигналы блокирования движений крана.

22. Система по п.21, отличающаяся тем, что она дополнительно оснащена информационным табло, выполненным с возможностью считывания с него информации о параметрах и/или режимах работы крана стропальщиком, или диспетчером, или иным лицом, расположенным вне грузоподъемного крана, и/или дополнительно оснащена проводным или беспроводным средством передачи этой информации на персональный компьютер или в компьютерную сеть.

23. Система по п.22, отличающаяся тем, что информационное табло выполнено в виде цифрового, и/или символьного, и/или графического дисплея, расположенного на грузоподъемном кране с возможностью считывания выведенной на него информации стропальщиком или иным лицом, находящимся в зоне работы крана.

24. Система по п.22, отличающаяся тем, что средство передачи информации от бортового микропроцессорного блока управления выполнено в виде радиомодема.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к подъемно-транспортному машиностроению и может быть использовано в системах управления и защиты грузоподъемных кранов для предотвращения их аварий и предупреждения травмирования обслуживающего персонала.

Изобретение относится к подъемно-транспортной технике и может быть использовано в системах управления грузоподъемных кранов. .

Изобретение относится к технике управления и защиты грузоподъемных машин от перегрузок и от столкновений с препятствиями. .

Изобретение относится к подъемно-транспортной технике и может быть использовано в системах защиты грузоподъемных машин от перегрузок. .

Изобретение относится к подъемно-транспортному машиностроению и может быть использовано в системах управления и защиты грузоподъемных кранов от перегрузок и столкновений с различными препятствиями.

Изобретение относится к области подъемно-транспортного машиностроения и может быть использовано в системах управления и защиты грузоподъемных кранов. .

Изобретение относится к области подъемно-транспортного машиностроения и может быть использовано в системах управления и защиты грузоподъемных машин с электроприводом.

Изобретение относится к приборам безопасности грузоподъемных кранов и предназначено для защиты от перегрузки механизма подъема электрического крана. .

Изобретение относится к подъемно-транспортному машиностроению и может быть использовано в системах безопасности и контроля кранов. .

Изобретение относится к технике защиты от перегрузок и повреждений грузоподъемных кранов. .

Изобретение относится к подъемно-транспортному машиностроению и может быть использовано в системах управления и защиты грузоподъемных кранов для предотвращения их аварий и предупреждения травмирования обслуживающего персонала.

Изобретение относится к подъемно-транспортной технике и может быть использовано в системах управления грузоподъемных кранов. .

Изобретение относится к технике управления и защиты грузоподъемных машин от перегрузок и от столкновений с препятствиями. .

Изобретение относится к подъемно-транспортному машиностроению и может быть использовано в системах управления и защиты грузоподъемных кранов от перегрузок и столкновений с различными препятствиями.

Изобретение относится к области подъемно-транспортного машиностроения и может быть использовано в системах управления и защиты грузоподъемных кранов. .

Изобретение относится к технике защиты от перегрузок и повреждений грузоподъемных кранов. .

Изобретение относится к технике защиты от перегрузок грузоподъемных механизмов. .

Изобретение относится к технике обеспечения безопасности работы башенных кранов. .

Изобретение относится к подъемно-транспортному машиностроению и предназначено для использования в системах защиты стреловых грузоподъемных кранов. .

Изобретение относится к подъемно-транспортному машиностроению и может быть использовано в системах управления и защиты грузоподъемных кранов. .

Изобретение относится к подъемно-транспортному машиностроению и может быть использовано в системах управления и защиты грузоподъемных кранов для предотвращения их аварий и предупреждения травмирования обслуживающего персонала.
Наверх