專利名稱：一種起重設備智能安全限位控制系統(tǒng)及其工作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種智能安全限位控制系統(tǒng)，具體地說是應用于各種起重設備上的智 能安全限位控制保護系統(tǒng)及其工作方法。它與現(xiàn)有的起重設備電氣控制系統(tǒng)有機地結(jié)合起 來，真正意義上可實現(xiàn)人性化、智能化的設備安全標準化管理目的，從而避免一定的設備和 人身事故。
背景技術(shù)：
目前，大多數(shù)起重設備電氣控制電路中的起升、大車和小車執(zhí)行機構(gòu)的限位開關(guān) 均采用機械式動斷(常閉觸頭)行程開關(guān)，只有當執(zhí)行機構(gòu)移動到極限位置，限位開關(guān)發(fā)生 接觸碰撞時才動作。由于長期使用，這種限位開關(guān)的機械磨損和內(nèi)部銹蝕以及執(zhí)行機構(gòu)的 撞尺變形等諸多原因都有可能使限位開關(guān)動作失靈，因而極有可能引起起重設備的重大故 障與事故發(fā)生。當前，也有部分較先進的起重設備使用遠紅外電子感應開關(guān)；但在應用功能上只 是起著開和關(guān)的基本功能，至于開關(guān)的性能好壞只有在需要動作時才能體現(xiàn)，但此時往往 安全事故也已經(jīng)發(fā)生。因此，現(xiàn)有技術(shù)要想真正解決設備限位安全管理技術(shù)問題還有一定 局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種在起重設備運行前即可預先檢測限 位裝置是否工作可靠的智能型安全限位控制系統(tǒng)，即具有自診斷功能的安全限位控制系 統(tǒng)，此外，本發(fā)明還提供了該控制系統(tǒng)的工作方法。如圖1，本發(fā)明所述的起重設備智能安全限位控制系統(tǒng)，包括控制器、一組光電開 關(guān)裝置、一組與光電開關(guān)裝置對應的光電開關(guān)狀態(tài)顯示單元、電源和報警電路，所述控制器 的一組輸出端分別與各自外圍設備限位電路連接，控制器的脈沖信號輸出端依次連接一組 光電開關(guān)裝置及光電開關(guān)狀態(tài)顯示單元，各光電開關(guān)裝置及光電開關(guān)狀態(tài)顯示單元與外圍 設備限位電路功能對應并連接至各自的控制器輸入接口 ；電源分別連接控制器和光電開關(guān) 及其狀態(tài)顯示單元給兩者供電，報警電路連接控制器的報警輸出接口。每個光電開關(guān)裝置包括光電開關(guān)SQ及診斷信號輸入接口 IN，該光電開關(guān)SQ安裝 在工作電源Vcc和接地端GND之間，診斷信號輸入接口 IN連接控制器的脈沖信號輸出端， 在診斷信號輸入接口 IN后串接一個隔離二極管VD2，隔離二極管VD2的負極經(jīng)電位器RP至 接地端GND，電位器RP的可調(diào)端與接地端GND之間并聯(lián)一個電磁偏轉(zhuǎn)器PV，電磁偏轉(zhuǎn)器PV 的安裝位置使其只有當電磁偏轉(zhuǎn)器PV的偏轉(zhuǎn)片偏轉(zhuǎn)時才遮住光電開關(guān)SQ的光路；當光電 開關(guān)SQ為PNP型時(圖2)，在光電開關(guān)SQ輸出端與接地端GND之間并聯(lián)一個由電阻R2和 發(fā)光LED管組成的串聯(lián)顯示電路；當光電開關(guān)SQ為NPN型時(圖3)，在光電開關(guān)SQ輸出端 與隔離二極管VDl的負極之間并聯(lián)一個由電阻R2和發(fā)光LED管組成的串聯(lián)顯示電路。在 電位器RP的可調(diào)端與接地端GND之間還并聯(lián)一個RC保護電路。
所述每個光電開關(guān)狀態(tài)顯示單元由串接的一個發(fā)光二極管和一個電阻組成，它們 分別接在各光電開關(guān)裝置與其控制器輸入端連接處和電源共地端M之間。一旦限位裝置出現(xiàn)問題，為不影響企業(yè)生產(chǎn)秩序，本發(fā)明設計限位“強制”功能。 為此，它還設有一組與控制器連接的強制開關(guān)及其顯示裝置。啟動該功能，即撳下帶燈自鎖 的按鈕，系統(tǒng)可暫時允許起重設備執(zhí)行機構(gòu)工作，并且系統(tǒng)聲光報警，以提醒操作者謹慎操 作。上述控制器可以為智能控制器或PLC控制器。本發(fā)明所述的起重設備智能安全限位控制系統(tǒng)的工作方法，其包括以下步驟 首先，系統(tǒng)接上工作電源，撳下起動按鈕，即進行系統(tǒng)初始化診斷，在設定時間內(nèi)，控制
器輸出一系列脈沖去觸發(fā)智能控制器外設限位裝置，同時系統(tǒng)自動采集由外設限位裝置所 對應控制器接口的脈沖信號；
若采集的外設限位裝置脈沖信號次數(shù)達到系統(tǒng)內(nèi)置的設定值，則控制器上與外設限位 裝置功能相應的輸出端便置位，此時各外設限位裝置工作正常，同時限位裝置狀態(tài)顯示電 路也隨之而變化；
若采集的外設限位裝置之一或若干個沒有脈沖信號或者脈沖信號次數(shù)未達到系統(tǒng)內(nèi) 置的設定值，則控制器上與外設限位裝置功能相應的輸出端始終封鎖；同時，限位裝置狀態(tài) 顯示電路與其脈沖信號同步工作，而且，系統(tǒng)報警輸出閉合，聲光報警器動作，此時，存在兩 種可能性一種是起重設備的執(zhí)行機構(gòu)處于極限位置，另一種是起重設備的限位裝置電路 出現(xiàn)問題。本發(fā)明就是從設備安全管理角度出發(fā)，設計出一種具有自診斷功能的智能安全限 位控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)有一整套限位信號監(jiān)測的核心程序，即在設備上電啟動時，系統(tǒng)發(fā)出 初始化監(jiān)測脈沖，可在線診斷出設備上所有限位裝置的性能和設備執(zhí)行機構(gòu)所處的極限位 置，將設備限位開關(guān)的不可見問題變?yōu)榭深A防性的控制技術(shù)問題，從而實現(xiàn)起重設備限位 真正安全保護的目的。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)原理框圖，
圖2是圖1中光電開關(guān)及其狀態(tài)顯示單元的第一種電路結(jié)構(gòu)圖， 圖3是圖1中光電開關(guān)及其狀態(tài)顯示單元的第二種電路結(jié)構(gòu)圖， 圖4是本發(fā)明的電路圖， 圖5是本發(fā)明的工作流程圖， 圖6是未改進的起重設備的電氣控制原理圖， 圖7是本發(fā)明改進后的起重設備的電氣控制原理圖。
具體實施例方式以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。如圖4所示是本發(fā)明的具體電路圖 1、輸入接口功能分配及說明
Il 起動按鈕SB0-2，電源接通，同時系統(tǒng)初始化；12大車強制按鈕SB1，強制大車輸出Ql和Q2，同時，系統(tǒng)報警輸出Q7 ；
13小車強制按鈕SB2，強制小車輸出Q3和Q4，同時，系統(tǒng)報警輸出Q7;
14大車左行限位裝置SQ1，具有自診斷功能，同時，可系統(tǒng)初始化診斷；
15大車右行限位裝置SQ2，具有自診斷功能，同時，可系統(tǒng)初始化診斷；
16小車前進限位裝置SQ3，具有自診斷功能，同時，可系統(tǒng)初始化診斷；
17小車后退限位裝置SQ4，具有自診斷功能，同時，可系統(tǒng)初始化診斷；
18主鉤起升限位裝置SQ5，具有自診斷功能，同時，可系統(tǒng)初始化診斷；
19副鉤起升限位裝置SQ6，具有自診斷功能，同時，可系統(tǒng)初始化診斷； 2、輸出接口功能分配及說明
Ql 大車左行限位輸出繼電器，實際使用中替代大車左行限位開關(guān)，見圖6，圖7。Q2 大車右行限位輸出繼電器，實際使用中替代大車右行限位開關(guān)，見圖6，圖7。Q3 小車前進限位輸出繼電器，實際使用中替代大車前進限位開關(guān)，見圖6，圖7。Q4 小車后退限位輸出繼電器，實際使用中替代大車后退限位開關(guān)，見圖6，圖7。Q5 主鉤起升限位輸出繼電器，實際使用中替代主鉤起升限位開關(guān)，見圖6，圖7。Q6 副鉤起升限位輸出繼電器，實際使用中替代副鉤起升限位開關(guān)，見圖6，圖7。Q7 系統(tǒng)報警輸出繼電器，接通聲光報警器；
Q8 系統(tǒng)初始化脈沖輸出繼電器，提供一系列脈沖CP，觸發(fā)具有自診斷功能光電開關(guān) 裝置，即限位裝置。3、系統(tǒng)電路原理及說明
本發(fā)明系統(tǒng)電路是根據(jù)系統(tǒng)流程(如圖5)進行設計。一、系統(tǒng)診斷原理
首先，系統(tǒng)接上工作電源(12VDC - 24VDC)，撳下起動按鈕SB0-2，即11=1，系統(tǒng)內(nèi)程 序運行，可進行系統(tǒng)初始化診斷，在設定時間內(nèi)，智能控制器脈沖輸出Q8發(fā)出一系列脈沖 CP去觸發(fā)智能控制器外設裝置，即限位裝置SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5和SQ6，反過來，系統(tǒng)將 自動采集由外設限位裝置所對應接口(ΙΓΙ9)的脈沖信號；其診斷結(jié)果為
1、若上述裝置的光電感應變化的次數(shù)即脈沖信號的次數(shù)達到系統(tǒng)內(nèi)置的設定值，其智 能控制器的輸出Q1、Q2、Q3、Q4、Q5和Q6便置位，即Q1=Q2=Q3=Q4=Q5=Q6=1閉合；并且由LED 發(fā)光二極管(VD1 VD6)和電阻(R1 R6)組成的限位裝置狀態(tài)顯示電路也隨之而變化。2、若上述裝置之一或若干個光電感應未變化或感應變化的次數(shù)未達到系統(tǒng)內(nèi)置 的設定值，則與智能控制器外設限位裝置功能相應的輸出始終封鎖，即始終斷開；同時，限 位裝置狀態(tài)顯示電路與其光電感應變化而同步工作，而且，系統(tǒng)報警輸出Q7=l閉合，聲光 報警器動作。此時，系統(tǒng)診斷情況的可能性有兩種
A、第一種情況表明，在實際應用中，起重設備的執(zhí)行機構(gòu)處于極限位置。B、第二種情況表明，在實際應用中，起重設備的限位裝置出現(xiàn)問題。二、系統(tǒng)工作原理
當系統(tǒng)診斷運行之后，若智能控制器的外設限位裝置(SQf SQ6)性能正常，則與之功能 對應的智能控制器輸出(Ql、6)置位，即閉合；當起重設備執(zhí)行機構(gòu)移動接近并且遮擋限 位裝置時，智能控制器的輸入接口( 14、15、16、17、18、19)狀態(tài)改變，系統(tǒng)內(nèi)程序便運行，使 其功能相應的智能控制器輸出(Q1、Q2、Q3、Q4、Q5或Q6)復位，即斷開；同時，系統(tǒng)智能控制器報警輸出Q7=l，即閉合，系統(tǒng)聲光報警；并且，限位裝置狀態(tài)顯示電路同樣隨執(zhí)行機構(gòu)所 處極限位置而變化。實際應用中，此時起重設備主回路電源接觸器KM線圈(見圖7)失電， 接觸器KM斷開電源，并且，其執(zhí)行機構(gòu)停止移動；當起重設備需要重新起動時，其執(zhí)行機構(gòu) 凸輪控制器必須歸“零”位，本發(fā)明系統(tǒng)必須撳起動按鈕SB0-2，系統(tǒng)重復上述診斷原理2過 程，其現(xiàn)象為系統(tǒng)診斷情況的第一種，以及限位裝置狀態(tài)顯示如上所述；此時，執(zhí)行機構(gòu)只 能反向移動離開限位裝置，當智能控制器的輸入接口(14、15、16、17、18、19)的狀態(tài)還原 后，再次撳起動按鈕SB0-2，系統(tǒng)將重復診斷原理1過程，系統(tǒng)內(nèi)程序便運行，其功能相應的 智能控制器輸出(Ql、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6)重新置位；同時，系統(tǒng)智能控制器報警輸出Q7=0， 即斷開，系統(tǒng)消除報警；限位裝置狀態(tài)顯示同樣如上所述，另外，啟動按鈕SB0-1與系統(tǒng)啟 動按鈕SB0-2均為一組雙常開同步按鈕(如圖7)。三、系統(tǒng)強制原理
當系統(tǒng)診斷運行之后，撳大車強制按鈕SBl并自鎖，即12=1 ；或撳小車強制按鈕SB2并 自鎖，即13=1 ；系統(tǒng)軟件程序?qū)娭拼筌囕敵鯭l和Q2，即Q1=Q2=1閉合；或強制小車輸出 Q3和Q4，即Q3=Q4=1閉合；同時，系統(tǒng)報警輸出Q7=l，即閉合，接通聲光報警器；以及外設大 車強制按鈕SBl帶燈指示或小車強制按鈕SB2帶燈指示，提醒設備操作者謹慎駕駛起重設 備的大車執(zhí)行機構(gòu)或小車執(zhí)行機構(gòu)。四、限位裝置間抗干擾過程
為防止限位裝置之間的某種干擾源的影響，本系統(tǒng)利用二極管的單向?qū)щ娦栽?理，在各限位裝置的診斷信號輸入端與系統(tǒng)初始化脈沖CP輸出端Q8之間串接二極管 (VD7>D12),如圖4所示。一旦某個限位裝置內(nèi)部出現(xiàn)問題時，如工作電源端L與診斷信 號輸入端短路，或者，實際應用中，某執(zhí)行機構(gòu)限位裝置的外部工作電源線L與去限位裝置 的診斷信號線短路時，由于二極管的信號隔離作用，從而避免影響其他執(zhí)行機構(gòu)限位裝置 的正常工作。本發(fā)明的具體應用途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對 于本技術(shù)領域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進， 這些改進也應視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種起重設備智能安全限位控制系統(tǒng)，包括控制器、一組光電開關(guān)裝置、一組與光電 開關(guān)裝置對應的光電開關(guān)狀態(tài)顯示單元、電源和報警電路，所述控制器的一組輸出端分別 與各自外圍設備限位電路連接，控制器的脈沖信號輸出端依次連接一組光電開關(guān)裝置及光 電開關(guān)狀態(tài)顯示單元，各光電開關(guān)裝置及光電開關(guān)狀態(tài)顯示單元與外圍設備限位電路功能 對應并連接至各自的控制器輸入接口 ；電源分別連接控制器和光電開關(guān)及其狀態(tài)顯示單元 給兩者供電，報警電路連接控制器的報警輸出接口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的起重設備智能安全限位控制系統(tǒng)，其特征在于所述每個光電 開關(guān)裝置包括光電開關(guān)SQ及診斷信號輸入接口 IN，該光電開關(guān)SQ安裝在工作電源Vcc和 接地端GND之間，診斷信號輸入接口 IN連接控制器的脈沖信號輸出端，在診斷信號輸入接 口 IN后串接一個隔離二極管VD2，隔離二極管VD2的負極經(jīng)電位器RP至接地端GND，電位 器RP的可調(diào)端與接地端GND之間并聯(lián)一個電磁偏轉(zhuǎn)器PV，電磁偏轉(zhuǎn)器PV的安裝位置使其 只有當電磁偏轉(zhuǎn)器PV的偏轉(zhuǎn)片偏轉(zhuǎn)時才遮住光電開關(guān)SQ的光路；當光電開關(guān)SQ為PNP型 時，在光電開關(guān)SQ輸出端與接地端GND之間并聯(lián)一個由電阻R2和發(fā)光LED管組成的串聯(lián) 顯示電路；當光電開關(guān)SQ為NPN型時，在光電開關(guān)SQ輸出端與隔離二極管VDl的負極之 間并聯(lián)一個由電阻R2和發(fā)光LED管組成的串聯(lián)顯示電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有自診斷功能的光電開關(guān)裝置，其特征是在電位器RP的 可調(diào)端與接地端GND之間還并聯(lián)一個RC保護電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任何一項所述的起重設備智能安全限位控制系統(tǒng)，其特征在于 所述每個光電開關(guān)狀態(tài)顯示單元由串接的一個發(fā)光二極管(VD1 VD6)和一個電阻(Rl R6) 組成，它們分別接在各光電開關(guān)裝置與其控制器輸入端連接處和電源共地端M之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3任何一項所述的起重設備智能安全限位控制系統(tǒng)，其特征在于 在它還設有一組與控制器連接的強制開關(guān)及其顯示裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3任何一項所述的起重設備智能安全限位控制系統(tǒng)，其特征在于 所述控制器為智能控制器或PLC。
7.權(quán)利要求1所述起重設備智能安全限位控制系統(tǒng)的工作方法，其特征在于包括以下 步驟首先，系統(tǒng)接上工作電源，撳下起動按鈕，即進行系統(tǒng)初始化診斷，在設定時間內(nèi)，控制 器輸出一系列脈沖去觸發(fā)智能控制器外設限位裝置，同時系統(tǒng)自動采集由外設限位裝置所 對應控制器接口的脈沖信號；若采集的外設限位裝置脈沖信號次數(shù)達到系統(tǒng)內(nèi)置的設定值，則控制器上與外設限位 裝置功能相應的輸出端便置位，此時各外設限位裝置工作正常，同時限位裝置狀態(tài)顯示電 路也隨之而變化；若采集的外設限位裝置之一或若干個沒有脈沖信號或者脈沖信號次數(shù)未達到系統(tǒng)內(nèi) 置的設定值，則控制器上與外設限位裝置功能相應的輸出端始終封鎖；同時，限位裝置狀態(tài) 顯示電路與其脈沖信號同步工作，而且，系統(tǒng)報警輸出閉合，聲光報警器動作，此時，存在兩 種可能性一種是起重設備的執(zhí)行機構(gòu)處于極限位置，另一種是起重設備的限位裝置電路 出現(xiàn)問題。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種起重設備智能安全限位控制系統(tǒng)及其工作方法，系統(tǒng)中，控制器的一組輸出端分別與各自外圍設備限位電路連接，控制器的脈沖信號輸出端連接一組光電開關(guān)及顯示裝置，該組光電開關(guān)及顯示裝置與外圍設備限位電路功能對應；各光電開關(guān)及其狀態(tài)顯示單元連接至各自的控制器輸入接口；電源分別連接控制器和光電開關(guān)及顯示裝置給兩者供電，報警電路連接控制器的報警輸出接口。本發(fā)明在設備上電啟動時，系統(tǒng)發(fā)出初始化監(jiān)測脈沖，可在線診斷出設備上所有限位裝置的性能和設備執(zhí)行機構(gòu)所處的極限位置，將設備限位開關(guān)的不可見問題變?yōu)榭深A防性的控制技術(shù)問題，從而實現(xiàn)起重設備限位真正安全保護的目的。
文檔編號B66C15/06GK102060238SQ20111002325
公開日2011年5月18日 申請日期2011年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月21日
發(fā)明者劉鴻 申請人:劉鴻