用于機械式雙索抓斗的作業(yè)動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)與監(jiān)測方法
【專利摘要】針對現(xiàn)有機械式雙索抓斗作業(yè)過程中缺乏有效監(jiān)控的問題，本發(fā)明提供用于機械式雙索抓斗的作業(yè)動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)與監(jiān)測方法。所述系統(tǒng)包括包括監(jiān)測單元、控制單元和輸出單元，所述控制單元包括相互獨立的第一控制子單元和第二控制子單元。所述方法包括：1接通電源，向控制單元輸入?yún)?shù)值；2由監(jiān)測單元采集信號并分別傳遞至控制單元內(nèi)的第一控制子單元和第二控制子單元；3由第一控制子單元對接收到的信號進行處理，并通過輸出單元做出相應(yīng)的聲光提示；4由第二控制子單元對接收到的信號進行處理，并通過輸出單元做出相應(yīng)的提示；5關(guān)閉電源，結(jié)束操作。有益的技術(shù)效果：本發(fā)明實現(xiàn)了抓斗操作的智能化、可視化、安全化和人性化。
【專利說明】用于機械式雙索抓斗的作業(yè)動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)與監(jiān)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及工程機械領(lǐng)域，具體涉及一種用于機械式雙索抓斗的作業(yè)動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]抓斗靠左右兩個組合斗或多個顎板的開合抓取和卸出散狀物料的吊具，由多個顎板組成的抓斗也叫抓爪，目前國內(nèi)所采用的抓斗主要有機械式抓斗和液壓式抓斗。機械式抓斗是通過電機拉動鋼索來控制抓斗的閉合，目前有兩種，分別是雙索抓斗和單索抓斗，由于生產(chǎn)效率較高，雙索抓斗在實際工程應(yīng)用中使用較為普遍。機械式雙索抓斗的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，兩個電機拉動兩根鋼索，分別是支撐索和閉合索。支撐索拉著整個抓斗控制抓斗的起落，閉合索拉著抓斗橫梁控制抓斗兩個顎板的分開和閉合。每抓一斗料，機械式雙索抓斗需要通過實現(xiàn)對支撐索和閉合索的控制來完成放斗、抓料、提升、回轉(zhuǎn)、放斗、下料等動作。然而由于本身的結(jié)構(gòu)缺陷，目前已有的機械式雙索抓斗在抓料的過程中存在很大的操作難度和極大的安全隱患。目前機械式雙索抓斗主要用于港口、碼頭、礦山，操作者所在的操作室距離抓斗一般有幾十米甚至上百米的距離，所以機械式雙索抓斗都是由操作者在遠處操作，但是由于是手動控制，需要操作者通過觀察抓斗的位置進行抓斗的操作，不能對鋼索進行有效及時的收放，導(dǎo)致抓料不能抓滿甚至抓空，造成工作量的大大增加和生產(chǎn)效率的降低，且生產(chǎn)過程過度依賴操作者的經(jīng)驗技術(shù)。另外，由于操作者距離抓斗較遠，一旦抓斗遇到堅硬大塊的料，操作者很難觀察到抓斗所出現(xiàn)的問題，繼續(xù)讓抓斗完成抓料的動作，會導(dǎo)致抓斗組合斗的變形，從而導(dǎo)致抓斗的損壞，甚至導(dǎo)致電機因負載過大造成的損壞，造成重大事故。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提供一種機械式雙索抓斗作業(yè)動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)及方法，帶有故障監(jiān)控功能。解決機械式雙索抓斗工作過程中的操作難度大的問題，減少因為操作者距離抓斗較遠，造成的抓斗抓不滿甚至抓空，減少工作量，提高生產(chǎn)效率。另外解決機械式雙索抓斗遇到大塊堅硬的料的時候不能及時控制停機的問題，大大地減少重大事故的發(fā)生，保障設(shè)備的安全。實現(xiàn)機械式雙索抓斗操作的智能化、可視化、安全化和人性化。
[0004]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
用于機械式雙索抓斗的作業(yè)動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，包括監(jiān)測單元、控制單元和輸出單元；其特征在于:監(jiān)測單元與控制單元之間采用無線連接并通訊，控制單元和輸出單元之間采用有線連接并通訊；
所述監(jiān)測單元安裝在機械式雙索抓斗上；由監(jiān)測單元檢測機械式雙索抓斗所承受的拉力值與應(yīng)變力值，并將檢測到的數(shù)據(jù)傳輸至控制單元；
所述控制單元和輸出單元均設(shè)置在機械式雙索抓斗的操作室內(nèi)；其中，控制單元包括相互獨立的第一控制子單元和第二控制子單元，第一控制子單元和第二控制子單元分別與輸出單元相連接；第一控制子單元和第二控制子單元分別對監(jiān)測單元傳遞來的數(shù)據(jù)進行判斷和處理，并分別通過輸出單元將處理的結(jié)果顯示出來。
[0005]進一步說，在本發(fā)明中，所述的機械式雙索抓斗應(yīng)包括閉合索106、支撐索107、抓斗主體108、抓斗顎板109、抓斗頭罩110和擋繩器111 ;其中，在抓斗主體108的頂部設(shè)有抓斗頭罩110，在抓斗主體108的底部連接有兩塊抓斗顎板109 ;在抓斗頭罩110的頂部設(shè)有擋繩器111。
[0006]所述監(jiān)測單元包括支撐索拉力傳感器101、閉合索拉力傳感器102、抓斗應(yīng)變片103和抓斗無線發(fā)射器104 ;其中，支撐索拉力傳感器101的一端與支撐索107相連接，支撐索拉力傳感器101的另一端與擋繩器111相連接，由支撐索拉力傳感器101測量支撐索107和抓斗頭罩110之間的支撐索拉力值a ;閉合索拉力傳感器102的一端與閉合索106相連接，閉合索拉力傳感器102的另一端與抓斗頭罩110相連接，由閉合索拉力傳感器102測量閉合索106和抓斗頭罩110之間的閉合索拉力值b ;在每塊抓斗顎板109的開口的邊緣均布有4到12片抓斗應(yīng)變片103，當與抓斗應(yīng)變片103連接的抓斗顎板109發(fā)生形變時，抓斗應(yīng)變片103輸出線性變化的應(yīng)變力值c ;在抓斗的頂部安裝有抓斗無線發(fā)射器104 ;通過導(dǎo)線將拉力傳感器101、閉合索拉力傳感器102以及抓斗應(yīng)變片103分別與抓斗無線發(fā)射器104相連接；
所述控制單元包括第一控制子單元和第二控制子單元；其中，第一控制子單元包括第一控制無線接收裝置201、第一控制信號調(diào)理電路203、第一控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路205、控制時鐘芯片電路207、可編程邏輯控制器PLC209和第一電源211 ;第二控制子單元包括第二控制無線接收裝置202、第二控制信號調(diào)理電路204、第二控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路206、第二電源208和工控機IPC210 ；
抓斗無線發(fā)射器104的無線發(fā)射端分別與第一控制無線接收裝置201的無線接收端、第二控制無線接收裝置202的無線接收端無線連接并通訊；第一控制無線接收裝置201的輸出端與第一控制信號調(diào)理電路203的輸入端相連接,第一控制信號調(diào)理電路203的輸出端與第一控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路205的輸入端相連接，第一控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路205的輸出端與可編程邏輯控制器PLC209的輸入端相連接，可編程邏輯控制器PLC209分別與第一電源211、控制時鐘芯片電路207相連接；其中，第一控制信號調(diào)理電路203負責(zé)將第一控制無線接收裝置201傳遞來的信號放大；第一控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路205負責(zé)將第一控制信號調(diào)理電路203傳遞來的信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號；控制時鐘芯片電路207負責(zé)向可編程邏輯控制器PLC209提供計時信號；可編程邏輯控制器PLC209負責(zé)對第一控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路205傳遞來的信號進行具體的判斷與處理，產(chǎn)生相應(yīng)的控制指令；
第二控制無線接收裝置202的輸出端與第二控制信號調(diào)理電路204的輸入端連接，第二控制信號調(diào)理電路204的輸出端與第二控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路206的輸入端連接，第二控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路206的輸出端與工控機IPC210的輸入端連接，工控機IPC210與第二電源208 ;其中，第二控制信號調(diào)理電路204負責(zé)將第二控制無線接收裝置202傳遞來的信號放大；第二控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路206負責(zé)將第二控制信號調(diào)理電路204傳遞來的信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號；工控機IPC210負責(zé)對第二控制信號調(diào)理電路204傳遞來的信號進行具體的判斷；
所述輸出單元包括聲光報警系統(tǒng)301、第一數(shù)據(jù)存儲設(shè)備302、第二數(shù)據(jù)存儲設(shè)備303和液晶顯示器304 ;其中，聲光報警電路301和第一數(shù)據(jù)存儲設(shè)備302分別與可編程邏輯控制器PLC209的輸出端連接，由聲光報警電路301執(zhí)行可編程邏輯控制器PLC209的指令；第二數(shù)據(jù)存儲設(shè)備303和液晶顯示器304分別與工控機IPC210的輸出端連接；由液晶顯示器304顯示工控機IPC210的數(shù)據(jù)處理結(jié)果。
[0007]所述聲光報警電路301內(nèi)含“正常工作”指示燈305、“危險操作”報警燈306、“抓斗超重”報警燈307、“抓斗觸料”指示燈308和蜂鳴報警器309 ;聲光報警電路301按可編程邏輯控制器PLC209的指令接通或斷開“正常工作”指示燈305、“危險操作”報警燈306、“抓斗超重”報警燈307、“抓斗觸料”指示燈308和蜂鳴報警器309的電源。
[0008]采用本發(fā)明產(chǎn)品進行作業(yè)動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的控制方法，按如下步驟進行:
步驟1:接通監(jiān)測單元、控制單元和輸出單元的電源，向控制單元輸入最小支撐索拉力閾值A(chǔ)l、最大支撐索拉力閾值A(chǔ)2、最小閉合索拉力閾值B1、最大閉合索拉力閾值B2和最大應(yīng)變力閾值C ;
步驟2:由監(jiān)測單元采集機械式雙索抓斗的支撐索拉力值a、閉合索拉力值b和應(yīng)變力值c并分別傳遞至控制單元內(nèi)的第一控制子單元和第二控制子單元；
步驟3:由第一控制子單元內(nèi)的可編程邏輯控制器PLC209對接收到的信號進行處理，并通過輸出單兀內(nèi)的聲光報警系統(tǒng)301做出相應(yīng)的聲光提不；
步驟4:由第二控制子單元的工控機IPC210對接收到的信號進行處理，并通過輸出單元內(nèi)的液晶顯示器304做出相應(yīng)的聲光提示；
步驟5:關(guān)閉監(jiān)測單元、控制單元和輸出單元的電源，結(jié)束操作。
[0009]本發(fā)明的有益效果:
采用本產(chǎn)品后，機械式雙索抓斗的操作將變得更加容易、精確，操作員可以根據(jù)報警燈、蜂鳴器以及液晶顯示器中予以顯示的信息進行操作，大大降低了對操作者經(jīng)驗的要求，并且能夠在很大程度上解決機械式雙索抓斗經(jīng)常抓不滿甚至抓空的情況，這是目前機械式雙索抓斗所存在的及其普遍的問題。另外，采用本產(chǎn)品后的機械式雙索抓斗有了更多的保障，不會因為抓到硬物的時候繼續(xù)工作而導(dǎo)致抓斗變形。大大的降低了機械式雙索抓斗的事故率，能夠保障設(shè)備及人員的安全。
[0010]本產(chǎn)品的監(jiān)測單元使用支撐索拉力傳感器101、閉合索拉力傳感器102和抓斗應(yīng)變片103，全方位多角度對抓斗的工作狀態(tài)進行監(jiān)測，能夠可靠地收集所需要的數(shù)據(jù)，且成本較低。本產(chǎn)品的監(jiān)測單元和控制單元之間采用無線通信技術(shù)，實現(xiàn)遠距離復(fù)雜工況下的數(shù)據(jù)傳輸，靈活性高，成本低，可靠性高。
[0011]本產(chǎn)品的控制單元以可編程邏輯控制器PLC209和工控機IPC210為核心，綜合了傳感器抗干擾能力強、可靠性高和PLC使用方便，編程簡單，系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴展容易的特點。機械式雙索抓斗作業(yè)動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的輸出單元實時顯示設(shè)備運行狀態(tài)和故障信息，使工程人員能夠及時直觀掌握現(xiàn)場狀況，提高了故障監(jiān)測系統(tǒng)的人性化。
[0012]整個系統(tǒng)反應(yīng)快速有效，同時復(fù)合使用多個傳感器，并通過人機交互設(shè)備實時顯示機器工作狀態(tài)和故障信息，智能化、人性化程度高。所述數(shù)據(jù)存儲設(shè)備可以對監(jiān)測單元所獲取的信號進行存儲，以便深層次挖掘所述機械式雙索抓斗工作異常的原因。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是本產(chǎn)品中監(jiān)測單元安裝在機械式雙索抓斗上的簡視圖。
[0014]圖2是圖1的側(cè)視圖。
[0015]圖3是本產(chǎn)品的電路框架圖。
[0016]圖4是本發(fā)明方法的流程圖。
[0017]圖5是本產(chǎn)品中控制單元處理由監(jiān)測單元傳遞來的信號的具體判斷與處理流程。
[0018]圖中的序號為:支撐索拉力傳感器101、閉合索拉力傳感器102、抓斗應(yīng)變片103和抓斗無線發(fā)射器104、閉合索106、支撐索107、抓斗主體108、抓斗顎板109、抓斗頭罩110、擋繩器111、第二控制外部擴展電路接口 212、第一控制外部擴展電路接口 213、第一控制無線接收裝置201、第二控制無線接收裝置202、第一控制信號調(diào)理電路203、第二控制信號調(diào)理電路204、第一控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路205、第二控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路206、控制時鐘芯片電路207、第二電源208、可編程邏輯控制器PLC209、工控機IPC210、第一電源211、聲光報警電路301、第一數(shù)據(jù)存儲設(shè)備302、第二數(shù)據(jù)存儲設(shè)備303和液晶顯示器304、“正常工作”指示燈305、“危險操作”報警燈306、“抓斗超重”報警燈307、“抓斗觸料”指示燈308、蜂鳴報警器309。
【具體實施方式】
[0019]現(xiàn)結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特點。
[0020]參見圖1，用于機械式雙索抓斗的作業(yè)動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，所述的機械式雙索抓斗包括閉合索106、支撐索107、抓斗主體108、抓斗顎板109、抓斗頭罩110和擋繩器111 ;其中，在抓斗主體108的頂部設(shè)有抓斗頭罩110，在抓斗主體108的底部連接有兩塊抓斗顎板109 ；在抓斗頭罩110的頂部設(shè)有擋繩器111 ;此外:還設(shè)有監(jiān)測單元、控制單元和輸出單元；其中，監(jiān)測單元與控制單元之間采用無線連接并通訊，控制單元和輸出單元之間采用有線連接并通訊；所述監(jiān)測單元安裝在機械式雙索抓斗上；由監(jiān)測單元檢測機械式雙索抓斗所承受的拉力值與應(yīng)變力值，并將檢測到的數(shù)據(jù)傳輸至控制單元；所述控制單元和輸出單元設(shè)置在機械式雙索抓斗的操作室內(nèi)；其中，控制單元包括相互獨立的第一控制子單元和第二控制子單元，第一控制子單元和第二控制子單元分別與輸出單元相連接；第一控制子單元和第二控制子單元分別對監(jiān)測單元傳遞來的數(shù)據(jù)進行判斷和處理，并分別通過輸出單元將處理的結(jié)果顯示出來。
[0021]參見圖3，所述監(jiān)測單元包括支撐索拉力傳感器101、閉合索拉力傳感器102、抓斗應(yīng)變片103和抓斗無線發(fā)射器104 ;其中，支撐索拉力傳感器101的一端與支撐索107相連接，支撐索拉力傳感器101的另一端與擋繩器111相連接，由支撐索拉力傳感器101測量支撐索107和抓斗頭罩110之間的支撐索拉力值a ;閉合索拉力傳感器102的一端與閉合索106相連接，閉合索拉力傳感器102的另一端與抓斗頭罩110相連接，由閉合索拉力傳感器102測量閉合索106和抓斗頭罩110之間的閉合索拉力值b ;在每塊抓斗顎板109的開口的邊緣均布有4到12片抓斗應(yīng)變片103，當與抓斗應(yīng)變片103連接的抓斗顎板109發(fā)生形變時，抓斗應(yīng)變片103輸出線性變化的應(yīng)變力值c ;在抓斗的頂部安裝有抓斗無線發(fā)射器104 ；通過導(dǎo)線將拉力傳感器101、閉合索拉力傳感器102以及抓斗應(yīng)變片103分別與抓斗無線發(fā)射器104相連接；參見圖2，優(yōu)選的方案是，在每塊抓斗顎板109的開口的邊緣均布有4片抓斗應(yīng)變片103。
[0022]參見圖3，所述控制單元包括第一控制子單元和第二控制子單元；其中，第一控制子單元包括第一控制無線接收裝置201、第一控制信號調(diào)理電路203、第一控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路205、控制時鐘芯片電路207、可編程邏輯控制器PLC209和第一電源211 ;第二控制子單元包括第二控制無線接收裝置202、第二控制信號調(diào)理電路204、第二控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路206、第二電源208和工控機IPC210。
[0023]參見圖3，抓斗無線發(fā)射器104的無線發(fā)射端分別與第一控制無線接收裝置201的無線接收端、第二控制無線接收裝置202的無線接收端無線連接并通訊；第一控制無線接收裝置201的輸出端與第一控制信號調(diào)理電路203的輸入端相連接，第一控制信號調(diào)理電路203的輸出端與第一控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路205的輸入端相連接，第一控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路205的輸出端與可編程邏輯控制器PLC209的輸入端相連接，可編程邏輯控制器PLC209分別與第一電源211、控制時鐘芯片電路207相連接；其中，第一控制信號調(diào)理電路203負責(zé)將第一控制無線接收裝置201傳遞來的信號放大；第一控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路205負責(zé)將第一控制信號調(diào)理電路203傳遞來的信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號；控制時鐘芯片電路207負責(zé)向可編程邏輯控制器PLC209提供計時信號；可編程邏輯控制器PLC209負責(zé)對第一控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路205傳遞來的信號進行具體的判斷與處理，產(chǎn)生相應(yīng)的控制指令。
[0024]參見圖3，第二控制無線接收裝置202的輸出端與第二控制信號調(diào)理電路204的輸入端連接，第二控制信號調(diào)理電路204的輸出端與第二控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路206的輸入端連接，第二控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路206的輸出端與工控機IPC210的輸入端連接，工控機IPC210與第二電源208 ;其中，第二控制信號調(diào)理電路204負責(zé)將第二控制無線接收裝置202傳遞來的信號放大；第二控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路206負責(zé)將第二控制信號調(diào)理電路204傳遞來的信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號；工控機IPC210負責(zé)對第二控制信號調(diào)理電路204傳遞來的信號進行具體的判斷；
參見圖3，所述輸出單元包括聲光報警電路301、第一數(shù)據(jù)存儲設(shè)備302、第二數(shù)據(jù)存儲設(shè)備303和液晶顯示器304 ;其中，聲光報警電路301和第一數(shù)據(jù)存儲設(shè)備302分別與可編程邏輯控制器PLC209的輸出端連接，由聲光報警電路301執(zhí)行可編程邏輯控制器PLC209的指令；第二數(shù)據(jù)存儲設(shè)備303和液晶顯示器304分別與工控機IPC210的輸出端連接；由液晶顯示器304顯示工控機IPC210的數(shù)據(jù)處理結(jié)果。進一步說，所述聲光報警電路301內(nèi)含“正常工作”指示燈305、“危險操作”報警燈306、“抓斗超重”報警燈307、“抓斗觸料”指示燈308和蜂鳴報警器309 ;聲光報警電路301按可編程邏輯控制器PLC209的指令接通或斷開“正常工作”指示燈305、“危險操作”報警燈306、“抓斗超重”報警燈307、“抓斗觸料”指示燈308和蜂鳴報警器309的電源。
[0025]進一步說，第一控制信號調(diào)理電路203和第二控制信號調(diào)理電路204均為包含一枚型號為TP5531的零漂移運動放大器；控制時鐘芯片電路207包含一枚型號為DS1302的時鐘芯片的串行時鐘電路；可編程邏輯控制器PLC209為三菱公司生產(chǎn)的型號為FX1N-24MR-001的PLC ;第一數(shù)據(jù)存儲設(shè)備302為金品公司生產(chǎn)的型號為JP6016SS的存儲器；可編程邏輯控制器PLC209與機械式雙索抓斗的驅(qū)動電機相連接。
[0026]進一步說，所述抓斗應(yīng)變片103為壓電晶體；當抓斗應(yīng)變片103受到壓力而產(chǎn)生變形時，抓斗應(yīng)變片103的電阻值即發(fā)生變化，其輸出的信號發(fā)生相應(yīng)的線性變化。
[0027]進一步說，在抓斗頭罩110上設(shè)有抓斗端電源，抓斗端電源分別與支撐索拉力傳感器101、閉合索拉力傳感器102、抓斗應(yīng)變片103和抓斗無線發(fā)射器104連接并供電。
[0028]參見圖3，可編程邏輯控制器PLC209與第一控制外部擴展電路接口 213相連接，通過第一控制外部擴展電路接口 213將起重機的原有電路及設(shè)備與第一控制子單元連接起來，共享數(shù)據(jù)；工控機IPC210與第二控制外部擴展電路接口 212相連接，通過第二控制外部擴展電路接口 212將工控機IPC210與起重機原有的電路及設(shè)備相連接。第一控制外部擴展電路213采用三菱公司型號為FX1N-232-BD的232接口通訊展板。第二控制外部擴展電路接口 212采用霍尼韋爾公司型號為SW-CH2S的PC1-E轉(zhuǎn)2串口擴展卡。
[0029]參見圖4，采用本發(fā)明產(chǎn)品進行作業(yè)動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的控制方法，按如下步驟進行: 步驟1:接通監(jiān)測單元、控制單元和輸出單元的電源，向控制單元輸入最小支撐索拉力閾值A(chǔ)l、最大支撐索拉力閾值A(chǔ)2、最小閉合索拉力閾值B1、最大閉合索拉力閾值B2和最大應(yīng)變力閾值C ;
步驟2:由監(jiān)測單元采集機械式雙索抓斗的支撐索拉力值a、閉合索拉力值b和應(yīng)變力值c并分別傳遞至控制單元內(nèi)的第一控制子單元和第二控制子單元；
步驟3:由第一控制子單元內(nèi)的可編程邏輯控制器PLC209對接收到的信號進行處理，并通過輸出單兀內(nèi)的聲光報警電路301做出相應(yīng)的聲光提不；
步驟4:由第二控制子單元的工控機IPC210對接收到的信號進行處理，并通過輸出單元內(nèi)的液晶顯示器304做出相應(yīng)的聲光提示；
步驟5:關(guān)閉監(jiān)測單元、控制單元和輸出單元的電源，結(jié)束操作。
[0030]參見圖5，進一步說，采用本發(fā)明所述的方法時，監(jiān)測單元、控制單元和輸出單元具體控制方法如下:
步驟1:接通工控機IPC210和可編程邏輯控制器PLC209的電源并開機，分別向工控機IPC210和可編程邏輯控制器PLC209輸入最小支撐索拉力閾值A(chǔ)l、最大支撐索拉力閾值A(chǔ)2、最小閉合索拉力閾值B1、最大閉合索拉力閾值B2和最大應(yīng)變力閾值C ;建立抓斗無線發(fā)射器104與第一控制無線接收裝置201、第二控制無線接收裝置202的連接；
步驟2:將支撐索拉力傳感器101檢測到的支撐索拉力值a、閉合索拉力傳感器102檢測到的閉合索拉力值b和抓斗應(yīng)變片103檢測到的應(yīng)變力值c經(jīng)過抓斗無線發(fā)射器104分別傳遞至第一控制無線接收裝置201和第二控制無線接收裝置202 ；
由第一控制無線接收裝置201將接收到的數(shù)據(jù)信號依次經(jīng)過第一控制信號調(diào)理電路203的放大處理、第一控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路205模數(shù)轉(zhuǎn)換處理后輸入至可編程邏輯控制器PLC209中；可編程邏輯控制器PLC209將接收到的信號存入第一數(shù)據(jù)存儲設(shè)備302中，并按步驟3所述的方法對信號進行處理；由第二控制無線接收裝置202將接收到的數(shù)據(jù)信號依次經(jīng)第二控制信號調(diào)理電路204的信號放大處理、第二控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路206的信號模數(shù)轉(zhuǎn)化處理后輸入至工控機IPC210中；工控機IPC210將接收到的信號存入第二數(shù)據(jù)存儲設(shè)備303中，并按步驟4所述的方法對信號進行處理；
步驟3:可編程邏輯控制器PLC209按如下步驟對接收到的數(shù)據(jù)信號進行處理，詳見圖
5:
3.1由比較應(yīng)變力值c是否小于最大應(yīng)變力閾值C:
若可編程邏輯控制器PLC209接收到的任一個抓斗應(yīng)變片103的應(yīng)變力值c >最大應(yīng)變力閾值C，則可編程邏輯控制器PLC209驅(qū)動聲光報警電路301內(nèi)的“危險操作”報警燈306點亮、蜂鳴報警器309報警；與此同時，可編程邏輯控制器PLC209向機械式雙索抓斗的驅(qū)動電機發(fā)出關(guān)停指令；
若應(yīng)變力值C >最大應(yīng)變力閾值C，則進入下一步；
3.2比較支撐索拉力a是否小于最小支撐索拉力閾值A(chǔ)l:
若支撐索拉力值a <最小支撐索拉力閾值A(chǔ)l，則可編程邏輯控制器PLC209驅(qū)動聲光報警電路301內(nèi)的“抓斗觸料”指示燈308點亮；
若支撐索拉力值a >最小支撐索拉力閾值A(chǔ)l,則進入下一步；
3.3比較支撐索拉力a是否小于最大支撐索拉力閾值A(chǔ)2:
若支撐索拉力值a >最大支撐索拉力閾值A(chǔ)2，則可編程邏輯控制器PLC209驅(qū)動聲光報警電路301內(nèi)的“危險操作”報警燈306點亮；與此同時，可編程邏輯控制器PLC209向機械式雙索抓斗的驅(qū)動電機發(fā)出關(guān)停指令；
若支撐索拉力值a <最大支撐索拉力閾值A(chǔ)2,則進入下一步；
3.4比較閉合索拉力b是否小于最大閉合索拉力閾值BI:
若閉合索拉力值b >最大閉合索拉力閾值BI，則可編程邏輯控制器PLC209驅(qū)動聲光報警電路301內(nèi)的“危險操作”報警燈306點亮，并返回步驟3.1進行新一輪的檢測；
若閉合索拉力值b <最大閉合索拉力閾值BI，則可編程邏輯控制器PLC209驅(qū)動聲光報警電路301內(nèi)的“正常工作”指示燈305點亮，并返回步驟3.1進行新一輪的檢測；
步驟4:工控機IPC210按如下步驟對接收到的數(shù)據(jù)信號進行處理，詳見圖5:
4.1比較應(yīng)變力值c是否小于最大應(yīng)變力閾值C:
若應(yīng)變力值c >最大應(yīng)變力閾值C，則工控機IPC210通過與之相連的液晶顯示器304顯示“危險操作”;若應(yīng)變力值c >最大應(yīng)變力閾值C，則進入下一步；
4.2比較支撐索拉力值a是否小于最小支撐索拉力閾值A(chǔ)l:
若支撐索拉力值a <最小支撐索拉力閾值A(chǔ)l則工控機IPC210通過與之相連的液晶顯示器304顯示“抓斗觸料”;若支撐索拉力值a >最小支撐索拉力閾值A(chǔ)l，則進入下一步；
4.3比較支撐索拉力值a是否小于最大支撐索拉力閾值A(chǔ)2:
若支撐索拉力值a >最大支撐索拉力閾值A(chǔ)2，則工控機IPC210通過與之相連的液晶顯示器304顯示“危險操作”報警燈306 ;若支撐索拉力值a <最大支撐索拉力閾值A(chǔ)2，則進入下一步；
4.4比較閉合索拉力b是否小于最大閉合索拉力閾值B1:若閉合索拉力值b >最大閉合索拉力閾值BI，則工控機IPC210通過與之相連的液晶顯示器304顯示“危險操作”報警燈306，并返回步驟4.1進行新一輪的檢測；；
若閉合索拉力值13<最大閉合索拉力閾值BI，則工控機IPC210通過與之相連的液晶顯示器304顯示“正常工作”指示燈305，并返回步驟4.1進行新一輪的檢測；
步驟5:斷開工控機IPC210和可編程邏輯控制器PLC209的電源，結(jié)束動態(tài)監(jiān)控。
[0031]在實際操作中，操作員無法始終觀察液晶顯示器304上顯示的信息，故通過“正常工作”指示燈305、“危險操作”報警燈306、“抓斗超重”報警燈307、“抓斗觸料”指示燈308及蜂鳴報警器309給操作員最基礎(chǔ)的聲光提示，使得操作員在盯著抓斗進行操作的同時，用眼睛的余光了解設(shè)備的狀態(tài)。當環(huán)境許可的時候或緊急制動后，再通過液晶顯示器304了解具體的工作狀態(tài)與報警的內(nèi)容。
[0032]本產(chǎn)品用相對獨立的第一控制子單元和第二控制子單元同時處理監(jiān)測單元從抓斗端傳回的數(shù)據(jù)，避免了采用單一的控制單元參數(shù)輸入錯誤、信號傳遞異常而造成的誤判斷，檢測到的信號只要超過設(shè)定范圍，至少有一組設(shè)備能夠發(fā)出報警提示，從而避免了抓斗發(fā)生故障或損壞。
【權(quán)利要求】
1.用于機械式雙索抓斗的作業(yè)動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:包括監(jiān)測單元、控制單元和輸出單元；監(jiān)測單元與控制單元之間采用無線連接并通訊，控制單元和輸出單元之間采用有線連接并通訊； 所述監(jiān)測單元安裝在機械式雙索抓斗上；由監(jiān)測單元檢測機械式雙索抓斗所承受的拉力值與應(yīng)變力值，并將檢測到的數(shù)據(jù)傳輸至控制單元； 所述控制單元和輸出單元均設(shè)置在機械式雙索抓斗的操作室內(nèi)；其中，控制單元包括相互獨立的第一控制子單元和第二控制子單元，第一控制子單元和第二控制子單元分別與輸出單元相連接；第一控制子單元和第二控制子單元分別對監(jiān)測單元傳遞來的數(shù)據(jù)進行判斷和處理，并分別通過輸出單元將處理的結(jié)果顯示出來。
2.如權(quán)利要求1所述的用于機械式雙索抓斗的作業(yè)動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于: 所述監(jiān)測單元包括支撐索拉力傳感器(101)、閉合索拉力傳感器(102)、抓斗應(yīng)變片(103 )和抓斗無線發(fā)射器(104);其中，支撐索拉力傳感器(101)的一端與支撐索(107 )相連接，支撐索拉力傳感器(101)的另一端與擋繩器(111)相連接，由支撐索拉力傳感器(101)測量支撐索(107)和抓斗頭罩(110)之間的支撐索拉力值a ；閉合索拉力傳感器(102)的一端與閉合索(106)相連接，閉合索拉力傳感器(102)的另一端與抓斗頭罩(110)相連接，由閉合索拉力傳感器(102)測量閉合索(106)和抓斗頭罩(110)之間的閉合索拉力值b ;在每塊抓斗顎板(109)的開口的邊緣均布有4到12片抓斗應(yīng)變片(103)，當與抓斗應(yīng)變片(103)連接的抓斗顎板(109)發(fā)生形變時，抓斗應(yīng)變片(103)輸出線性變化的應(yīng)變力值c ;在抓斗的頂部安裝有抓斗無線發(fā)射器(104);通過導(dǎo)線將拉力傳感器(101)、閉合索拉力傳感器(102)以及抓斗應(yīng)變片(103)分別與抓斗無線發(fā)射器(104)相連接； 所述控制單元包括第一控制子單元和第二控制子單元；其中，第一控制子單元包括第一控制無線接收裝置(201)、第一控制信號調(diào)理電路(203)、第一控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(205)、控制時鐘芯片電路(207)、可編程邏輯控制器PLC (209)和第一電源(211);第二控制子單元包括第二控制無線接收裝置(202)、第二控制信號調(diào)理電路(204)、第二控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(206)、第二電源(208)和工控機IPC (210)； 抓斗無線發(fā)射器(104)的無線發(fā)射端分別與第一控制無線接收裝置(201)的無線接收端、第二控制無線接收裝置(202)的無線接收端無線連接并通訊；第一控制無線接收裝置(201)的輸出端與第一控制信號調(diào)理電路(203)的輸入端相連接,第一控制信號調(diào)理電路(203)的輸出端與第一控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(205)的輸入端相連接，第一控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(205)的輸出端與可編程邏輯控制器PLC (209)的輸入端相連接，可編程邏輯控制器PLC(209)分別與第一電源(211)、控制時鐘芯片電路(207)相連接；其中，第一控制信號調(diào)理電路(203)負責(zé)將第一控制無線接收裝置(201)傳遞來的信號放大；第一控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(205)負責(zé)將第一控制信號調(diào)理電路(203)傳遞來的信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號；控制時鐘芯片電路(207)負責(zé)向可編程邏輯控制器PLC (209)提供計時信號；可編程邏輯控制器PLC (209)負責(zé)對第一控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(205)傳遞來的信號進行具體的判斷與處理，產(chǎn)生相應(yīng)的控制指令； 第二控制無線接收裝置(202)的輸出端與第二控制信號調(diào)理電路(204)的輸入端連接，第二控制信號調(diào)理電路(204)的輸出端與第二控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(206)的輸入端連接，第二控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(206)的輸出端與工控機IPC (210)的輸入端連接，工控機IPC(210)與第二電源(208);其中，第二控制信號調(diào)理電路(204)負責(zé)將第二控制無線接收裝置(202)傳遞來的信號放大；第二控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(206)負責(zé)將第二控制信號調(diào)理電路(204)傳遞來的信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號；工控機IPC (210)負責(zé)對第二控制信號調(diào)理電路(204)傳遞來的信號進行具體的判斷； 所述輸出單元包括聲光報警電路(301)、第一數(shù)據(jù)存儲設(shè)備(302)、第二數(shù)據(jù)存儲設(shè)備(303)和液晶顯示器(304);其中，聲光報警電路(301)和第一數(shù)據(jù)存儲設(shè)備(302)分別與可編程邏輯控制器PLC (209)的輸出端連接，由聲光報警電路(301)執(zhí)行可編程邏輯控制器PLC (209)的指令；第二數(shù)據(jù)存儲設(shè)備(303)和液晶顯示器(304)分別與工控機IPC (210)的輸出端連接；由液晶顯示器(304)顯示工控機IPC (210)的數(shù)據(jù)處理結(jié)果。
3.如權(quán)利要求2所述的用于機械式雙索抓斗的作業(yè)動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述聲光報警電路(301)內(nèi)含“正常工作”指示燈(305)、“危險操作”報警燈(306)、“抓斗超重”報警燈(307)、“抓斗觸料”指示燈(308)和蜂鳴報警器(309);聲光報警電路(301)按可編程邏輯控制器PLC (209)的指令接通或斷開“正常工作”指示燈(305)、“危險操作”報警燈(306)、“抓斗超重”報警燈(307)、“抓斗觸料”指示燈(308)和蜂鳴報警器(309)的電源。
4.如權(quán)利要求2所述的用于機械式雙索抓斗的作業(yè)動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，第一控制信號調(diào)理電路(203)和第二控制信號調(diào)理電路(204)均為包含一枚型號為TP5531的零漂移運動放大器；控制時鐘芯片電路(207)包含一枚型號為DS1302的時鐘芯片的串行時鐘電路；可編程邏輯控制器PLC (209)為三菱公司生產(chǎn)的型號為FX1N-24MR-001的PLC ;第一數(shù)據(jù)存儲設(shè)備(302)為金品公司生產(chǎn)的型號為JP6016SS的存儲器； 可編程邏輯控制器PLC (209)與機械式雙索抓斗的驅(qū)動電機相連接。
5.如權(quán)利要求2所述的用于機械式雙索抓斗的作業(yè)動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述抓斗應(yīng)變片(103)為壓電晶體；當抓斗應(yīng)變片(103)受到壓力而產(chǎn)生變形時，抓斗應(yīng)變片(103)的電阻值即發(fā)生變化，其輸出的信號發(fā)生相應(yīng)的線性變化。
6.如權(quán)利要求2所述的用于機械式雙索抓斗的作業(yè)動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，在抓斗頭罩(110)上設(shè)有抓斗端電源，抓斗端電源分別與支撐索拉力傳感器(101)、閉合索拉力傳感器(102)、抓斗應(yīng)變片(103)和抓斗無線發(fā)射器(104)連接并供電。
7.如權(quán)利要求2所述的用于機械式雙索抓斗的作業(yè)動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，可編程邏輯控制器PLC (209)與第一控制外部擴展電路接口(213)相連接，通過第一控制外部擴展電路接口(213)將起重機的原有電路及設(shè)備與第一控制子單元連接起來，共享數(shù)據(jù)；工控機IPC (210)與第二控制外部擴展電路接口(212)相連接，通過第二控制外部擴展電路接口(212)將工控機IPC (210)與起重機原有的電路及設(shè)備相連接。
8.如權(quán)利要求7所述的用于機械式雙索抓斗的作業(yè)動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，第一控制外部擴展電路接口(213)采用三菱公司的FX1N-232-BD通訊展板；第二控制外部擴展電路接口(212)采用霍尼韋爾公司的SW-CH2S擴展卡。
9.采用權(quán)利要求2至8所述任一用于機械式雙索抓斗的作業(yè)動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，按如下步驟進行: 步驟1:接通監(jiān)測單元、控制單元和輸出單元的電源，向控制單元輸入最小支撐索拉力閾值A(chǔ)l、最大支撐索拉力閾值A(chǔ)2、最小閉合索拉力閾值B1、最大閉合索拉力閾值B2和最大應(yīng)變力閾值C ; 步驟2:由監(jiān)測單元采集機械式雙索抓斗的支撐索拉力值a、閉合索拉力值b和應(yīng)變力值c并分別傳遞至控制單元內(nèi)的第一控制子單元和第二控制子單元； 步驟3:由第一控制子單元內(nèi)的可編程邏輯控制器(PLC209)對接收到的信號進行處理，并通過輸出單兀內(nèi)的聲光報警電路(301)做出相應(yīng)的聲光提不； 步驟4:由第二控制子單元的工控機IPC (210)對接收到的信號進行處理，并通過輸出單元內(nèi)的液晶顯示器(304)做出相應(yīng)的聲光提示； 步驟5:關(guān)閉監(jiān)測單元、控制單元和輸出單元的電源，結(jié)束操作。
【文檔編號】B66C13/16GK104150362SQ201410368420
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月30日
【發(fā)明者】朱華炳, 訾斌, 高晨輝, 衛(wèi)道柱, 鄺先進, 牛康廷 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)