起重機運行監管儀的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種起重機運行監管儀，包括用于采集相關變頻器和控制裝置工作參數的數據采集電路、用于控制報警的報警電路，用于數據存儲的存儲器，用于實現與外部設備之間的通信的通信電路以及中央控制單元，所述中央控制單元與所述數據采集電路、報警電路、存儲器和通信電路通信連接，進行分析運算，在符合報警條件時生成報警指令；將相關數據送入存儲器；依據來自所述通信電路的存儲請求，從存儲器中讀取有關數據并通過所述通信電路對外傳輸。本發明自動、有效、精確在線檢測電機的運行狀況，自動保存數據，并對電機的運行數據進行分析，在出現錯誤時進行提示或自動糾錯，主要適應于外轉子低速大力矩永磁同步電機以及基于這種電機的起重機。
【專利說明】起重機運行監管儀
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種起重機運行監管儀，主要適用于永磁同步電機，特別是外轉子低速大力矩永磁同步電機以及基于這種電機的起重機。
【背景技術】
[0002]隨著國內起重行業技術的發展，不斷推出涉及起重行業的新的安全法律、法規和制度，對完善起重機安全提出了更高要求，而現有起重機安全監管模式是采用公共上位機進行數據記錄，雖然很多起重機都配置有上位機或監控系統，但由于數據采集和上位機管理上使用單位存在維護不當或干脆不開機，或者上位機只作為電腦使用等原因，使上位機處于可用可不用的狀態，由此使監管缺位，帶來安全上的風險。另外，現有這種監管系統沒有對運行狀態進行分析，不能夠給設備運行進行糾錯；并且當起重機發生事故造成上位機損壞時，還將導致數據無法保存，因此亟待開發出一種更為可靠有效的安全監管裝置。
【發明內容】
[0003]為了克服現有技術的上述缺陷，本發明提供了一種起重機運行監管儀，可以自動、有效、精確在線檢測起重機的運行狀況，自動保存數據，并可以對起重機的運行數據進行分析，在出現錯誤時進行提示或自動糾錯。
[0004]本發明實現上述目的所采用的技術方案:一種起重機運行監管儀，用于永磁同步電機，所述永磁同步電機設有變頻器和控制裝置，包括:
數據采集電路，與所述變頻器和控制裝置通信連接，用于采集變頻器和控制裝置的工作參數；
報警電路，設有報警元件，用于根據中央控制單元的報警指令，控制所述報警元件進行報警；
存儲器，用于數據存儲；
通信電路，用于同外部設備進行連接并進行數據傳輸；和
中央控制單元，與所述數據采集電路、報警電路、存儲器和通信電路通信連接，根據來自所述數據采集電路的數據進行分析運算，在符合報警條件時生成報警指令，送入所述報警電路，將相關數據送入存儲器，依據來自所述通信電路的存儲請求，從存儲器中讀取有關數據并通過所述通信電路送出到外部其他設備。在現有技術背景下，所述存儲器的工作方式可以依據現有技術，在所述中央控制單元的控制下進行數據的寫入，也可以依據現有技術增加存儲器與其他部分的直接通信，例如，直接記錄和存儲來自數據采集電路的數據或來自通信電路的遠程數據，具體方式可以依據現有技術或其他任意適宜的技術實現。
[0005]優選地，所述來自所述數據采集電路的數據通常可以包括電機運行速度數據，所述電機運行速度數據可以依據電機編碼器的傳感信號生成，也可以依據電機電壓信息生成。
[0006]所述電機編碼器安裝在所述電機上，其旋轉件通常應該與所述電機的轉子同步旋轉連接，所述電機電壓信息由能夠采集電機電壓信息的電壓傳感器在線采集，所述電壓傳感器可以安裝在用于向電機供電的變頻器上，也可以安裝在控制柜內，或者與電機連接在一起或其他任意適宜的地方，其結構和信息采集方式均可以依據現有技術或其他任意適宜的技術。
[0007]優選地，所述來自所述數據采集電路的數據通常可以包括電機荷載數據，所述電機荷載數據依據電機電流信息生成，當用于起重機時，所述電機荷載數據也可以來自安裝在鋼絲繩上的吊重測重儀。所述電機荷載可以是連接在電機上的旋轉荷載，當電機用于起重機的起升機構時，所述電機荷載通常可為吊重。
[0008]優選地，所述電機電流信息可以由能夠采集電機電流信息的電流傳感器在線采集。所述電流傳感器可以安裝用于向電機供電的變頻器上，也可以安裝在控制柜內，或者與電機連接在一起或其他任意適宜的地方，其結構和信息采集方式均可以依據現有技術或其他任意適宜的技術。
[0009]優選地，這種監管儀可以在系統(可以是受監管儀監管的電機，也可以是含有該電機的起重機或其他應用電機的系統)啟動時自動啟動，電機運行時實時記錄電機的運行狀態。由于電機的啟動(還可包括停止)存在有相應的電信號，因此可以將相應電信號作為啟動(還可包括停止)監管儀的電信號，相應電信號和采用相應電信號啟動(還可包括停止)監管儀的方法均可以采用現有技術下電子裝置的啟動和停止方法。
[0010]優選地，所述通信電路為USB接口電路和/或能夠與上位機通信的有線或無線通信電路，所述UBS接口電路設有USB插口。
優選地，所述存儲器的外側設有保護層，所述保護層的內層為環繞包裹所述存儲器的鋁箔層，所述保護層的外層由干石英材料制成。
[0011]優選地，所述數據采集電路、報警電路、存儲器、通信電路和中央控制單元安裝在監管儀殼體內，所述控制裝置采用控制柜形式，所述監管儀殼體安裝在所述控制柜內。
[0012]優選地，這種監管儀可以用于起重機，所述起重機的起升機構主要由外轉子低速大力矩永磁同步電機組成，所述外轉子低速大力矩永磁同步電機的外轉子直接用作所述起升機構的卷筒，用于連接并纏繞起重機鋼絲繩。
[0013]本發明的有益效果:
能夠進行數據記錄、存儲并具有一定分析處理能力，實時在線采集各種信息/數據，這些數據的采集分析和記錄存儲等均不依賴于上位機是否工作，因此消除了因上位機沒有正常工作帶來的監管失效，保證了監管的可靠性和有效性；
將相關數據適時存儲到存儲器中，通過保護層對存儲器進行保護，在外力沖擊和火災的情況下，依然能夠保存有這些數據，進一步提高了數據的安全性；
將監管儀的電子部分放置在監管儀殼體內，并可以將監管儀殼體設置在控制柜內，進一步提高安全性，使監管儀形同能夠長期記錄和保存數據的黑匣子，不僅方便有關人員隨時了解情況，還可以通過現有技術下相應的技術手段保證所記錄的數據不被破壞和改寫；通過通信電路，可以通過有線或無線方式與上位機連接，或者接入電子通信網絡，以便上位機獲得相關數據，進行相關數據和圖表的查看，傳遞控制指令，進行數據分析和存儲等等，并可以通過u盤進行下載和存儲，作為一個便于現場中使用的實施方式，依據現有技術，還可以通過適宜的程序設置，在將u盤插入USB插口時自動進行數據傳遞和存儲，可以由相關人員交接班或巡檢時攜帶U盤進行相關操作，以更好地適應目前常見的現場條件和人們的操作習慣；
采用自動依據電機啟動而啟動，電機運行時實時記錄電機的運行狀態的工作方式，自動實現了全部必要的數據采集、記錄、分析和存儲，由此避免了人工操作下可能出現的失誤甚至故意造假，由此保證了數據的真實性和可靠性；
依據電機電流(電機的輸入電流)信息生成電機荷載數據，極大地簡化了荷載信息的采集過程，極大地簡化了相應的數據處理量，提高了傳感信息的精度，避免了各種基于金屬形變的機械式荷載傳感器在不同工作過程中的數據失真，減小或避免了機械式荷載傳感器存在的安裝松動和錯位的問題，電流傳感器可以安裝在電機上(電機輸入端)、控制柜中和變頻器上等任何適宜的地方，以適宜不同的現場情況，還可以利用變頻器或控制柜中原有電流傳感器，以簡化設備，降低成本，方便操作。根據 申請人:的研究，在永磁同步電機(包括外轉子低速大力矩永磁同步電機及基于外轉子低速大力矩永磁同步電機的起重機起升機構)的合理控制范圍內，永磁同步電機的荷載(包括旋轉荷載和起重機吊重)與電流存在正相關關系，圖3顯示了一種用作起重機無齒輪起升機構的外轉子低速大力矩永磁同步電機的電流負載曲線，在任意確定的電流下都對應于確定的吊重，因此根據電機電流就可以計算得出電機的荷載。
[0014]依據電機電壓(電機的輸入電壓)信息生成電機運行速度數據，極大地簡化了電機運行速度信息的采集過程，極大地簡化了相應的數據處理量，避免了現有編碼器正反轉下的誤差，減小或避免了編碼器因安裝松動和錯位的問題，電壓傳感器可以安裝在電機上(電機輸入端)、控制柜中和變頻器上等任何適宜的地方，以適應不同的現場情況，還可以利用變頻器或控制柜中原有電壓傳感器，以簡化設備，降低成本，方便操作。根據 申請人:的研究，在永磁同步電機(包括外轉子低速大力矩永磁同步電機及基于外轉子低速大力矩永磁同步電機的起重機起升機構)的合理控制范圍內，永磁同步電機的運行速度與電壓存在正相關關系，圖4顯示了一種用作起重機無齒輪起升機構的外轉子低速大力矩永磁同步電機的電壓轉速曲線，在任意確定的電壓下都對應于確定的轉速，因此根據電機電壓就可以計算得出電機的轉速。
[0015]本發明適應于各種永磁同步電機，特別是外轉子低速大力矩永磁同步電機以及基于這種電機的起重機。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明的電路結構示意圖；
圖2是本發明一種應用方式下的結構示意圖；
圖3是永磁同步電機的電流荷載曲線；
圖4是永磁同步電機的電壓轉速曲線。
【具體實施方式】
[0017]下面，以用作起重機起升機構的外轉子低速大力矩永磁同步電機為例，說明本發明的【具體實施方式】。
[0018]參見圖1和圖2，本發明公開了一種對電機運行進行日常監管、運行維護、數據、故障記錄為一體的綜合監管儀，其主要由中央控制單元、數據采集電路、報警電路、存儲器和通信電路組成，其中，數據采集電路用于采集相關變頻器和控制裝置的工作參數，所采集的變頻器的工作參數主要是電機的運行數據，主要包括運行電流、電壓、頻率、輸出功率、輸入信號、故障等，所采集的控制裝置的工作參數主要包括Plc控制信號及外部各傳感器信號；報警電路，設有報警元件，用于根據中央控制單元的報警指令，控制所述報警元件進行報警；存儲器，用于數據存儲；通信電路，用于實現與外部設備之間的通信；中央控制單元，與所述數據采集電路、報警電路、存儲器和通信電路通信連接，用于根據來自所述數據采集電路的數據進行分析運算，在符合報警條件時生成報警指令，送入所述報警電路；將相關數據送入存儲器；依據來自所述通信電路的存儲請求，從存儲器中讀取有關數據并通過所述通信電路對外傳輸。
[0019]所述起重機運行監管儀通常可以安裝于起重機的控制柜中，從控制柜的pic中采集輸入輸出點、各數據動作狀態，從變頻器中采集變頻器的輸入和輸出命令，傳輸變頻器的各數據參數，實現對起重設備運行時的操作和數據記錄，并通過數據處理，對運行中出現的錯誤操作和數據異常進行報警，并對數據進行存儲。通過與變頻器的通訊記錄起重機運行過程的各種參量，數據采集電路通過與電氣控制系統(控制裝置)通訊和采集外部信號，傳輸記錄各機構的運行電流、電壓、電機溫度、吊重量、運行速度、起重時間、溫度、濕度、供電電壓(電機電壓)和供電電流(電機電流)等，通過中央控制單元處理，根據各信號的關系，計算出是否到達工作級別，計算出是否運行中存在錯誤；當運行存在錯誤時，報警電路會給出報警。
[0020]本發明的監管儀構成簡單，體積小，便于安裝于電氣控制單元(電控柜)內，監管儀的殼體上留出信號采集通訊口和數據傳輸口的插口，殼體由0.5cm不銹鋼板制成，能有效防止外部沖擊和擠壓，存儲器的保護層內層環繞有一鋁箔層，鋁箔層外由0.5cm厚的干石英材料提供高溫保護高溫絕緣體，形成保護層的外層，保護數據存儲器防止事故后的火災。
[0021]本發明的監管儀不需要人為干預，當起重機控制系統(或稱控制裝置，通常采用PLC實現)啟動開始工作，監管儀就自行啟動，記錄運行η天的數據(可以設定具體天數)，當用戶需要采集某一周期的數據時，設有USB接口，只需把適于USB接口的u盤(閃存盤)等移動存儲設備插入，監管儀就自行在移動存儲設備上生成一特定文件，用戶直接在PC機上就可讀出記錄數據，或者，用戶也可以直接用Pc機連接該監管儀，可以直接讀出存儲數據。
[0022]所述監管儀的所有數據都存儲于存儲單元(或稱存儲器)中，可根據需要采用適當容量的存儲器，例如，可選擇存儲數據的周期可達到30天以上的數據容量的存儲器。該存儲單元防水、防熱、防火、防高壓、防爆，當起重設備造成毀滅性損傷，存儲單元不會受損壞，便于事后分析故障原因。
[0023]所述監管儀對起重機的運行狀態進行監測和記錄，主要包括吊重狀態記錄、吊重狀態檢測、運行周期記錄、運行勞動強度頻率監測、運行速度監測，并可以通過預設的安全系數計算，當運行出現超過工作級別，報警模塊通過聲光的形式報警。
[0024]其中，所述電機運行速度數據依據電機電壓信息生成和所述電機荷載數據依據電機電流信息生成的原理如下:
對所述永磁同步電機進行4 =0的矢量控制，在控制器的作用下，繞組供電電流(即定子電流)只有純轉矩電流&，而沒有勵磁電流4。電機運行在這種模式下，電機荷載與繞組供電電流的關系如圖3所示，電機運行速度與繞組供電電壓(即定子電壓)的關系如圖4所示，即每對參數間具有確定的一一對應關系，因此，直接獲取到電機電壓信息和電流信息，就相當于知道了電機運行速度和電機荷載，相比現有技術下的各種直接檢測電機運行速度和電機荷載的檢測方式更為可靠，且實現起來更為簡單、快捷。
[0025]所述監管儀設有監管儀殼體，監管儀殼體由0.5cm不銹鋼板制成，能有效防止外部沖擊和擠壓。監管儀內部主要分為兩個部分，一部分由數據采集電路、中央控制單元、報警電路、通信電路組成，一部分由存儲器組成，存儲器的保護層內層為環繞鋁箔層，鋁箔層外由0.5cm厚的干石英材料提供高溫保護高溫絕緣體，形成保護層的外層，保護存儲器防止事故后的火災。
[0026]所述通信電路設有相應的通信接口，包括數據監控系統及移動存儲器接口 1、pic數據通訊接口 2和變頻器通訊接口 3。各通信接口和采集信號通訊口設置在所述監管儀殼體上。監管儀體積相對較小，方便安裝于起重機控制柜中；所要采集的數據來自Plc數據通信接口和變頻器通訊接口，監管儀通過與Plc通訊，記錄下pic內所有輸入點、輸出點和外部采集到的模擬量、數字量信號的實時狀態，如變頻器與Plc可以通訊，Plc能讀取變頻器各運行數據，則監管儀通過Plc記錄變頻器的各數據狀態。如果Plc控制系統與變頻器不是通訊控制，則監管儀可以通過變頻器通訊接口與變頻器通訊，并且針對不同變頻器可以集成通訊，如RS232、RS485、以太網、Profibus等通訊方式，通過變頻器讀取變頻器外部輸入信號、輸出信號和變頻器內部參數，記錄變頻器運行的電流、頻率、電壓、內部溫度等信號。存儲器接口 I為USB接口和RS232和/或以太網接口等任意適宜的形式和任意適宜的組合，USB接口可以很方便的與U盤及移動存儲設備相連，RS232和以太網接口與電腦上位機通τΗ ο
[0027]為表述上的便利，本發明所稱電機為電動機。
[0028]為了表述上的便利，除特別說明外，本發明所稱外轉子低速大力矩永磁同步電機泛指這種電機本身及基于這種電機的各種具體應用形式，例如基于外轉子低速大力矩永磁同步電機的起重機無齒輪起升機構。
[0029]本發明所稱基于外轉子低速大力矩永磁同步電機的起重機無齒輪起升機構是指以將這種電機的外轉子用作起升機構的卷筒直接纏繞和牽制鋼絲繩進行起升作業的起重機起升機構，這種起升機構不需要設置齒輪箱，由此極大地簡化了結構，減小了體積，降低了能耗，減少了故障，方便了操作和維護。
【權利要求】
1.一種起重機運行監管儀，其特征在于包括: 數據采集電路，用于采集相關變頻器和控制裝置的工作參數； 報警電路，設有報警元件，用于根據中央控制單元的報警指令，控制所述報警元件進行報警； 存儲器，用于數據存儲； 通信電路，用于實現與外部設備之間的通信；和 中央控制單元，與所述數據采集電路、報警電路、存儲器和通信電路通信連接，根據來自所述數據采集電路的數據進行分析運算，在符合報警條件時生成報警指令，送入所述報警電路；將相關數據送入存儲器；依據來自所述通信電路的存儲請求，從存儲器中讀取有關數據并通過所述通信電路對外傳輸。
2.如權利要求1所述的起重機運行監管儀，其特征在于所述來自所述數據采集電路的數據包括電機運行速度數據，所述電機運行速度數據依據電機編碼器采集的傳感信號生成或者依據電機電壓信息生成。
3.如權利要求2所述的起重機運行監管儀，其特征在于所述電機電壓信息由能夠采集電機電壓信息的電壓傳感器在線采集。
4.如權利要求3所述的起重機運行監管儀，其特征在于所述來自所述數據采集電路的數據包括電機荷載數據，所述電機荷載數據依據電機電流信息生成。
5.如權利要求4所述的起重機運行監管儀，其特征在于所述電機電流信息由能夠采集電機電流信息的電流傳感器在線采集。
6.如權利要求5所述的起重機運行監管儀，其特征在于系統啟動時自動啟動，電機運行時實時記錄電機的運行狀態。
7.如權利要求1、2、3、4、5或6所述的起重機運行監管儀，其特征在于所述通信電路為USB接口電路和/或能夠與上位機通信的有線或無線通信電路，所述UBS接口電路設有USB插口。
8.如權利要求7所述的起重機運行監管儀，其特征在于所述存儲器的外側設有保護層，所述保護層的內層為環繞包裹所述存儲器的鋁箔層，所述保護層的外層由干石英材料制成。
9.如權利要求8所述的起重機運行監管儀，其特征在于所述數據采集電路、報警電路、存儲器、通信電路和中央控制單元安裝在監管儀殼體內，所述控制裝置采用控制柜形式，所述監管儀殼體安裝在所述控制柜內。
10.如權利要求9所述的起重機運行監管儀，用于起重機，其特征在于所述起重機的起升機構主要由外轉子低速大力矩永磁同步電機組成，所述外轉子低速大力矩永磁同步電機的外轉子直接用作所述起升機構的卷筒，用于連接并纏繞起重機的鋼絲繩。
【文檔編號】B66C15/06GK104192721SQ201410414105
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月21日 優先權日:2014年8月21日
【發明者】郭希文, 屈吉華, 陳環宇 申請人:江西工埠機械有限責任公司