專利名稱：一種起重機故障診斷和壽命評估系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及ー種起重機，特別涉及一種起重機安全監(jiān)控、故障診斷與壽命評估系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
起重機在國民經(jīng)濟建設(shè)中有著十分重要的作用，廣泛應(yīng)用于電力、石化、港口與裝備制造等行業(yè)。起重機的科技含量日益提高，自動化、智能化、信息化、系統(tǒng)化與人性化是其必然的發(fā)展方向。起重機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，作業(yè)環(huán)境涉及高壓、高溫、易燃、易爆等因素，高空作業(yè)更增加了其危險系數(shù)，為保證起重機的安全運行，國家將其列為特種設(shè)備加以管理，企業(yè)也視其為安全生產(chǎn)工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前，起重機普遍使用的安全裝置，如起重量限制器、行程限位器等，只能執(zhí)行單一的報警與限位，無法實現(xiàn)安全監(jiān)控、故障診斷與壽命評估等功能，給安全生產(chǎn)留下了隱患，也制約了起重機的發(fā)展。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述問題，提供起重機故障診斷和壽命評估系統(tǒng)，實時監(jiān)控起重機的運行參數(shù)與安全狀態(tài)，集安全監(jiān)控、效率分析、故障診斷與壽命評估等功能于一身，實現(xiàn)起重機使用、維護與管理的自動化、智能化、信息化、系統(tǒng)化與人性化。本實用新型的技術(shù)解決方案是一種起重機故障診斷和壽命評估系統(tǒng)，由感知単元與監(jiān)控單元構(gòu)成。所述的感知単元包含重量傳感器、起升傳感器、變幅傳感器、回轉(zhuǎn)傳感器、行走傳感器、風速傳感器、功率傳感器、起升電流開關(guān)、變幅電流開關(guān)、回轉(zhuǎn)電流開關(guān)與行走電流開關(guān)。所述的監(jiān)控單元包含模擬量模塊、開關(guān)量模塊、處理器模塊、控制器模塊、人機界面、存儲單元、通信模塊與監(jiān)控中心。所述的電流開關(guān)由整流電橋NI、穩(wěn)壓電容Cl、穩(wěn)壓電阻R1、穩(wěn)壓ニ極管D1、線性光耦Ml、限流電阻R2、負載電阻R3構(gòu)成，整流電橋NI的交流輸入端子作為電流開關(guān)的輸入端子，整流電橋NI的輸出一端連接穩(wěn)壓電容Cl的一端與穩(wěn)壓電阻Rl的一端,穩(wěn)壓電阻Rl的另一端連接穩(wěn)壓ニ極管Dl的一端與限流電阻R2的一端，限流電阻R2的另一端連接線性光率禹Ml輸入的一端,穩(wěn)壓電容Cl的另一端、穩(wěn)壓ニ極管Dl的另一端、線性光稱Ml輸入的另一端連接整流電橋NI的另一端，線性光耦Ml輸出的一端連接負載電阻R3的一端，線性光率禹Ml輸出的另一端與負載電阻R3的另一端作為電流開關(guān)的輸出端子；感知単元的重量傳感器、起升傳感器、變幅傳感器、回轉(zhuǎn)傳感器、行走傳感器、風速傳感器與功率傳感器連接監(jiān)控單元的模擬量模塊。感知単元的起升電流開關(guān)、變幅電流開關(guān)、回轉(zhuǎn)電流開關(guān)、行走電流開關(guān)的輸入端子分別連接控制器模塊與起升繼電器、變幅繼電器、回轉(zhuǎn)繼電器、行走繼電器，起升電流開關(guān)、變幅電流開關(guān)、回轉(zhuǎn)電流開關(guān)、行走電流開關(guān)的輸出端子分別連接直流電源與開關(guān)量模塊。監(jiān)控單元的模擬量模塊、開關(guān)量模塊、處理器模塊與控制器模塊使用擴展總線連接。監(jiān)控單元的處理器模塊使用RS232串行總線連接人機界面，人機界面使用USB通用串行總線連接存儲單元。監(jiān)控單元的處理器模塊使用RS485串行總線連接通信模塊，通信模塊通過GPRS/Internet網(wǎng)絡(luò)連接監(jiān)控中心。本實用新型中，感知単元實時采集起重機起升機構(gòu)、變幅機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、行走機 構(gòu)的運行參數(shù)與電氣控制線路的控制狀態(tài)，監(jiān)控単元通過起重機運行參數(shù)與控制狀態(tài)進行安全監(jiān)控、效率分析、故障診斷與壽命評估。本實用新型可以實時監(jiān)控起重機運行，智能預(yù)警，有效減少安全事故，促進起重機使用、維護與管理的自動化、智能化、信息化、系統(tǒng)化與人性化。


圖I為本實用新型的原理圖。圖2為本實用新型監(jiān)控單元的總線連接示意圖。圖3為本實用新型電流開關(guān)的原理圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合附圖說明本實用新型的具體實施方式
。一種起重機故障診斷和壽命評估系統(tǒng)包含感知単元與監(jiān)控單元，如圖I所示感知単元包含重量傳感器、起升傳感器、變幅傳感器、回轉(zhuǎn)傳感器、行走傳感器、風速傳感器、功率傳感器、起升電流開關(guān)、變幅電流開關(guān)、回轉(zhuǎn)電流開關(guān)與行走電流開關(guān)。監(jiān)控單元包含模擬量模塊、開關(guān)量模塊、處理器模塊、控制器模塊、人機界面、存儲単元、通信模塊與監(jiān)控中心。其中，重量傳感器、起升傳感器、變幅傳感器、回轉(zhuǎn)傳感器、行走傳感器、風速傳感器與功率傳感器連接模擬量模塊；起升電流開關(guān)、變幅電流開關(guān)、回轉(zhuǎn)電流開關(guān)與行走電流開關(guān)連接開關(guān)量模塊；模擬量模塊、開關(guān)量模塊、控制器模塊、通信模塊與人機界面連接處理器模塊；起升繼電器、變幅繼電器、回轉(zhuǎn)繼電器與行走繼電器連接控制器模塊；存儲單元連接人機界面；監(jiān)控中心連接通信模塊。一種起重機故障診斷和壽命評估系統(tǒng)監(jiān)控単元采用擴展總線/串行總線結(jié)構(gòu)，如圖2所示處理器模塊與控制器模塊、模擬量模塊與開關(guān)量模塊之間以擴展總線連接，采用擴展總線協(xié)議；處理器模塊與人機界面以RS232串行總線連接，使用MODBUS協(xié)議，人機界面作為主站，處理器模塊作為從站；處理器模塊與通信模塊以RS485串行總線連接，使用MODBUS協(xié)議，處理器模塊作為主站，通信模塊作為從站；人機界面與存儲單元以通用串行總線連接，使用USB協(xié)議；通信模塊與監(jiān)控中心以GPRS/Internet網(wǎng)絡(luò)連接，使用TCP/IP協(xié)議。[0037]一種起重機故障診斷和壽命評估系統(tǒng)感知単元的起升、變幅、回轉(zhuǎn)、行走電流開關(guān)，原理與連接如圖3所示電流開關(guān)由整流電橋NI、穩(wěn)壓電容Cl、穩(wěn)壓電阻Rl、穩(wěn)壓ニ極管Dl、線性光耦Ml、限流電阻R2、負載電阻R3構(gòu)成，整流電橋NI的交流輸入端子作為電流開關(guān)的輸入端子，整流電橋NI的輸出一端連接穩(wěn)壓電容Cl的一端與穩(wěn)壓電阻Rl的一端,穩(wěn)壓電阻Rl的另一端連接穩(wěn)壓ニ極管Dl的一端與限流電阻R2的一端，限流電阻R2的另一端連接線性光耦Ml輸入的一端，穩(wěn)壓電容Cl的另一端、穩(wěn)壓ニ極管Dl的另一端、線性光稱Ml輸入的另一端連接整流電橋NI的另一端，線性光耦Ml輸出的一端連接負載電阻R3的一端，線性光耦Ml輸出的另一端與負載電阻R3的另一端作為電流開關(guān)的輸出端子；起升電流開關(guān)、變幅電流開關(guān)、回轉(zhuǎn)電流開關(guān)、行走電流開關(guān)的輸入端子分別連接 控制器模塊與起升繼電器、變幅繼電器、回轉(zhuǎn)繼電器、行走繼電器，起升電流開關(guān)、變幅電流開關(guān)、回轉(zhuǎn)電流開關(guān)、行走電流開關(guān)的輸出端子分別連接直流電源與開關(guān)量模塊。一種起重機故障診斷和壽命評估系統(tǒng)工作原理如下重量傳感器實時采集起重量，起升傳感器實時采集起升高度，變幅傳感器實時采集變幅幅度，回轉(zhuǎn)傳感器實時采集回轉(zhuǎn)角度，行走傳感器實時采集行走行程，風速傳感器實時采集環(huán)境風速，功率傳感器實時采集起升電機功率，起升電流開關(guān)、變幅電流開關(guān)、回轉(zhuǎn)電流開關(guān)、行走電流開關(guān)實時采集電氣控制線路電流。模擬量模塊采集感知単元起升傳感器、變幅傳感器、回轉(zhuǎn)傳感器、行走傳感器、風速傳感器、功率傳感器的模擬信號，進行硬件濾波與模數(shù)轉(zhuǎn)換，發(fā)送總線數(shù)字信號。開關(guān)量模塊采集感知単元起升電流開關(guān)、變幅電流開關(guān)、回轉(zhuǎn)電流開關(guān)、行走電流開關(guān)的模擬信號，進行硬件濾波與模數(shù)轉(zhuǎn)換，發(fā)送總線數(shù)字信號。處理器模塊周期性掃描擴展總線，接收模擬量模塊與開關(guān)量模塊的總線數(shù)字信號，進行軟件濾波處理、線性變換、邏輯運算與信息輸出，信息輸出包含控制信息、數(shù)據(jù)信息與通信信息?？刂破髂K接收處理器模塊控制信息，以繼電器方式輸出控制信號，控制信號經(jīng)過電流開關(guān)串聯(lián)連接至起重機電氣控制線路的起升繼電器、變幅繼電器、回轉(zhuǎn)繼電器與行走繼電器。人機界面接收處理器模塊的數(shù)據(jù)信息，實時顯示起重機運行參數(shù)與安全狀態(tài)，支持語音報警，同時通過USB通用串行總線發(fā)送運行參數(shù)與安全狀態(tài)至存儲單元。通信模塊接收處理器模塊通信信息，進行自由協(xié)議與TCP/IP協(xié)議雙重封包，保證通信數(shù)據(jù)的實時性、有效性與安全性，通過GPRS/Internet網(wǎng)絡(luò)發(fā)送通信數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)遠程安全監(jiān)控。存儲單元記錄起重機運行參數(shù)與安全狀態(tài)，支持ニ級高速緩存與批量存儲工作方式，提高存儲效率，支持SD卡、Flash卡同時存儲，提高存儲數(shù)據(jù)的安全性。一種起重機故障診斷和壽命評估系統(tǒng)功能如下安全監(jiān)控實時顯示起重機運行參數(shù)與安全狀態(tài)，運行參數(shù)包含起重量、起重力矩、起升高度、變幅幅度、回轉(zhuǎn)角度、行走行程、起升速度、變幅速度、回轉(zhuǎn)速度、行走速度與環(huán)境風速，安全狀態(tài)包含載荷額定能力、行程限位狀態(tài)、超速/失速狀態(tài)等；記錄起重機作業(yè)歷史數(shù)據(jù)與事件信息；起重機運行進入報警狀態(tài)時發(fā)出語音報警，輸出限速、限位與停車三級控制；實時發(fā)送起重機運行數(shù)據(jù)與安全狀態(tài)至數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)遠程安全監(jiān)控。效率分析功率傳感器實時采集起重機起升機構(gòu)電機運行功率，運行功率超出正常范圍時發(fā)出功率報警；通過起重 量、起升速度等數(shù)據(jù)計算起升機構(gòu)電機的有效功率，有效功率與運行功率之間的比值即起升機構(gòu)效率，繪制起升機構(gòu)效率的歷史趨勢曲線，用于起重機故障診斷與壽命評估。壽命評估起升電流開關(guān)、變幅電流開關(guān)、回轉(zhuǎn)電流開關(guān)、行走電流開關(guān)采集起重機電氣控制線路起升機構(gòu)、變幅機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)與行走機構(gòu)電流，分析電氣控制線路起升繼電器、變幅繼電器、回轉(zhuǎn)繼電器、行走繼電器的閉合狀態(tài)，累計各繼電器的動作次數(shù)，評估起重機電氣元件的機械使用壽命；累計各繼電器的閉合時間，評估起重機電氣元件的電氣使用壽命；累計起重量數(shù)據(jù)與工作時間數(shù)據(jù)，評估起重機整機使用壽命。故障診斷起升電流開關(guān)、變幅電流開關(guān)、回轉(zhuǎn)電流開關(guān)、行走電流開關(guān)采集起重機電氣控制線路起升機構(gòu)、變幅機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、行走機構(gòu)電流信號，控制器模塊控制起重機電氣控制線路起升繼電器、變幅繼電器、回轉(zhuǎn)繼電器、行走繼電器閉合狀態(tài)，起升傳感器、變幅傳感器、回轉(zhuǎn)傳感器、行走傳感器采集起重機起升機構(gòu)、變幅機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、行走機構(gòu)位置信息，處理器通過各機構(gòu)的控制信息、電流信息與位置信息，分析起重機控制線路的短路、斷路、繼電器故障與電機故障等。
權(quán)利要求1.一種起重機故障診斷和壽命評估系統(tǒng)，其特征在于包含感知単元與監(jiān)控單元兩部分；所述的感知單元設(shè)有重量傳感器、起升傳感器、變幅傳感器、回轉(zhuǎn)傳感器、行走傳感器、風速傳感器及功率傳感器；所述的監(jiān)控單元設(shè)有模擬量模塊、開關(guān)量模塊、處理器模塊、控制器模塊、人機界面、存儲單元、通信模塊與監(jiān)控中心；感知単元各傳感器連接模擬量模塊，模擬量模塊、開關(guān)量模塊、處理器模塊與控制器模塊之間使用擴展總線連接，處理器模塊使用RS232串行總線連接人機界面，人機界面使用USB通用串行總線連接存儲單元，處理器模塊使用RS485串行總線連接通信模塊，通信模塊通過GPRS/Internet網(wǎng)絡(luò)連接監(jiān)控中心。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述ー種起重機故障診斷和壽命評估系統(tǒng)，其特征在于 所述的感知單元設(shè)有起升電流開關(guān)、變幅電流開關(guān)、回轉(zhuǎn)電流開關(guān)與行走電流開關(guān)，采集起重機起升機構(gòu)、變幅機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)與行走機構(gòu)電氣控制線路電流；所述的電流開關(guān)由整流電橋NI、穩(wěn)壓電容Cl、穩(wěn)壓電阻R1、穩(wěn)壓ニ極管D1、線性光耦Ml、限流電阻R2、負載電阻R3構(gòu)成，整流電橋NI的交流輸入端子作為電流開關(guān)的輸入端子，整流電橋NI的輸出ー端連接穩(wěn)壓電容Cl的一端與穩(wěn)壓電阻Rl的一端，穩(wěn)壓電阻Rl的另一端連接穩(wěn)壓ニ極管Dl的一端與限流電阻R2的一端，限流電阻R2的另一端連接線性光耦Ml輸入的一端，穩(wěn)壓電 容Cl的另一端、穩(wěn)壓ニ極管Dl的另一端、線性光耦Ml輸入的另一端連接整流電橋NI的另一端，線性光I禹Ml輸出的一端連接負載電阻R3的一端,線性光I禹Ml輸出的另一端與負載電阻R3的另一端作為電流開關(guān)的輸出端子；起升電流開關(guān)、變幅電流開關(guān)、回轉(zhuǎn)電流開關(guān)、行走電流開關(guān)的輸入端子分別連接控制器模塊與起升繼電器、變幅繼電器、回轉(zhuǎn)繼電器、行走繼電器，起升電流開關(guān)、變幅電流開關(guān)、回轉(zhuǎn)電流開關(guān)、行走電流開關(guān)的輸出端子分別連接直流電源與開關(guān)量模塊。
專利摘要本實用新型公開了一種起重機故障診斷和壽命評估系統(tǒng)，集安全監(jiān)控、效率分析、故障診斷與壽命評估功能于一身由感知單元與監(jiān)控單元構(gòu)成，感知單元設(shè)有各種傳感器及電流開關(guān)，監(jiān)控單元設(shè)有各種功能模塊，由此組成一套完善的系統(tǒng)。實時監(jiān)控起重機的起升機構(gòu)、變幅機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)與行走機構(gòu)運行，對運行參數(shù)與安全狀態(tài)進行顯示、記錄、報警與控制；采用功率傳感器實現(xiàn)起升機構(gòu)功率保護與效率分析；采用電流開關(guān)對整機與電氣系統(tǒng)進行故障診斷與壽命評估，采用通信模塊與監(jiān)控中心實現(xiàn)遠程安全監(jiān)控管理。本實用新型可以實時監(jiān)控起重機運行，智能預(yù)警，有效減少安全事故，促進起重機使用、維護與管理的自動化、智能化、信息化、系統(tǒng)化與人性化。
文檔編號B66C15/00GK202429906SQ201120425470
公開日2012年9月12日 申請日期2011年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月1日
發(fā)明者代一幫, 周迪輝, 曲虎帥, 毛燕杰, 高昂 申請人:大連科信起重電器有限公司