專利名稱：一種用于起重機(jī)的電子式超速開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于起重機(jī)的電子式超速開關(guān)。
背景技術(shù)：
超速開關(guān)是起重機(jī)上的一個(gè)重要安全部件，是起重機(jī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定必須設(shè)置的一個(gè)部件。其可靠性直接關(guān)系到整個(gè)起重機(jī)的安全性。目前在國(guó)內(nèi)起重機(jī)中主要采用機(jī)械式超速開關(guān)。機(jī)械式超速開關(guān)其制造工藝復(fù)雜，制造精度要求很高，超速閥值固定，不可調(diào)節(jié)。并且由于彈性材料的要求非常高，不易制作，導(dǎo)致機(jī)械式超速開關(guān)的離散型很高，壽命也不長(zhǎng)，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，動(dòng)作閥值也在變動(dòng)，導(dǎo)致其超速保護(hù)的靈活性和可靠性在逐漸降 低。由于其工作原理是利用高速產(chǎn)生的向心力來(lái)觸發(fā)開關(guān)動(dòng)作，所以對(duì)于低速設(shè)備也是無(wú)法進(jìn)行超速保護(hù)的。這時(shí)往往就會(huì)選用電子式超速開關(guān)，電子式超速開關(guān)可以在現(xiàn)場(chǎng)自由設(shè)置超速閥值，并且進(jìn)度非常高，由于沒(méi)有機(jī)械超速開關(guān)的復(fù)雜的動(dòng)作結(jié)構(gòu)，所以壽命和可靠性都非常高。但是國(guó)內(nèi)目前還沒(méi)有電子式超速開關(guān)，主要依賴于進(jìn)口，而進(jìn)口電子式超速開關(guān)價(jià)格聞昂，這也導(dǎo)致起重機(jī)制造成本增聞。
發(fā)明內(nèi)容為克服上述弊端，本實(shí)用新型提供一種有效地解決方案，利用國(guó)內(nèi)技術(shù)自主研發(fā)一種用于起重機(jī)的電子式超速開關(guān)，其性能達(dá)到國(guó)外同類產(chǎn)品的水平，完全取代國(guó)外技術(shù)，替代國(guó)外同類產(chǎn)品，大幅度降低成本，為起重機(jī)安全提供穩(wěn)定可靠的保障。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案其特征是該起重機(jī)電子式超速開關(guān)包括速度檢測(cè)編碼器與編碼器接口電路相連；編碼器接口電路與譯碼電路相連；顯示電路與顯示驅(qū)動(dòng)電路相連；譯碼電路、顯示驅(qū)動(dòng)電路、鍵盤電路、存儲(chǔ)器電路、通訊接口電路、繼電器輸出電路與CPU相連。編碼器接口電路、譯碼電路、顯示電路、顯示驅(qū)動(dòng)電路、鍵盤電路、存儲(chǔ)器電路、通訊接口電路、繼電器輸出電路、CPU都集成在一塊線路板上。速度檢測(cè)編碼器和該線路板集成安裝在一個(gè)殼體中。速度檢測(cè)編碼器負(fù)責(zé)檢測(cè)設(shè)備的轉(zhuǎn)速，其輸出信號(hào)傳遞到編碼器譯碼電路進(jìn)行譯碼。由于編碼器的輸出信號(hào)頻率非常高，尤其在檢測(cè)高速設(shè)備時(shí)更是如此，如果采用CPU直接軟件譯碼，將導(dǎo)致CPU負(fù)荷過(guò)重，導(dǎo)致其他工作無(wú)法正常進(jìn)行，從而導(dǎo)致無(wú)法及時(shí)進(jìn)行保護(hù)，甚至導(dǎo)致信號(hào)丟失譯碼失敗，安全性可靠性大幅度降低，如果采用高端CPU，有直接導(dǎo)致成本增加，因此該實(shí)用新型采用了專用硬件譯碼電路來(lái)單獨(dú)負(fù)責(zé)對(duì)編碼器進(jìn)行譯碼，譯碼結(jié)果反映在譯碼器的輸出端，CPU只要在正常掃描周期中通過(guò)精確的定時(shí)器對(duì)譯碼的輸出進(jìn)行掃描即可得到編碼器檢測(cè)到的檢測(cè)值。CPU通過(guò)對(duì)該結(jié)果的轉(zhuǎn)換處理得到設(shè)備的當(dāng)前的轉(zhuǎn)速，然后和超速閥值進(jìn)行比較如果超過(guò)閥值就控制繼電器輸出電路輸出一個(gè)故障信號(hào)。為了避免發(fā)生誤動(dòng)作，可以在軟件中加上PID控制程序，對(duì)瞬間的高速進(jìn)行過(guò)濾，這樣就可以避免因?yàn)槟承┮馔庖蛩貙?dǎo)致的誤動(dòng)作產(chǎn)生。本實(shí)用新型設(shè)置了兩路故障繼電器輸出電路，可以同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)閥值進(jìn)行比較。[0006]另外CPU將檢查到的設(shè)備轉(zhuǎn)速傳遞到顯示驅(qū)動(dòng)電路，顯示驅(qū)動(dòng)電路再驅(qū)動(dòng)顯示電路進(jìn)行實(shí)時(shí)的轉(zhuǎn)速顯示，方便使用者進(jìn)行觀察。鍵盤電路負(fù)責(zé)將用戶的按鍵控制傳遞到CPU，CPU根據(jù)用的按鍵情況實(shí)現(xiàn)速度閥值、靈敏度、響應(yīng)時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，然后將參數(shù)保存到存儲(chǔ)器中。存儲(chǔ)器采用掉電數(shù)據(jù)不丟失的存儲(chǔ)器。CPU在重新上電時(shí)將先從該存儲(chǔ)器中讀取保存的參數(shù)值，然后按照該參數(shù)值進(jìn)行運(yùn)行。通訊接口可以連接PC電腦，通過(guò)通訊接口可以實(shí)現(xiàn)CPU程序的在線升級(jí)，和參數(shù)的上傳和下載，可以實(shí)現(xiàn)鍵盤的所有功能，但靈活性和易用性要較鍵盤高很多。另外還可以通過(guò)該接口實(shí)現(xiàn)在PC電腦上輸出詳細(xì)的工作信息，并且可以以中文形式輸出，信息量較顯示電路也要多很多。本實(shí)用新型的有益效果是實(shí)現(xiàn)了起重機(jī)電子式超速開關(guān)的國(guó)產(chǎn)化，降低了高端電子式超速開關(guān)的采購(gòu)成本，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)電子式超速開關(guān)技術(shù)上的空白。
圖I是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型的編碼器接口電路圖。圖3是本實(shí)用新型的譯碼電路圖。圖4是本實(shí)用新型的顯示驅(qū)動(dòng)電路圖。圖5是本實(shí)用新型的顯示部分電路圖。圖6是本實(shí)用新型的鍵盤電路圖。圖7是本實(shí)用新型的存儲(chǔ)器電路圖。圖8是本實(shí)用新型的通訊接口電路圖。圖9是本實(shí)用新型的CPU電路圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本實(shí)用新型的具體實(shí)施例。實(shí)施例I.系統(tǒng)原理說(shuō)明整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖I所示，整體結(jié)構(gòu)不是很復(fù)雜，本例選擇了工業(yè)常用的增量脈沖式編碼器，其輸出信號(hào)分為A相和B相，A相和B相的相位相差90度，正向旋轉(zhuǎn)時(shí)A相超前，反向旋轉(zhuǎn)使B相超前，因此該編碼器不僅可以檢測(cè)待測(cè)設(shè)備的轉(zhuǎn)速，還可以檢測(cè)待測(cè)設(shè)備的旋轉(zhuǎn)方向。其工作流程是編碼器將待測(cè)設(shè)備的旋轉(zhuǎn)速度轉(zhuǎn)換為高頻脈沖信號(hào)，信號(hào)的頻率與編碼器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)以及待測(cè)設(shè)備的轉(zhuǎn)速成正比，如下面公式所示。f^pm^rf是編碼器最終輸出頻率rpm是待測(cè)設(shè)備的實(shí)際旋轉(zhuǎn)速度r是編碼器的每圈脈沖數(shù)由于編碼器的輸出是具有相位的，所以需要譯碼電路來(lái)進(jìn)行譯碼，轉(zhuǎn)換為單一頻率脈沖。譯碼電路由相位轉(zhuǎn)換電路和高速計(jì)數(shù)電路組成，相位轉(zhuǎn)換電路負(fù)責(zé)將編碼器相位輸出脈沖轉(zhuǎn)換為單一頻率脈沖，該頻率脈沖再送到高速計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，高速計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)結(jié)果反映在其輸出端。CPU通過(guò)精確的定時(shí)器定時(shí)訪問(wèn)譯碼電路輸出結(jié)果。將譯碼電路輸出結(jié)果除以定時(shí)器的計(jì)時(shí)周期就得到設(shè)備的實(shí)際轉(zhuǎn)速，將該轉(zhuǎn)速通過(guò)顯示驅(qū)動(dòng)電路顯示到顯示器上。本例選用了 LED數(shù)碼管作為轉(zhuǎn)速顯示和參數(shù)設(shè)置顯示。CPU將轉(zhuǎn)速和設(shè)定的閥值以及設(shè)定的PID參數(shù)進(jìn)行PID調(diào)節(jié)處理，如果結(jié)果還是轉(zhuǎn)速超過(guò)閥值，就進(jìn)行故障輸出，將對(duì)應(yīng)的故障繼電器吸合，否則繼續(xù)掃描監(jiān)控。另外參數(shù)設(shè)置是通過(guò)鍵盤進(jìn)行的。CPU在檢測(cè)間隙掃描鍵盤信號(hào)，如果有鍵盤的“MENU”按鍵動(dòng)作，就停止編碼器檢測(cè)進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置程序，然后通過(guò)其他選擇按鍵進(jìn)行速度閥值、PID參數(shù)等設(shè)定，設(shè)定完成后通過(guò)“ENT”按鍵結(jié)束參數(shù)設(shè)置，CPU將設(shè)定參數(shù)保存到存儲(chǔ)器中，然后退出參數(shù)設(shè)置程序，重新開始編碼器的定時(shí)檢測(cè)。2.編碼器接口圖2顯示了該實(shí)用新型的編碼器接口電路圖。由于編碼器工作電壓通常是24VDC，而CPU的工作電壓是3. 3V，電壓差別太大，所以采用高速光電耦合器來(lái)做信號(hào)傳遞，同時(shí)也起到隔離的作用。3.編碼器選擇由于超速開關(guān)是起重機(jī)的一個(gè)重要安全部件，其可靠性非常重要，所以編碼器要求抗沖擊，可靠性高，所以首選國(guó)外大廠商的編碼器，不過(guò)由于增量型編碼器技術(shù)較成熟，所以考慮成本因素，也可以選用具有國(guó)外技術(shù)，在國(guó)內(nèi)組裝的編碼器。4.譯碼電路譯碼電路由D觸發(fā)器SN74HC74和四與非門SN74HC00組成，見(jiàn)圖3。由于編碼器的輸出脈沖相位相差90度，所以在經(jīng)過(guò)D觸發(fā)器處理之后就轉(zhuǎn)換為單一邏輯電平信號(hào)，在
A相超前(編碼器正轉(zhuǎn))時(shí)，D觸發(fā)器的Q輸出為高電平，^輸出為低電平。在B相超前(編
碼器反轉(zhuǎn))時(shí)D觸發(fā)器的Q輸出為低電平，Q輸出為高電平。再與后面的與非門進(jìn)行邏輯
運(yùn)算，就可以得到UP信號(hào)和DN信號(hào)。UP信號(hào)在編碼器正轉(zhuǎn)時(shí)輸出脈沖，在編碼器反轉(zhuǎn)時(shí)保持高電平不變。DN信號(hào)在編碼器反轉(zhuǎn)時(shí)輸出脈沖，在編碼器正轉(zhuǎn)時(shí)保持高電平不變。所以在經(jīng)過(guò)譯碼之后UP就是編碼器正轉(zhuǎn)的計(jì)數(shù)脈沖，而DN就是編碼器反轉(zhuǎn)的計(jì)數(shù)脈沖。這個(gè)兩個(gè)信號(hào)在送到與之相連的計(jì)數(shù)器進(jìn)行加減計(jì)數(shù)，即可在計(jì)數(shù)器的輸出端得到編碼器的脈沖計(jì)數(shù)值，只要CPU在計(jì)數(shù)器發(fā)生溢出之前進(jìn)行數(shù)據(jù)掃描即可計(jì)算出編碼器的實(shí)際轉(zhuǎn)速。5.人機(jī)界面為了方便讓用戶，所以設(shè)置了顯示電路(圖5)和鍵盤電路(圖6)，作為人機(jī)交互界面。顯示電路由數(shù)碼管組成，可以顯示4位數(shù)字指示電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，和I位符號(hào)，電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，符號(hào)數(shù)碼管熄滅，電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，符號(hào)數(shù)碼管顯示同時(shí)該數(shù)碼管部分也作為用戶設(shè)置參數(shù)時(shí)的顯示器使用。CPU是無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)顯示電路進(jìn)行顯示的，所以在CPU和顯示電路之間通過(guò)顯示驅(qū)動(dòng)電路連接，見(jiàn)圖4。鍵盤電路負(fù)責(zé)接收用戶的按鍵信息，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，見(jiàn)圖6。本實(shí)施例設(shè)計(jì)了 4個(gè)按鍵，滿足設(shè)置最低需求?！癕ENU”負(fù)責(zé)菜單切換和參數(shù)確認(rèn)，“UP”鍵負(fù)責(zé)參數(shù)遞增，“DN”負(fù)責(zé)參數(shù)遞減，“RIGHT”鍵負(fù)責(zé)移動(dòng)需要設(shè)置的參數(shù)數(shù)字位。6.參數(shù)存儲(chǔ)為了保證在掉電后參數(shù)不丟失，必須將參數(shù)在預(yù)先保存在一個(gè)掉電不丟失的存儲(chǔ)器中，保證在下次重新上電時(shí)CPU可以重新讀取之前的設(shè)置參數(shù)，繼續(xù)按照原先的設(shè)置參數(shù)運(yùn)行，不會(huì)產(chǎn)生混亂。掉電不丟失的存儲(chǔ)器有很多種，包括Flash存儲(chǔ)器，EEPROM存儲(chǔ)器，NOR Flash存儲(chǔ)器，甚至SD卡、U盤都是可以作為設(shè)備掉電數(shù)據(jù)保存存儲(chǔ)器使用。由于本實(shí)用新型需要保存的參數(shù)很少，基于易用性、節(jié)能、低成本的考慮，本實(shí)施例選擇了 128字節(jié)的EEPROM存儲(chǔ)器作為掉電參數(shù)保存存儲(chǔ)器，型號(hào)是24C01。其應(yīng)用電路見(jiàn)圖7，24C01是被廣泛應(yīng)用的一種小容量低功耗EEPROM存儲(chǔ)器，采用IIC接口，使用方便， 可以掉電保持10年數(shù)據(jù)丟失，具有100000次的擦寫壽命。7.通訊接口電路上述簡(jiǎn)單的人機(jī)界面可以滿足大多數(shù)情況下的用戶需求，但在進(jìn)行設(shè)備調(diào)試和固件程序升級(jí)時(shí)就滿足不了需求了。所以設(shè)置了通訊接口電路(見(jiàn)圖8)。該電路將本實(shí)用新型與電腦連接起來(lái)，可以通過(guò)電腦端軟件查看本實(shí)用新型內(nèi)部更多的數(shù)據(jù)信息，可以進(jìn)行固件升級(jí)，和參數(shù)的批量上傳和下載，滿足高級(jí)用戶和調(diào)試工程師的需求。圖8所示接口電路是標(biāo)準(zhǔn)的三極管RS232電平轉(zhuǎn)換電路，將PC端的RS232數(shù)據(jù)電平轉(zhuǎn)換為CPU可以接收的數(shù)據(jù)電平。8. CPU 的選型圖9是本實(shí)用新型的CPU電路，CPU是整個(gè)系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)所以外圍電路的工作，并負(fù)責(zé)所有的計(jì)算工作。由于工作環(huán)境惡劣，所以需要工作穩(wěn)定可靠，耐高溫，耐沖擊，并且就高速檢測(cè)和運(yùn)算能力。所以本實(shí)施例選擇了世界著名的意法半導(dǎo)體公司的產(chǎn)品ARM產(chǎn)品STM32F103C8T7作為系統(tǒng)的CPU。STM32產(chǎn)品具有低電壓和節(jié)能兩大優(yōu)點(diǎn)。以72MHz頻率從閃存執(zhí)行代碼，僅消耗27mA電流。運(yùn)行速度可以達(dá)到80MHz，工業(yè)級(jí)芯片運(yùn)行環(huán)境溫度可以達(dá)到-40攝氏度到120攝氏度，具有較高的ESD能力。
權(quán)利要求1. 一種用于起重機(jī)的電子式超速開關(guān)，其特征在于該起重機(jī)電子式超速開關(guān)包括速度檢測(cè)編碼器與編碼器接口電路相連；編碼器接口電路與譯碼電路相連；顯示電路與顯示驅(qū)動(dòng)電路相連；譯碼電路、顯示驅(qū)動(dòng)電路、鍵盤電路、存儲(chǔ)器電路、通訊接口電路、繼電器輸出電路與CPU相連；編碼器接口電路、譯碼電路、顯示電路、顯示驅(qū)動(dòng)電路、鍵盤電路、存儲(chǔ)器電路、通訊接口電路、繼電器輸出電路、CPU都集成在一塊線路板上，速度檢測(cè)編碼器和該線路板集成安裝在一個(gè)殼體中。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于起重機(jī)的電子式超速開關(guān)，其包括速度檢測(cè)編碼器與編碼器接口電路相連；編碼器接口電路與譯碼電路相連；顯示電路與顯示驅(qū)動(dòng)電路相連；譯碼電路、顯示驅(qū)動(dòng)電路、鍵盤電路、存儲(chǔ)器電路、通訊接口電路、繼電器輸出電路與CPU相連。編碼器接口電路、譯碼電路、顯示電路、顯示驅(qū)動(dòng)電路、鍵盤電路、存儲(chǔ)器電路、通訊接口電路、繼電器輸出電路、CPU都集成在一塊線路板上。速度檢測(cè)編碼器和該線路板集成安裝在一個(gè)殼體中。
文檔編號(hào)B66C13/50GK202625643SQ20122015111
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月11日
發(fā)明者周德峰 申請(qǐng)人:大連寶信起重技術(shù)有限公司