способ регистрации параметров грузоподъемной машины

Формула изобретения

1. Способ регистрации параметров грузоподъемной машины путем получения данных об аналоговых и дискретных параметрах работы грузоподъемной машины, характеризующих ее нагрузку и пространственное положение стрелы или грузозахватного органа, их первичной обработки и последующей многократной, в частности периодической, записи в запоминающее устройство с возможностью считывания в случае необходимости, а также уменьшения периода этой записи при увеличении нагрузки грузоподъемной машины, отличающийся тем, что дополнительно выявляют изменение управляющего воздействия машиниста или по меньшей мере одного параметра работы грузоподъемной машины, характеризующего пространственное положение ее стрелы или грузозахватного органа, а после этого изменения в течение заданного интервала времени устанавливают уменьшенное предварительно заданное значение периода записи параметров или этот период устанавливают в зависимости от скорости изменения какого-либо аналогового параметра таким образом, что большему значению скорости соответствует меньшее значение периода, причем если по различным условиям будут получены различные значения периодов записи параметров, то действительное значение периода записи устанавливают как наименьшее из этих значений.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что запись параметров с установленным периодом осуществляют непосредственно после выявления изменения параметра работы грузоподъемной машины или управляющего воздействия машиниста независимо от времени окончания текущего периода.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину периода записи параметров устанавливают обратно пропорциональной скорости изменения или величине аналогового параметра.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что предварительно заданные значения длительности интервала времени и уменьшенного периода записи параметров выбирают из условия достаточной информативности записи параметров грузоподъемной машины при наиболее динамичном их изменении.

5. Способ регистрации параметров грузоподъемной машины путем получения данных об аналоговых и дискретных параметрах работы грузоподъемной машины, характеризующих ее нагрузку и пространственное положение, их первичной обработки и последующей многократной, в частности периодической, записи в запоминающее устройство с возможностью считывания в случае необходимости, отличающийся тем, что указанную запись параметров осуществляют в запоминающие устройства не менее чем в двух составных частях регистратора параметров или системы безопасности со встроенным регистратором параметров, из которых не менее чем одна составная часть является периферийным устройством регистратора параметров или системы безопасности со встроенным регистратором параметров, именуемым датчиком, в которой получают эти параметры.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что указанную запись параметров осуществляют с полным или частичным дублированием в различных указанных составных частях, для чего данные, подлежащие записи с дублированием, передают по проводной или беспроводной линии связи от одной составной части регистратора параметров или системы безопасности в другую составную часть, где и осуществляют их запись.

7. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем, что при указанной записи параметров не менее чем в двух составных частях регистратора параметров или системы безопасности используют общие сигналы времени этой записи, передаваемые по проводной или беспроводной линии связи, при помощи которой соединяют эти составные части между собой, и записывают эти сигналы времени вместе с параметрами работы грузоподъемной машины.

8. Способ по п.5, отличающийся тем, что при указанной периодической записи параметра работы грузоподъемной машины в составной части регистратора параметров или системы безопасности, в которой получают данные об этом параметре, в этой составной части дополнительно записывают значение периода этой записи, которое после считывания записанных данных используют в качестве временных интервалов при определении действительного времени записи.

9. Способ по п.5 или 8, отличающийся тем, что указанную запись параметра в запоминающее устройство, по меньшей мере, в одном периферийном устройстве регистрации или датчике этого параметра грузоподъемной машины осуществляют в автономном режиме с использованием автономного источника питания этого периферийного устройства или датчика.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что результаты указанной записи параметра дополнительно считывают и передают в другую составную часть регистратора параметров или системы безопасности, где записывают в ее запоминающее устройство.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в системах защиты и управления грузоподъемных машин для регистрации, накопления, хранения и обработки оперативной и долговременной информации о параметрах их работы.

Известен способ измерения и регистрации величины и времени работы грузоподъемной машины (крана) путем измерения нагрузки и угла наклона стрелы, воздействия на специальный суммирующий электродвигатель в соответствии с результатами этих измерений и последующей регистрации числа оборотов электродвигателя, а также подсчета календарного времени его работы [1].

Недостатком этого способа являются ограниченные функциональные возможности, в частности, из-за отсутствия регистрации максимальной нагрузки на грузозахватных органах и координат груза относительно грузоподъемного крана.

Известен также способ фиксации характеристик грузоподъемных механизмов, основанный на измерении сигналов, пропорциональных этим характеристикам, первичной обработке преобразованных сигналов, совместно с предварительно запомненными сигналами, определяющими порядок этой обработки, формирования временного интервала и, в случае появления сигналов, пропорциональных результатам первичной обработки преобразованных сигналов и превысивших установленный пороговый уровень в сформированном временном интервале, запоминания их величин и времени появления [2].

В этом техническом решении осуществляется регистрация всех основных параметров грузоподъемной машины, а также регистрация времени возникновения критических состояний.

Однако регистрация параметров осуществляется только в случае их превышения установленных пороговых уровней, что является недостатком этого способа.

Более совершенным и наиболее близким к предложенному является способ регистрации параметров грузоподъемной машины путем получения данных об аналоговых и дискретных параметрах, характеризующих нагрузку и пространственное положение грузоподъемной машины, их первичной обработки и последующей многократной, в частности периодической, записи в запоминающее устройство с возможностью считывания в случае необходимости, а также изменения периода этой записи в установленных пределах, заключающегося в уменьшении периода этой записи при увеличении нагрузки грузоподъемной машины [3, 4].

В указанном способе осуществляется периодическая регистрация аналоговых и дискретных рабочих параметров грузоподъемной машины.

Однако периодичность этой регистрации определяется только нагрузкой грузоподъемной машины. При выборе периода и моментов времени, в которые осуществляется регистрация рабочих параметров, не учитываются скорость изменения этих параметров, управляющие воздействия крановщика, а также изменение состояния грузоподъемной машины. Это приводит к снижению информативности регистрации параметров, необходимых для анализа причин аварий грузоподъемной машины или причин отказов ее узлов и механизмов.

В частности, в известном способе при относительно небольших нагрузках грузоподъемной машины регистрация ее параметров осуществляется с большим периодом (например, с периодом 20 с при нагрузке до 40% от максимальной грузоподъемности машины). Это приводит к тому, что на протяжении достаточно длительного интервала времени (в данном случае 20 с) регистрация параметров не производится. В этом интервале времени возможны аварии и отказы узлов и механизмов грузоподъемной машины, не связанные с перегрузкой машины. К ним, в частности, относятся аварии, вызванные столкновениями с различными препятствиями, подтаскиванием груза краном, подъемом груза непосредственно с места его установки механизмами телескопирования стрелы, превышением допустимой скорости перемещения груза, закручиванием канатов грузового полиспаста, неравномерным натяжением строп и т.д. Поэтому большой период регистрации параметров грузоподъемной машины в указанных случаях не позволяет получить достаточно полную информацию, необходимую для анализа причин аварий грузоподъемной машины или отказов ее узлов и механизмов. Это является существенным недостатком известного способа.

При анализе причин аварий грузоподъемной машины или отказов ее узлов и механизмов повышенную информативность имеют значения ее рабочих параметров в переходных режимах - непосредственно после управляющих воздействий машиниста (крановщика) грузоподъемной машины, после изменения каких-либо ее аналоговых и дискретных параметров (срабатывания концевого выключателя предельного подъема или предельного опускания грузозахватного органа, концевого выключателя стопорения секций стрелы и т.д.). Однако в известном способе запись рабочих параметров непосредственно в эти моменты времени не производится, что приводит к дополнительному снижению информативности регистрации параметров.

Кроме того, в известном способе не предусмотрено дублирование записей параметров грузоподъемной машины. Это приводит к невысокой надежности как регистрации, так и сохранности регистрируемой информации. В частности, при тяжелых авариях грузоподъемной машины разрушение электронного блока, в котором осуществляется запись параметров, приводит к полной потере всех записанных данных и к невозможности проведения объективного анализа (расследования) причин этой аварии.

К недостатку известного способа, приводящему к снижению надежности регистрации, можно также отнести возможность непреднамеренного или умышленного блокирования регистрации (записи) параметров путем отключения общего напряжения питания регистратора параметров (или системы безопасности со встроенным регистратором параметров).

Техническим результатом, на достижение которого направлено предложенное техническое решение, является повышение информативности, надежности и сохранности записи параметров грузоподъемной машины в моменты ее аварий или отказов ее механизмов и узлов и при непреднамеренном или умышленном отключении общего напряжения питания регистратора параметров.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе регистрации параметров грузоподъемной машины путем получения данных об аналоговых и дискретных параметрах, характеризующих нагрузку и пространственное положение грузоподъемной машины, их первичной обработки и последующей многократной, в частности периодической, записи в запоминающее устройство с возможностью считывания, в случае необходимости, дополнительно выявляют изменение по меньшей мере одного параметра грузоподъемной машины или управляющего воздействия машиниста (крановщика) и непосредственно после этого изменения, независимо от времени окончания текущего периода, осуществляют запись параметров грузоподъемной машины. Этот результат достигается также благодаря тому, что после выявления изменения по меньшей мере одного дискретного параметра грузоподъемной машины или управляющего воздействия машиниста (крановщика) в течение предварительно заданного интервала времени устанавливают предварительно заданное (уменьшенное) значение периода записи параметров, а также дополнительно определяют скорость изменения по меньшей мере одного аналогового параметра грузоподъемной машины, после чего период записи параметров устанавливают таким образом, что большему значению скорости соответствует меньшее значение периода. Величина этого периода записи может устанавливаться, в частности, обратно пропорциональной скорости изменения параметра.

Для получения необходимого технического результата в случае выявления изменений двух и более аналоговых параметров грузоподъемной машины дополнительно определяют скорости изменения этих параметров, определяют возможные значения периодов записи каждого параметра таким образом, что большему значению скорости изменения каждого параметра соответствует меньшее значение возможного периода его записи, после чего действительное значение периода записи параметров грузоподъемной машины устанавливают путем выбора наименьшего значения периода из указанных определенных возможных периодов. Если при этом дополнительно выявляют изменения какого-либо дискретного параметра грузоподъемной машины или управляющего воздействия машиниста (крановщика), то в течение предварительно заданного интервала времени сравнивают предварительно заданное (уменьшенное) значение периода записи параметров с указанными возможными значениями периодов, после чего действительное значение периода записи параметров грузоподъемной машины устанавливают путем выбора наименьшего значения из всех сравниваемых периодов.

Кроме того, указанный технический результат достигается за счет того, что в способе регистрации параметров грузоподъемной машины путем получения данных о аналоговых и дискретных параметрах, характеризующих нагрузку и пространственное положение грузоподъемной машины, их первичной обработки и последующей многократной, в частности периодической, записи в запоминающее устройство с возможностью считывания в случае необходимости эту запись осуществляют в запоминающие устройства не менее чем в двух составных частях регистратора параметров или системы безопасности, не менее чем в одной из которых (в периферийном устройстве регистрации или датчике параметра грузоподъемной машины) получают эти данные. При этом запись параметров в различных составных частях регистратора параметров или системы безопасности может осуществляться с полным или частичным дублированием этой записи, для чего данные, подлежащие записи с дублированием, передают по проводной или беспроводной линии связи от одной составной части регистратора параметров или системы безопасности в другую составную часть, где и осуществляют их запись.

Для достижения необходимого технического результата при записи параметров в различных составных частях регистратора параметров или системы безопасности могут использоваться общие сигналы времени, которые передаются по общей проводной или беспроводной линии связи и записываются вместе с параметрами грузоподъемной машины. Для определения действительного времени записи в какой-либо составной части регистратора параметров или системы безопасности, в которой получают данные об этом параметре, одновременно со значениями параметров в этой составной части могут дополнительно записываться значения периодов этой записи.

Необходимый технический результат достигается также за счет того, что запись параметра в запоминающее устройство в каком-либо периферийном устройстве регистрации или датчике этого параметра грузоподъемной машины осуществляют в автономном режиме с использованием автономного источника питания этого периферийного устройства или датчика. Причем результаты этой записи дополнительно считывают и передают в другую составную часть регистратора параметров или системы безопасности, где записывают в ее запоминающее устройство.

Благодаря указанным отличительным признакам в предложенном техническом решении обеспечивается:

- оперативная запись параметров грузоподъемной машины в момент их изменения независимо от ранее установленного периода записи;

- автоматическое изменение периода записи в зависимости от скорости изменения какого-либо параметра;

- автоматическое уменьшение периода записи в течение заданного интервала времени после изменения какого-либо аналогового, дискретного параметра или управляющего воздействия машиниста (крановщика);

- запись параметров одновременно в нескольких различных составных частях регистратора параметров (или системы безопасности со встроенным регистратором параметров), в том числе непосредственно в периферийных устройствах (в датчиках параметров грузоподъемной машины);

- запись (регистрация) наиболее важных параметров грузоподъемной машины в датчиках в автономном режиме независимо от наличия общего напряжения питания регистратора параметров;

- полное или частичное дублирование записи одних и тех же параметров грузоподъемной машины в различных составных частях регистратора параметров;

- дублирование записи общих сигналов времени при записи параметров грузоподъемной машины в различных составных частях регистратора параметров, а также запись значений периодов записи этих параметров.

Это приводит к повышению информативности и надежности записи параметров грузоподъемной машины в моменты ее аварий или отказов ее механизмов и узлов, к повышению сохранности этих записей, в том числе при тяжелых авариях грузоподъемной машины, приводящих к разрушению отдельных составных частей регистратора параметров или системы безопасности, в которую он встроен, а также при непреднамеренном или умышленном отключении общего напряжения питания регистратора параметров. Поэтому указанные отличительные признаки заявленного технического решения находятся в прямой причинно-следственной связи с достигаемым техническим результатом.

Указанные отличительные признаки в устройствах регистрации параметров грузоподъемных машин ранее не использовались. Неизвестно также применение этих признаков в других областях техники для получения указанного технического результата.

На чертеже в качестве примера реализации предложенного технического решения представлена функциональная схема системы безопасности грузоподъемной машины со встроенным регистратором параметров ее работы.

Система безопасности грузоподъемной машины содержит N аналоговых и дискретных датчиков параметров грузоподъемной машины 1.1...1.N, в число которых могут входить и датчики управляющих воздействий машиниста (крановщика), расположенные на каких-либо органах (рычагах) управления грузоподъемной машиной.

Датчики 1.1...1.N могут именоваться также периферийными устройствами регистрации параметров, модулями, контроллерами и т.п., что не имеет принципиального значения. К их числу относятся, в частности, датчики нагрузки грузоподъемной машины (веса поднимаемого груза, усилия в канатах или давления в силовых гидроцилиндрах), угла подъема (наклона) и длины стрелы, угла поворота грузоподъемной машины (азимута), скорости ветра, предельного подъема грузозахватного органа, приближения к линии электропередачи и другие датчики. Необходимый набор датчиков определяется конструкцией конкретной грузоподъемной машины, на которую устанавливается регистратор параметров или система безопасности, нормативными требованиями к ее безопасной эксплуатациями и не имеет принципиального значения с точки зрения реализации предложенного технического решения.

Кроме датчиков 1.1...1.N, система безопасности со встроенным регистратором параметров содержит центральный блок 2. Этот блок подключен к системе управления машины 3 и выполняет функции ведущего устройства как при осуществлении регистрации параметров, так и защиты грузоподъемной машины от перегрузки и повреждений. Центральный блок 2 может именоваться также центральным или ведущим контроллером, блоком обработки данных, блоком управления или индикации и т.д., что также не имеет принципиального значения.

Обмен информацией между составными частями системы безопасности (модулями, блоками, датчиками, контроллерами и т.п.) 1.1...1.N и 2 может осуществляться по проводным линиям связи, например по однопроводной или двухпроводной мультиплексной линии связи с использованием протоколов CAN, LIN, RS-232C, RS-485 и т.п., по отдельным проводам или по беспроводным линиям связи с использованием, в частности, протоколов Wi-Fi, Bluetooth или ZigBee.

В последнем случае все составные части системы безопасности содержат микроконтроллеры 4 и подключенные к ним радиомодули 5.

Измерение аналоговых и дискретных параметров грузоподъемной машины осуществляется с помощью первичных преобразователей 6, выполненных, в частности, в виде потенциометров, акселерометров-инклинометров, тензометрических мостов, конечных выключателей и т.п. Решение задач усиления, калибровки, лианеризации, нормализации и термокомпенсации выходных сигналов аналоговых первичных преобразователей 6 может быть возложено на микроконтроллер 4. В этом случае он выполняется с соответствующими встроенными аналоговыми схемами (включает в себя необходимые цифроаналоговые преобразователи, операционные усилители, компараторы и т.п.).

Отдельные первичные преобразователи 6 могут не входить в состав датчиков 1.1...1.N. В этом случае каждый из них выполняется в виде отдельных конструктивно законченных узлов (устройств, блоков, модулей и т.п.) и подключается к соответствующему датчику 1.1...1.N.

Для записи параметров грузоподъемной машины и, при необходимости, программы работы микроконтроллера 4 каждая составная часть системы безопасности 1.1...1.N и блока 2 содержит блок энергонезависимой памяти 7, выполненный, например, в виде микросхем Flash-памяти.

Датчики параметров грузоподъемной машины 1.1...1.N могут иметь автономный источник питания 8, например литиевую батарею. Питание основных узлов центрального блока 2, имеющего повышенное энергопотребление в связи с формированием этим блоком силовых сигналов управления грузоподъемной машиной, осуществляется от бортовой сети грузоподъемной машины.

Для реализации функций регистрации параметров и защиты грузоподъемной машины центральный блок 2 дополнительно содержит пульт управления 9 (набор кнопок-клавиш), часы реального времени 10 (специализированную микросхему с автономным, например литиевым, источником питания), блок индикации 11 (набор светодиодов и жидкокристаллических индикаторов), устройство ввода/вывода информации 12 и исполнительный блок 13.

Устройство ввода/вывода информации 12, предназначенное для сопряжения микроконтроллера 4 с внешним устройством считывания данных регистратора параметров (на чертеже условно не показано), выполнено в виде стандартных интерфейсных микросхем в зависимости от использованного проводного или беспроводного интерфейса внешнего устройства считывания данных - RS-232C, RS-485, IrDA, CAN, LIN, Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee и т.п.

Исполнительный блок 13 выполнен в виде набора защищенных силовых электронных ключей и силовых электромагнитных реле, подключенных к системе управления грузоподъемной машины 3 - к ее электрогидравлическим клапанам или распределителям, обмоткам контакторов и т.п. Исполнительный блок 13 может быть подключен как к микроконтроллеру 4, так и к устройству ввода/вывода информации 12 (на чертеже условно показан только первый вариант подключения).

Поясним суть предложенного способа на примере работы системы безопасности грузоподъемной машины со встроенным регистратором параметров.

Перед началом работы грузоподъемной машины в память микроконтроллера 4 или в блок памяти 7 центрального блока 2 предварительно (до начала работы грузоподъемной машины) записываются величины нагрузок, допустимых для различных пространственных положений ее стрелы или грузозахватного органа. Эти величины определяются, как правило, расчетным путем при проектировании грузоподъемной машины и представлены в виде ее грузовых характеристик.

Дополнительно машинист (оператор, крановщик) грузоподъемной машины при помощи органов управления, расположенных на пульте 9, вводит в микроконтроллер 4 параметры, определяющие режимы работы грузоподъемной машины (положение выдвижных опор, степень запасовки грузового полиспаста, наличие, длину и угол наклона гуська и т.д.) и зону допустимых положений грузоподъемного (стрелового) оборудования по координатной защите. Введенные параметры также сохраняются в блоке памяти 7 или в памяти микроконтроллера 4 центрального блока 2.

Во время работы грузоподъемной машины машинист воздействует на рычаги управления, например, гидравлическими распределителями гидравлических приводов механизмов машины, обеспечивая выполнение грузоподъемных операций - подъем и опускание стрелы, подъем и опускание груза лебедкой, поворот платформы грузоподъемной машины и т.д.

При этом микроконтроллер 4 центрального блока 2 работает по программе, записанной в его встроенной памяти программ или в блоке памяти 7, и через радиомодуль 5 осуществляет обмен информацией с датчиками 1.1...1.N по радиоканалу.

При реализации этого обмена используются стандартные процедуры формирования, приема и передачи последовательных цифровых сигналов, назначения, передачи и приема идентификатора (адреса) каждой составной части системы, формирования и проверки контрольной суммы и т.д., описанные в спецификации к использованному стандартному протоколу обмена.

Вместо радиоканала может быть использована общая мультиплексная проводная линии связи. В этом случае радиомодули 5 заменяются на контроллеры или драйверы мультиплексной линии связи, например на контроллеры CAN или LIN интерфейса. В остальном процесс обмена информацией между составными частями системы не изменяется.

После получения от датчиков 1.1...1.N информации (данных) об аналоговых и дискретных параметрах грузоподъемной машины и, при необходимости, об управляющих воздействиях машиниста микроконтроллер 4 центрального блока 2 определяет текущую нагрузку и фактическое положение ее грузоподъемного (стрелового) оборудования. После чего этот микроконтроллер 4 осуществляет сравнение текущего положения стрелы или грузозахватного органа с пороговыми уровнями, заданными машинистом (крановщиком) при введении параметров координатной защиты, а также сравнение текущей нагрузки с запомненной допустимой нагрузкой для текущего пространственного положения стрелы или грузозахватного органа. Далее, в зависимости от результатов этого сравнения, т.е. при приближении стрелы к границам разрешенной зоны работы по координатной защите или в случае превышения максимально допустимой нагрузки, микроконтроллер 4 формирует предупреждающие сигналы, поступающие на блок индикации 11, и сигнал отключения работающего в данный момент исполнительного механизма грузоподъемной машины, который через исполнительный блок 13 поступает на электрогидравлические клапаны или контакторы системы управления грузоподъемной машины 3, блокируя данное движение грузоподъемной машины. Благодаря этому осуществляется координатная защита и защита грузоподъемной машины от перегрузки.

Микроконтроллер 4 каждого датчика 1.1...1.N, работая по программе, разработанной при проектировании системы безопасности или регистратора параметров и предварительно записанной в его памяти или в блоке памяти 7, производит первичную обработку (усиление, калибровку, лианеризацию, нормализацию и термокомпенсацию) и преобразование полученных с первичных преобразователей 6 сигналов, а также контроль дискретных сигналов, информация о которых также получается с помощью первичных преобразователей 6, с целью подготовки необходимых оперативных данных о работе грузоподъемной машины для записи в блок памяти 7 (в энергонезависимую память регистратора параметров). К ним относятся, в частности, данные о нагрузке на грузозахватном органе, о координатах груза относительно грузоподъемной машины, об управляющих воздействиях машиниста (крановщика), о состоянии и работоспособности узлов и механизмов грузоподъемной машины, о срабатывании ограничений (блокировок) отдельных движений грузоподъемной машины и другие показатели, предусмотренные техническими требованиями к регистратору параметров.

Указанные параметры микроконтроллером 4 каждого датчика 1.1...1.N записываются в блоки памяти 7 этих датчиков в том объеме, в котором параметры грузоподъемной машины контролируются первичными преобразователями 6, входящими в состав именно этого датчика (или подключенными именно к этому датчику). Одновременно эти данные через радиомодули 5 передаются в центральный блок 2 (или в другой датчик 1.1...1.N, выполняющий функцию сбора всех записанных данных), где записываются в его блок памяти 7. После передачи данных в центральный блок 2 (или в другой датчик 1.1...1.N) эти данные могут полностью или частично сохраняться в блоках памяти 7 тех датчиков 1.1...1.N, в которых они были получены. Благодаря этому обеспечивается резервирование записи данных регистратора параметров в различных составных частях системы безопасности.

Дополнительно микроконтроллер 4 центрального блока 2, работая по программе по известным алгоритмам, определяет основные сведения о работе грузоподъемной машины или ее механизмов за определенный период ее работы, например с момента установки на нее системы безопасности (регистратора параметров). К ним относятся общая наработка грузоподъемной машины, суммарное число рабочих циклов, суммарная масса поднятых грузов и другие показатели - параметры, предусмотренные техническими требованиями к регистратору параметров. Эти данные записываются в блок памяти 7 центрального блока 2 и могут дополнительно при помощи радиомодулей 5 передаваться в какой-либо датчик 1.1...1.N для последующей записи в его блок памяти 7 с целью резервирования этих данных.

После первого включения системы безопасности микроконтроллер 4 центрального блока 2 через радиомодули 5 направляет команду-запрос на считывание информации, записанной в блоки памяти 7 датчиков 1.1...1.N, осуществляет прием этой информации, сравнивает ее с аналогичными записями в своем блоке памяти 7 и, в случае расхождения, осуществляет запись или перезапись этих данных из блоков памяти 7 датчиков 1.1...1.N в свой блок памяти 7. Благодаря этому центральный блок 2 выполняет функции сбора данных о параметрах грузоподъемной машины, записанных в различных составных частях системы безопасности, т.е. является своеобразным аккумулятором данных регистратора параметров.

Любая из указанных функций центрального блока (в части регистрации параметров грузоподъемной машины) может быть возложена на любой из датчиков 1.1...1.N или продублирована в этом датчике. Причем в случае, когда этот датчик дополнительно содержит устройство ввода/вывода, аналогичное по назначению устройству ввода/вывода 12 центрального блока 2, достигается полное резервирование записанных данных о параметрах грузоподъемной машины. В частности, обеспечивается возможность считывания этих данных после полного разрушения какой-либо составной части системы безопасности (регистратора параметров), в том числе центрального блока 2, например, при тяжелых авариях грузоподъемной машины.

Информативность регистрации параметров грузоподъемной машины в решающей степени зависит от выбора моментов записи этих параметров микроконтроллерами 4 в блоки памяти 7.

В предложенном способе определение этих моментов времени осуществляется при помощи встроенной в микроконтроллеры 4 системы прерываний, часов реального времени 10 и таймеров, встроенных в микроконтроллеры 4.

При нормальной работе системы сигналы часов реального времени 10 используются для общей синхронизации работы системы и передаются во все датчики 1.1...1.N и для резервирования данных регистратора параметров, по мере необходимости, записываются в блоки памяти 7 датчиков в виде текущего времени дня и календарной даты. Эти сигналы определяют также максимально возможный период записи параметров грузоподъемной машины Тмах, установленный на заранее заданном уровне (например 20 с) и предварительно записанный, например, в память всех микроконтроллеров 4. Период Тмах может быть также задан встроенным таймером микроконтроллера 4 каждого датчика 1.1...1.N.

В случае отсутствия перемещения узлов и механизмов грузоподъемной машины и отсутствия нагрузки на ее грузозахватном органе, что выявляется микроконтроллерами 4 датчиков 1.1...1.N путем контроля и соответствующей обработки выходных сигналов первичных преобразователей 6, микроконтроллеры 4 осуществляют запись текущих значений параметров грузоподъемной машины в блоки памяти 7 с указанным максимально возможным периодом Тмах, который выбран из соображений минимизации объемов памяти блоков 7 и достаточной информативности регистрации параметров грузоподъемной машины при ее неподвижном и ненагруженном состоянии.

Если происходит какое-либо изменение любого дискретного или аналогового параметра грузоподъемной машины (сигнала с концевых выключателей или с аналоговых первичных преобразователей) или какого-либо управляющего воздействия машиниста (крановщика), то микроконтроллер 4 выявляет это изменение, в частности, путем контроля уровня сигнала на своем входе или путем дифференцирования аналогового сигнала. Далее микроконтроллер 4 непосредственно после этого изменения и независимо от времени окончания текущего периода (в данном случае Тмах), используя систему прерываний (т.е. прерывая выполнение текущей программы), осуществляет запись параметров грузоподъемной машины в блок памяти 7. После записи по прерыванию микроконтроллер 4, используя сигналы часов реального времени 10 или таймер, встроенный в этот микроконтроллер, устанавливает минимально возможный (уменьшенный по сравнению с Тмах) период записи параметров грузоподъемной машины Tmin.

Значение периода Tmin выбирается из условия достаточной информативности записи параметров грузоподъемной машины при наиболее динамичном их изменении и предварительно (до начала работы грузоподъемной машины) записывается в память микроконтроллеров 4.

Запись параметров с периодом Tmin осуществляется в течение предварительно заданного интервала времени to, соответствующего длительности переходного процесса при пуске и торможении различных узлов и механизмов грузоподъемной машины и также предварительно записанного в память микроконтроллеров 4. При этом для различных узлов и механизмов грузоподъемной машины могут быть заданы различные длительности интервала времени to.

В результате этого после нахождения грузоподъемной машины в неподвижном и ненагруженном состоянии любое изменение какого-либо ее параметра приводит к незамедлительной записи параметров как в момент этого изменения, так и с повышенной частотой (с минимальным периодом Tmin) после этого изменения в течение всего времени to переходного процесса, что дает высокую информативность регистрации параметров в переходных режимах (при пусках узлов и механизмов грузоподъемной машины), а также в различных непредвиденных, в том числе в аварийных ситуациях.

В частности, если нагрузка на грузоподъемную машину еще невелика, но начинает быстро нарастать, то осуществляется немедленная запись параметров в момент выявления этого нарастания, а также запись с уменьшенным периодом непосредственно после выявления этого нарастания. Благодаря этому эффективно регистрируются все непредвиденные и быстро развивающиеся ситуации на грузоподъемной машине, в том числе аварийные.

После истечения интервала времени to микроконтроллер 4 каждого из датчиков 1.1...1.N определяет скорость изменения каждого параметра и устанавливает период записи параметров Т таким образом, что большему значению скорости соответствует меньшее значение периода. В частности, устанавливает величину указанного периода записи Т в пределах от Тмах до Tmin обратно пропорциональной скорости изменения параметра, изменяющейся в пределах от 0 до Vmax (Vmax - максимально возможная скорость изменения параметра при нормальной работе грузоподъемной машины). Значения Vmax для каждого аналогового параметра также предварительно записываются в память микроконтроллеров 4. При этом в случае одновременного изменения нескольких аналоговых параметров могут получиться различные значения периода Т (возможные значения периодов записи T1, T2, и т.д., определенные для каждого аналогового параметра). В этом случае микроконтроллер 4 устанавливает действительное значение периода записи параметров грузоподъемной машины путем выбора наименьшего значения периода из указанных определенных возможных периодов.

Благодаря этому, в частности, обеспечивается автоматическая установка минимального периода и, соответственно, достигается максимальная информативность записи параметров в аварийных ситуациях, поскольку быстрое изменение какого-либо параметра грузоподъемной машины либо предшествует любой аварии, либо происходит во время этой аварии и непосредственно после нее.

Регистрация параметров во всех датчиках 1.1...1.N осуществляется аналогичным образом (с отличиями, обусловленными различными наборами первичных преобразователей 6 каждого датчика). При этом существуют различные варианты реализации предложенного способа. В частности, после незамедлительной записи параметров грузоподъемной машины при любом изменении какого-либо ее параметра возможна последующая установка периода записи в соответствии со скоростью изменения аналоговых параметров (т.е. при to=0). Возможно также дополнительное изменение периода записи параметров в зависимости не только от скорости, но и от величины какого либо параметра, например уменьшение периода записи по какому-либо алгоритму при увеличении высоты подъема груза, при увеличении нагрузки на грузозахватном органе и т.д. Характер этого изменения зависит от конструктивных особенностей и условий эксплуатации грузоподъемной машины. В частности, может быть реализовано уменьшение периода записи параметров при увеличении какого-либо параметра по алгоритму, аналогичному описанному алгоритму изменения периода записи в зависимости от скорости изменения какого-либо параметра. В любом случае в соответствии с предложенным способом, если в результате определения периодов записи параметров по различным условиям будут получены различные значения периодов, действительное значение периода необходимо устанавливать как наименьшее из всех возможных.

При непреднамеренном или умышленном отключении напряжения питания или соединительных кабелей в описываемой системе безопасности регистрация параметров в центральном блоке 2 прекращается. Но регистрация всех существенных параметров при этом продолжает осуществляться непосредственно в датчиках 1.1...1.N, которые благодаря наличию в их составе автономного источника питания 8 продолжают работать в автономном режиме и осуществляют запись параметров в свои блоки памяти 7. При этом обмен информацией между составными частями системы не производится и система работает только в режиме регистрации параметров грузоподъемной машины.

Если часы реального времени 10 находятся только в центральном блоке 2, то для достижения необходимой информативности и достоверности регистрации параметров необходимо осуществить привязку моментов записи параметров к реальному времени.

Для этого в блок памяти 7 каждого датчика 1.1...1.N микроконтроллер 7 записывает не только значения параметров грузоподъемной машины, но и значения периодов этой записи - данных, позволяющих определить интервалы времени между всеми записями.

В этом случае после восстановления обмена информацией с центральным блоком 2 (восстановления его напряжения питания) и передачи в него данных о значениях рабочих параметров и значений периодов их записи с датчиков 1.1...1.N центральный блок 2, имея записанную в своем блоке памяти 7 информацию с часов реального времени 10 о времени ранее произошедшего отключения напряжения питания (нарушения связи с датчиками 1.1...1.N), а также информацию о всех записях параметров в датчиках 1.1...1.N и информацию о периодах этих записей в датчиках, восстанавливает действительное значение реального времени каждой записи. Для получения реального времени каждой записи данных, полученных от какого-либо датчика 1.1...1.N, микроконтроллеру 4 центрального блока 2 достаточно к времени отключения напряжения питания последовательно прибавлять длительность интервала времени между записью с известным реальным временем и последующей записью.

После получения всей информации от датчиков 1.1...1.N и восстановления реального времени каждой записи в датчиках центральный блок 2, работая по программе по известным алгоритмам, восстанавливает не определяемые во время отключенного состояния центрального блока 2 основные сведения о работе грузоподъемной машины или ее механизмов за этот период ее работы и суммирует их с ранее определенными сведениями по общей наработке грузоподъемной машины, суммарном числе рабочих циклов, суммарной массе поднятых грузов и другими показателями-параметрами, предусмотренными техническими требованиями к регистратору параметров.

При необходимости считывания записанных данных регистратора параметров к центральному блоку 2 (или к какому-либо датчику 1.1...1.N, выполняющему функции центрального блока регистратора параметров) подключается внешнее устройство считывания (или внешний мобильный носитель информации). Микроконтроллер 4 в соответствии с программой его работы выявляет факт подключения внешнего устройства считывания к устройству ввода/вывода информации 12 и по установленной стандартной процедуре осуществляет перезапись (копирование) данных из блока памяти 7 во внешнее устройство считывания. Далее внешнее устройство считывания отключается от центрального блока 2 и подключается к ЭВМ для переноса (переписывания) данных из памяти внешнего устройства считывания в эту ЭВМ для вторичной обработки, анализа и распечатки необходимых протоколов.

Изобретение обеспечивает повышение информативности, надежности и сохранности записанных значений параметров грузоподъемной машины, в том числе в моменты ее аварий или отказов ее механизмов и узлов и при непреднамеренном или умышленном отключении общего напряжения питания регистратора параметров. Это достигается путем записи параметров в момент их изменения; автоматического изменения периода записи в зависимости от скорости изменения какого-либо параметра; уменьшения периода записи в течение заданного интервала времени после этого изменения; записи параметров одновременно в нескольких различных составных частях регистратора, в том числе автономной записи параметров непосредственно в датчиках независимо от наличия общего напряжения питания регистратора; полного или частичного дублирования записи одних и тех же параметров грузоподъемной машины и сигналов реального времени в различных составных частях регистратора параметров; а также сохранения в памяти датчиков значений периодов записи параметров грузоподъемной машины.

Источники информации

1. SU 998309, МПК 3 В 66 С 13/16, 23.02.1983.

2. RU 2116240 C1, МПК 6 В 66 С 23/90, 27.07.1998.

3. RU 7097 U1, МПК 6 В 66 С 23/90, 16.07.1998.

4. Каминский Л.С. Повышение безопасности эксплуатации стреловых кранов на основе регистрации и анализа их рабочих параметров. / Автореф. дисс. канд. техн. наук. - Новочеркасск: НПИ, 2001, 23 с.