CN111606212B - 一种架桥机用防碰撞系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种架桥机用防碰撞系统，包括主控制器，用于碰撞故障的诊断以及发送警报、运动指令；数据采集机构，通过CAN总线与主控制器连接，用于采集前支腿、中支腿、后支腿、临时支腿、卷扬机和天车的位置、速度和位移信号，并发送给主控制器；工控机，与主控制器连接，用于接收主控制器发送的信号进行实时监控，以及发送紧急制动指令给主控制器；驱动控制机构，与主控制器连接，用于接收主控制器发送的运动指令，并前支腿、中支腿、后支腿、临时支腿、卷扬机和天车的运动控制和驱动；报警装置，与主控制器连接，用于接收主控制器发送的危险警报指令，并发出警报。专为架桥机设计，具有安全、可靠、反应速度快和实时性强的特点。

Description

一种架桥机用防碰撞系统

技术领域

本发明属于起重机安全防护技术领域，具体地说，涉及一种架桥机用防碰撞系统。

背景技术

架桥机是桥式起重机械中的一种，专用于将预制钢筋混泥土箱梁吊装到桥墩上去，由于架桥机架桥效率高，因而被广泛用于铁路、公路的桥梁施工中。架桥机的主要工作流程为：架桥机首先借助临时支腿和后支腿支撑，将前支腿移至下一个桥墩并固定，与处于前一个桥墩处的中支腿共同支撑主梁前移，主梁前移到位后通过后支腿辅助支撑，依次解放前支腿和中支腿，将主梁完全固定于桥墩上完成桥架。由于架桥工作的环境复杂，且支腿前移和主梁前移对于偏角和位置的要求较高，架桥机很容易发生脱轨、颠覆、卡死、碰撞等事故。

目前，国内的防碰撞安全防护系统大多针对于普通的桥式起重机械。如中国专利CN 204211382U公开了一种桥式起重机防碰撞系统，通过数据采集机构采集主、副钩卷筒上的吊钩高度、大车位移、小车位移并反馈给主控制器，主控制器监控多台桥式起重机的当前工作状态信息，并通过人机交互界面显示，当两台或多台起重机将要发生碰撞时，主控制器根据这些状态信息对控制机构进行控制并发出报警，进而避免桥式起重机的危险动作；中国专利CN 201703992U公开了一种桥式起重机防碰撞装置，通过感应板感应大车上的永久性磁铁块，在大车接近感应板时产生警报提醒操作人员并通过控制回路控制大车停止，从而限制大车的位置；中国专利CN 205820733U公开了一种桥式起重机防碰撞安全装置，采用三级限位装置进行防撞限位保护，第一级防碰撞保护为控制减速电机使小车减速，第二级防碰撞保护为驱动电动机停止转动，小车断电刹车；第三级防碰撞保护为发出报警信号并提醒工作人员，工作人员听到警报后手动切断起重机电源。

上述专利都是普通桥式起重机用的防碰撞装置和系统，对于专用的架桥机来说，上述专利有两个工作缺点：

第一是架桥机的结构与普通架桥机有所不同，架桥机前支腿、中支腿、后支腿和临时支腿运行在同一个轨道上，上述发明缺少同一轨道上不同装置的防碰撞措施；

第二是上述发明均只限制大车和小车的极限位置，而没有对极限速度的限制措施，但是当大车和小车的速度过快后，超过极限位置后制动距离变长，同样容易发生碰撞。

发明内容

本发明的目的是提供一种架桥机用防碰撞系统，专为架桥机设计，具有安全、可靠、反应速度快和实时性强的特点。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种架桥机用防碰撞系统，结构包括：

主控制器，用于碰撞故障的诊断以及发送警报、运动指令；

数据采集机构，通过CAN总线与主控制器连接，用于采集前支腿、中支腿、后支腿、临时支腿、卷扬机和天车的位置、速度和位移信号，并发送给主控制器；

工控机，与主控制器连接，用于接收主控制器发送的信号，并监控前支腿、中支腿、后支腿、临时支腿、卷扬机和天车的运动状态以及省市县急停控制；

驱动控制机构，与主控制器连接，用于接收主控制器发送的运动指令，并前支腿、中支腿、后支腿、临时支腿、卷扬机和天车的运动控制和驱动；

报警装置，与主控制器连接，用于接收主控制器发送的危险警报指令，并发出警报。

进一步地，数据采集机构包括限位器、速度传感器和位移传感器。

进一步地，限位器包括前支腿限位器、中支腿限位器、后支腿限位器、临时支腿限位器、卷扬机限位器和天车限位器；

速度传感器包括前支腿速度传感器、中支腿速度传感器、后支腿速度传感器、临时支腿速度传感器、卷扬机转速传感器和天车速度传感器；

位移传感器包括前支腿位移传感器、中支腿位移传感器、后支腿位移传感器和临时支腿位移传感器。

进一步地，前支腿限位器设置在前支腿运行的轨道两端，前支腿速度传感器和前支腿位移传感器设置在前支腿上。

进一步地，中支腿限位器设置在中支腿运行的轨道两端，中支腿速度传感器和中支腿位移传感器设置在中支腿上。

进一步地，后支腿限位器设置在后支腿运行的轨道两端，后支腿速度传感器和后支腿位移传感器设置在后支腿上。

进一步地，临时支腿限位器设置在临时支腿运行的轨道两端，临时支腿速度传感器和临时支腿位移传感器设置在临时支腿上。

进一步地，卷扬机限位器设置在卷扬机的绳索两端，卷扬机转速传感器设置在卷扬机上。

进一步地，天车限位器设置在天车运行轨道两端，天车速度传感器设置在天车上。

进一步地，驱动控制机构包括前支腿运动控制继电器、中支腿运动控制继电器、后支腿运动控制继电器、临时支腿运动控制继电器、卷扬机运动控制继电器和天车运动控制继电器。

与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：

1.安全性和可靠性高。本发明采用限位器限制架桥机天车和各支腿的极限位置，采用位移传感器器监控各支腿位置，并通过控制实现各支腿间的最小安全距离限制，采用速度传感器和超速保护装置限制极限速度，多传感器和限位器的使用共同保障架桥机的安全性。

2.反应速度快，实时性强。本发明通过CAN总线将各传感器和限位器信号传输给主控制器，主控制器对架桥机的工作状态进行监控，在危险状况下对整个架桥机进行实时控制；CAN总线的传输延时小，主控制器响应速度快，能够在危险状况下快速的反应并控制架桥机的电机停转和机构的制动。

3.自动化程度高，使用方便。本发明中采用主控制器根据传感器的信息进行架桥机的自动控制，采用人机交互界面对架桥机的工作状态进行监控；同时操作人员在紧急情况下可以通过人机交互界面紧急停止命令使整个架桥机停止工作，操作方便。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明架桥机用防碰撞系统的示意图；

图2是本发明架桥机用防碰撞系统中数据采集机构各限位器、位移传感器和速度传感器的安装位置示意图；

图3是本发明架桥机用防碰撞系统中天车和卷扬机限位器和速度传感器的安装位置俯视示意图。

具体实施方式

以下将配合实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

本发明公开了一种架桥机用防碰撞系统，结构如图1所示，包括：

主控制器1，用于碰撞故障的诊断以及发送警报、运动指令；主控制器1搭载碰撞故障诊断程序和防碰撞控制控制程序，用于碰撞故障诊断和防碰撞的智能控制；

数据采集机构2，通过CAN总线与主控制器1连接，用于采集前支腿29、中支腿32、后支腿33、临时支腿28、卷扬机30和天车31的位置、速度和位移信号，并发送给主控制器1；

工控机3，与主控制器1连接，工控机2上搭载人机交互界面，用于接收主控制器1发送的信号，并监控前支腿29、中支腿32、后支腿33、临时支腿28、卷扬机30和天车31的运动状态以及实现急停控制；

驱动控制机构4，与主控制器1连接，用于接收主控制器1发送的运动指令，并前支腿29、中支腿32、后支腿33、临时支腿28、卷扬机30和天车31的运动控制和驱动；

报警装置5，与主控制器1连接，用于接收主控制器1发送的危险警报指令，并发出警报。

本发明架桥机用防碰撞系统的基本原理是：

1.位置限制原理：前支腿29、中支腿32、后支腿33、临时支腿28、卷扬机30和天车31运动到安装有限位器的指定位置时，相应的限位器产生限位开关信号，通过CAN总线传输给主控制器1，主控制器1通过防碰撞控制程序计算控制量，并传输给驱动控制机构4的前支腿29、中支腿32、后支腿33、临时支腿28、卷扬机30和天车31的运动控制继电器，进而控制对应的电机停转，并向警报装置5发出报警信号；

2.速度限制原理：前支腿29、中支腿32、后支腿33、临时支腿28、卷扬机30和天车31的速度传感器实时测量当前运动机构的速度，并传输给主控制器1，当运动机构的速度超过限制速度时，主控制器1控制驱动控制机构4中的继电器使得对应的电机停转，运动机构的速度下降；运动机构的速度回落至限制速度以下后，主控制器1控制驱动控制机构4中的继电器恢复电机的转动；

3.卷扬机超速保护原理：卷扬机转速传感器16实时监测当前卷扬机30的转速，并传输给主控制器1，当卷扬机30的转速超过其极限转速时，主控制器1发出急停信号控制卷扬机运动控制继电器，从而使得卷扬机安全制动器抱闸，防止重物坠落发生碰撞，造成重大事故；

4.支腿间防碰撞原理：前支腿位移传感器18、中支腿位移传感器19、后支腿位移传感器20、临时支腿位移传感器21实时测量当前各支腿的位置，并传输给主控制器1，主控制器1根据碰撞故障诊断判断当前各支腿间是否有碰撞危险，当支腿间有碰撞危险时，主控制器1对相应支腿的运动控制继电器进行控制，并向警报装置5发出报警信号；

5.实时监控和紧急停车原理：数据采集机构2采集的数据通过CAN总线传输给主控制器1后，主控制器1将其反馈给工控机3，工控机3通过人机交互界面展示运动状态的实时监控数据；在紧急情况下，通过人机交互界面进行紧急停机操作，工控机3将控制指令传输给主控制器1，主控制器1控制驱动控制机构4中所有的继电器断电，各运动机构紧急停止工作。

数据采集机构2包括限位器、速度传感器和位移传感器；限位器包括前支腿限位器6、中支腿限位器7、后支腿限位器8、临时支腿限位器9、卷扬机限位器10和天车限位器11；速度传感器包括前支腿速度传感器12、中支腿速度传感器13、后支腿速度传感器14、临时支腿速度传感器15、卷扬机转速传感器16和天车速度传感器17；位移传感器包括前支腿位移传感器18、中支腿位移传感器19、后支腿位移传感器20和临时支腿位移传感器21。

如图2和3所示，前支腿限位器6设置在前支腿29运行的轨道两端，前支腿速度传感器12和前支腿位移传感器18设置在前支腿29上；

中支腿限位器7设置在中支腿32运行的轨道两端，中支腿速度传感器13和中支腿位移传感器19设置在中支腿32上；

后支腿限位器8设置在后支腿33运行的轨道两端，后支腿速度传感器14和后支腿位移传感器20设置在后支腿33上；

临时支腿限位器9设置在临时支腿28运行的轨道两端，临时支腿速度传感器15和临时支腿位移传感器21设置在临时支腿28上；

卷扬机限位器10设置在卷扬机30的绳索两端，卷扬机转速传感器16设置在卷扬机30上；

天车限位器11设置在天车31运行轨道两端，天车速度传感器17设置在天车31上。

本发明架桥机用防碰撞系统，采用限位器限制架桥机中各支腿、卷扬机30和天车31的位置，防止各支腿、卷扬机30和天车31超过指定位置而发生碰撞；采用同一轨道的位移传感器对各支腿位置进行监控，控制限制各支腿间的最小安全距离，防止各支腿间发生碰撞；通过超速保护装置防止卷扬机转速过快，导致重物坠落发生碰撞，造成重大事故；通过速度传感器测量各支腿、卷扬机30和天车31的运行速度，通过对极限速度进行限制，减小运动机构的制动距离；通过CAN总线将各传感器和限位开关信号传输给主控制器1，在工控机3的人机交互界面上对架桥机的工作状态进行监控，并在限位开关触发和安全距离达到危险值时对整个架桥机进行控制和调整，并及时发出防碰撞报警信号，避免架桥机发生碰撞事故，保障架桥机的工作安全。

驱动控制机构4包括前支腿运动控制继电器22、中支腿运动控制继电器23、后支腿运动控制继电器24、临时支腿运动控制继电器25、卷扬机运动控制继电器26和天车运动控制继电器27。

应用时，将前支腿运动控制继电器22、中支腿运动控制继电器23、后支腿运动控制继电器24、临时支腿运动控制继电器25、卷扬机运动控制继电器26和天车运动控制继电器27分别添加到前支腿29、中支腿32、后支腿33、临时支腿28、卷扬机30和天车31的控制电机的控制电路中。

本发明架桥机用防碰撞系统，具体工作过程如下：

将数据采集机构2中的速度传感器和位移传感器安装在各运动机构（前支腿29、中支腿32、后支腿33、临时支腿28、卷扬机30和天车31）上，将数据采集机构2中的限位器安装在各运动机构（前支腿29、中支腿32、后支腿33、临时支腿28、卷扬机30和天车31）运动轨道的极限安全位置上，将驱动控制机构4中的各运动控制继电器添加到各机构控制电机的控制电路中；数据采集机构2的所有传感器和限位器测量得到的实时数据和开关信号通过CAN总线传输给主控制器1，主控制器1通过碰撞故障诊断检测是否有碰撞危险；当机构运动到安装有限位器的指定位置时，或当运动机构的速度超过限制速度时，或支腿间有碰撞危险时，主控制器的碰撞故障诊断程序进行故障判断，并通过驱动控制机构4中的运动控制继电器控制具有碰撞危险的运动机构停止运行，并发出报警信号，实现防碰撞功能；当出现紧急情况后，通过工控机的人机交互界面中执行紧急停机操作，工控机3将控制指令传输给主控制器1，主控制器1控制驱动控制机构4中所有的继电器断电，各运动机构紧急停止工作。

本发明的有益效果是：

1.安全性和可靠性高。本发明采用限位器限制架桥机天车和各支腿的极限位置，采用位移传感器器监控各支腿位置，并通过控制实现各支腿间的最小安全距离限制，采用速度传感器和超速保护装置限制极限速度，多传感器和限位器的使用共同保障架桥机的安全性。

2.反应速度快，实时性强。本发明通过CAN总线将各传感器和限位器信号传输给主控制器1，主控制器1对架桥机的工作状态进行监控，在危险状况下对整个架桥机进行实时控制；CAN总线的传输延时小，主控制器1响应速度快，能够在危险状况下快速的反应并控制架桥机的电机停转和机构的制动。

3.自动化程度高，使用方便。本发明中采用主控制器1根据传感器的信息进行架桥机的自动控制，采用工控机3的人机交互界面对架桥机的工作状态进行监控；同时操作人员在紧急情况下可以通过人机交互界面紧急停止命令使整个架桥机停止工作，操作方便。

上述说明示出并描述了发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离发明的精神和范围，则都应在发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种架桥机用防碰撞系统，其特征在于，包括：

主控制器，用于碰撞故障的诊断以及发送警报、运动指令；

数据采集机构，通过CAN总线与所述主控制器连接，用于采集前支腿、中支腿、后支腿、临时支腿、卷扬机和天车的位置、速度和位移信号，并发送给所述主控制器；

工控机，与所述主控制器连接，用于接收所述主控制器发送的信号，并监控前支腿、中支腿、后支腿、临时支腿、卷扬机和天车的运动状态以及实现急停控制；

驱动控制机构，与所述主控制器连接，用于接收所述主控制器发送的运动指令，并完成前支腿、中支腿、后支腿、临时支腿、卷扬机和天车的运动控制和驱动；

报警装置，与所述主控制器连接，用于接收所述主控制器发送的危险警报指令，并发出警报。

2.根据权利要求1所述的架桥机用防碰撞系统，其特征在于，所述数据采集机构包括限位器、速度传感器和位移传感器。

3.根据权利要求2所述的架桥机用防碰撞系统，其特征在于，所述限位器包括前支腿限位器、中支腿限位器、后支腿限位器、临时支腿限位器、卷扬机限位器和天车限位器；

所述速度传感器包括前支腿速度传感器、中支腿速度传感器、后支腿速度传感器、临时支腿速度传感器、卷扬机转速传感器和天车速度传感器；

所述位移传感器包括前支腿位移传感器、中支腿位移传感器、后支腿位移传感器和临时支腿位移传感器。

4.根据权利要求3所述的架桥机用防碰撞系统，其特征在于，所述前支腿限位器设置在前支腿运行的轨道两端，所述前支腿速度传感器和所述前支腿位移传感器设置在前支腿上。

5.根据权利要求3所述的架桥机用防碰撞系统，其特征在于，所述中支腿限位器设置在中支腿运行的轨道两端，所述中支腿速度传感器和所述中支腿位移传感器设置在中支腿上。

6.根据权利要求3所述的架桥机用防碰撞系统，其特征在于，所述后支腿限位器设置在后支腿运行的轨道两端，所述后支腿速度传感器和所述后支腿位移传感器设置在后支腿上。

7.根据权利要求3所述的架桥机用防碰撞系统，其特征在于，所述临时支腿限位器设置在临时支腿运行的轨道两端，所述临时支腿速度传感器和所述临时支腿位移传感器设置在临时支腿上。

8.根据权利要求3所述的架桥机用防碰撞系统，其特征在于，所述卷扬机限位器设置在卷扬机的绳索两端，所述卷扬机转速传感器设置在卷扬机上。

9.根据权利要求3所述的架桥机用防碰撞系统，其特征在于，所述天车限位器设置在天车运行轨道两端，所述天车速度传感器设置在天车上。

10.根据权利要求1-9任一项所述的架桥机用防碰撞系统，其特征在于，所述驱动控制机构包括前支腿运动控制继电器、中支腿运动控制继电器、后支腿运动控制继电器、临时支腿运动控制继电器、卷扬机运动控制继电器和天车运动控制继电器。

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