Результат интеллектуальной деятельности: СИСТЕМА БЕЗОПАСНОСТИ ГРУЗОПОДЪЕМНОГО КРАНА С ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

Изобретение относится к области подъемно-транспортного машиностроения и может быть использовано в системах управления и защиты грузоподъемных машин.

Согласно требованиям нормативной документации грузоподъемные краны оборудуются приборами и устройствами безопасности различных типов: ограничителями рабочих движений, ограничителями грузоподъемности или грузового момента, устройствами координатной защиты, приборами для защиты от падения груза и стрелы у кранов с электроприводом при обрыве любой из трех фаз питающей электрической сети путем блокирования работы соответствующих механизмов грузоподъемной машины в соответствии с требованиями правил ПБ 10-382-00 и т.д.

Известны системы безопасности грузоподъемного крана, содержащие цифровой вычислительный блок, к информационным входам которого подключены мультиплексным каналом обмена данных периферийные устройства регистрации параметров крана, а к выходам - регистратор параметров крана с таймером реального времени, блок визуальной индикации, блок предупредительной сигнализации и исполнительный блок, и внешнее запоминающее устройство, соединенное с цифровым вычислительным блоком двухсторонним каналом обмена данных (см., например, патент РФ на полезную модель №38747, В66С 23/90, 10.07.2004 - прототип). Система по патенту РФ №38747 использована в комплексном приборе безопасности ОНК-160Б (Ограничитель нагрузки башенного крана ОНК-160Б. Руководство по эксплуатации. ЛГФИ.408844.025-01РЭ, ОАО «Арзамасский приборостроительный завод», с.1-19, 48-49). Прибор ОНК-160Б обеспечивает защиту башенного крана от перегрузок и опрокидывания при подъеме груза, защиту рабочего оборудования от повреждения при работе в стесненных условиях (координатная защита), отображение информации о фактической массе поднимаемого груза, предельной грузоподъемности, степени загрузки крана, величине вылета, высоте подъема крюка, положении крана на пути и скорости ветра. Встроенный в данный прибор регистратор параметров крана обеспечивает запись и долговременное хранение информации о рабочих параметрах крана, о величинах и датах перегрузок, а также о степени нагружения крана в течение всего срока службы ограничителя. Однако известная система безопасности не исключает возможности отключения отдельных видов приводов, таких как привод поворота и привод передвижения крана, из-за кратковременных перепадов напряжения, что само по себе может привести к аварийной ситуации из-за раскачки груза.

На сегодняшний день существует ряд приборов, осуществляющих измерение питающего напряжения по трем фазам, например, "ЕЛ-13" (ЗАО "МЕАНДР", Санкт-Петербург); "УЗОФ-ЗМ" (ЗАО ИТЦ "КРОС", г.Ивантеевка Московской обл.); "РКФ-1" (ОАО "Элтор", г.Тверь). Данные приборы используются в грузоподъемных кранах с электроприводом, но они обладают следующими недостатками.

1. Невозможность осуществления контроля параметров питающего напряжения (U_пит) для релейной автоматики крана, так как перечисленные приборы осуществляют только защиту двигателей от опрокидывания. Это связано с тем, что существует ряд противоречивых требований к уровню питающего напряжения для отдельных видов электрооборудования грузоподъемного крана. Для электродвигателей допускаются перекос фаз до 0,7U_н, где U_н - номинальное напряжение, и симметричное снижение напряжения до 0,5U_н, а для релейной автоматики допустимый диапазон питающего напряжения 0,9U_н<U_пит<1,1U_н.

2. Не исключена возможность отключения отдельных видов приводов, таких как привод поворота, привод передвижения крана, из-за кратковременных перепадов напряжения вследствие того, что перечисленные приборы не могут определить конкретно, в какой фазе происходит перекос. Это приводит к отключению всех приводов с наложением тормозов, включая приводы поворота и передвижения крана, что само по себе может привести к аварийной ситуации из-за раскачки груза.

3. Отсутствие регистрации уровня питающего напряжения для более объективного расследования причин возможных аварийных ситуаций, так как при блокировании работы машинистом крана или обслуживающим персоналом перечисленных приборов путем перемыкания исполнительных контактов с последующим снятием такой блокировки, невозможно объективно определить, по какой причине произошла авария крана с электроприводом.

Например, на кране КБ-408.21 производства Нязепетровского краностроительного завода с помощью реле контроля фаз ЕЛ-13 контролируется:

1) перекос фаз напряжения питания на силовые двигатели до 0,7U_н (т.е. допускается снижение напряжения в отдельной фазе до 154 В при номинальном напряжении 220 В на остальных фазах);

2) симметричное снижение напряжения между фазами до 0,5U_н (т.е. допускается снижение линейного напряжения одновременно между тремя фазами до 190 В).

Однако для релейной автоматики, управляющей силовыми двигателями на кране КБ-408.21, допускается снижение питающего напряжения до 0,85U_н (т.е. напряжение питания катушек релейной автоматики не должно быть меньше 323 В).

Таким образом, реле контроля фаз ЕЛ-13 не может предотвратить работу схемы управления на недопустимом уровне напряжения, что может привести к возникновению аварийных ситуаций. Кроме того, реле контроля фаз ЕЛ-13 при срабатывании независимо от того, на какой из трех фаз произошла "просадка" напряжения, разрывает свой контакт, установленный в цепи линейного контактора, который в свою очередь выключает все приводы крана, что может привести к недопустимому раскачиванию груза, особенно при отключении привода поворота.

Задачей настоящего изобретения является создание системы безопасности грузоподъемного крана, обеспечивающей дифференцированное запрещение работы различных видов электрооборудования крана при недопустимых уровнях питающих напряжений. Дополнительной задачей изобретения является исключение аварийных отключений отдельных видов приводов, таких как привод поворота, привод передвижения крана, из-за кратковременных перепадов напряжения. Еще одной задачей изобретения является регистрация уровня питающего напряжения для более объективного расследования возможных аварий, информирование машиниста крана об уровне питающего напряжения и предупреждение машиниста крана об отклонении от заданного уровня питающего напряжения.

Таким образом, достигаемый технический результат выражается в повышении надежности работы грузоподъемного крана.

Решение поставленной задачи и достижение технического результата обеспечивается тем, что система безопасности грузоподъемного крана, содержащая цифровой вычислительный блок, к информационным входам которого подключены мультиплексным каналом обмена данных выходы периферийных устройств регистрации параметров крана, а к выходам - регистратор параметров крана с таймером реального времени, блок визуальной индикации, блок предупредительной сигнализации и исполнительный блок, и внешнее запоминающее устройство, соединенное с цифровым вычислительным блоком двухсторонним каналом обмена данных, снабжена измерителями параметров питающего напряжения электрооборудования крана, выходы которых подключены мультиплексным каналом обмена к дополнительным информационным входам цифрового вычислительного блока и к дополнительным входам регистратора параметров крана и блока визуальной индикации, а цифровой вычислительный блок приспособлен для сравнения измеренного напряжения с допустимыми параметрами питающего напряжения, формирования сигнала о запрете всех движений крана при отклонении параметров питающего напряжения за пределы допустимого уровня для системы управления краном, формирования сигнала для отключения отдельных видов движений крана при отклонении параметров питающего напряжения за пределы допустимого уровня для приводов крана и формирования предупредительного светового и звукового сигналов при отклонении параметров питающего напряжения за пределы допустимого уровня.

При этом каждый измеритель параметров питающего напряжения электрооборудования крана представляет собой последовательно соединенные делитель, интегратор и аналого-цифровой преобразователь, выход которого является выходом измерителя.

На чертеже изображена функциональная схема предлагаемой системы безопасности грузоподъемного крана с электроприводом.

Система безопасности содержит цифровой вычислительный блок 1, внешнее запоминающее устройство 2, регистратор 3 параметров крана со встроенным в него таймером реального времени, блок 4 визуальной индикации, блок 5 предупредительной сигнализации, исполнительный блок 6, периферийные устройства 7₁...7_m регистрации параметров крана и измерители 8₁...8_n параметров питающего напряжения электрооборудования крана (например, линейного напряжения между фазами, напряжения между фазами и нейтралью и т.д.). Каждый измеритель 8₁...8_n питающего напряжения электрооборудования крана содержит последовательно соединенные делитель 9, интегратор 10 и аналого-цифровой преобразователь 11, выход которого является выходом измерителя.

Внешнее запоминающее устройство 2 соединено с цифровым вычислительным блоком 1 двухсторонним каналом обмена данных. К выходам цифрового вычислительного блока подключены регистратор 3 параметров крана, блок 4 визуальной индикации, блок 5 предупредительной сигнализации и исполнительный блок 6.

Выходы периферийных устройств 7 регистрации параметров крана подключены мультиплексным каналом обмена данных к входам цифрового вычислительного блока 1. Выходы измерителей 8₁...8_n параметров питающего напряжения электрооборудования крана подключены мультиплексным каналом обмена данных к дополнительным информационным входам цифрового вычислительного блока 1, а также к дополнительным входам регистратора 3 параметров крана и блока 4 визуальной индикации.

Периферийные устройства 7₁...7_m регистрации параметров крана размещены в различных зонах крана и включают в себя аналоговые датчики с аналого-цифровыми преобразователями и цифровые датчики. Аналоговые датчики измеряют плавно изменяющиеся параметры работы крана и используют для измерения чувствительные элементы с линейным и нелинейным выходным сигналом. Цифровые датчики измеряют дискретные параметры работы крана.

Система работает следующим образом.

При работе грузоподъемного крана периферийные устройства 7₁...7_m осуществляют измерение параметров, характеризующих загрузку крана и положение его грузоподъемного оборудования. Значения рабочих параметров крана по мультиплексному каналу обмена данных передаются в цифровой вычислительный блок 1, который, работая по программе, определенной при проектировании прибора безопасности и предварительно записанной во внешнее запоминающее устройство 2, осуществляет сравнение фактического нагружения крана с предельно-допустимым, а также осуществляет сравнение фактического положения грузоподъемного оборудования с зоной его допустимых положений, и в зависимости от результатов сравнений выдает сигнал на исполнительный блок 6 на разрешение или запрещение отдельных видов движений крана.

Параметры питающего напряжения U₁...U_n подаются через делители 9₁...9_n (для уменьшения уровня сигнала) и интеграторы 10₁...10_n (для определения действующего уровня напряжения) на аналогово-цифровые преобразователи 11₁...11_n. С помощью мультиплексной линии связи сигналы с выходов аналогово-цифровых преобразователей 11₁...11_n подаются в цифровой вычислительный блок 1, а также - в регистратор 3 параметров крана и блок 4 визуальной информации. В цифровом вычислительном блоке уровни питающих напряжений сравниваются с заданными уровнями во внешнем запоминающем устройстве.

Например, при использовании предлагаемого устройства на кране КБ-408.21, исходя из того, что линейное напряжение питания между фазами "А" и "С" (UAC), подаваемое на цепь управления, не должно быть меньше 323 В и напряжение на фазе "В" не должно быть меньше 154 В, указанные значения допустимых напряжений питания заводятся во внешнее запоминающее устройство. Вычислитель производит сравнение допустимых уровней напряжений с текущими значениями. В случае если UAC<325 В, отключаются все движения, так как система управления крана не может нормально функционировать. В случае, когда напряжение на фазе "В" меньше 154 В, отключаются только приводы подъема и изменения вылета, а приводы передвижения и поворота крана остаются в работе, так как не могут привести к аварийной ситуации, например к падению груза. Кроме того, информация о недостаточном уровне напряжения питающей сети поступает на блок 4 визуальной индикации и на блок 5 предупредительной информации. Это дает возможность более оперативно определить причины остановки приводов крана и уменьшить тем самым простой крана. Регистрация случаев недостаточного уровня напряжения также расширяет возможности при расследовании возможных аварийных ситуаций.

Заявленная система безопасности грузоподъемного крана с электроприводом может быть изготовлена промышленным способом с использованием современных компонентов и технологий. Для реализации цифрового вычислительного блока можно использовать микропроцессор MSP430F149 фирмы "Texas Instruments" (США) или другие микропроцессоры подобного типа. В качестве периферийных устройств регистрации параметров крана может быть использована серийно выпускаемая продукция Арзамасского приборостроительного завода, например аналоговые датчики перемещений ЛГФИ.401221.004, ЛГФИ.401221.006, ЛГФИ.401221.008 и их исполнения, или новые разработки цифровых датчиков, в частности датчик усилия цифровой ДУЦ ЛГФИ.404176.013, и аналогичная аппаратура других приборостроительных заводов.