一种塔机一体化控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种塔机一体化控制系统及其控制方法，包括变频工艺卡、执行机构模块、司机室联动台模块、安全监控模块、故障智能诊断模块和远程监控管理平台，其中所述变频工艺卡连接执行机构模块、司机室联动台模块、安全监控模块、故障智能诊断模块，安全监控模块连接远程监控管理平台。变频工艺卡实时检测读取来自各个模块的信号，并将信号输出对应机构的驱动信号，同时变频工艺卡实时读取故障智能诊断模块的故障提醒、报警信息，并将其显示在数据显示单元上；本发明专利技术以变频工艺卡作为主控中心，实现监控和电控的信息共享和反馈控制，通过数字签名的身份认证集成塔机核心部件不可拆卸，实现塔机一体化控制，为塔机无人化控制奠定信息基础。

【技术实现步骤摘要】
一种塔机一体化控制系统及其控制方法
本专利技术属于建筑施工程机械领域，具体涉及一种塔机一体化控制系统及其控制方法。
技术介绍
塔式起重机简称塔机，亦称塔吊，主要应用于高层建筑、桥梁建设等施工场景。传统的塔机控制系统主要有起升机构、回转机构、变幅机构、顶升机构，各个机构动作相互独立。在塔机的实际运行中，司机操作手柄，而后手柄指令信号输入至PLC控制器，经过预设的控制逻辑输出执行信号至相关机构，如起升电机正转(起升重物)、起升电机反转(下放重物)、变幅电机正转(变幅小车向前行进)等。因为塔机各个机构间没有关联性，通常采用不同制造厂商的产品，操作匹配性不高，亦不利于塔机智能化、信息化的发展。宏观来看，国内现有塔机控制系统的主要问题在于：电控系统和监控系统构成较为分散，各部件相互独立，没有信息交互；系统各项核心技术的开发没有统一规划，成本高但可靠性不高，增加了调试维修的复杂度；配套部件厂家综合实力不足，产品品质参差不齐，给塔机生产厂提升电气控制技术水平造成了障碍。因此，如何对现有的塔机控制系统进行改进，利用物联网技术将各种重要的零件与传感器、采集器进行一一匹配，实现专有模块不可拆卸，以充分发挥各机构、各部件的协作能力，为塔机配件管理带来便利性，提高塔机的智能化、信息化水平，是本领域技术人员需要解决的技术问题
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种核心部件集成化、数据信息共享化的塔机一体化控制系统及其控制方法，根据本专利技术的控制系统及控制方法从而实现监控和电控的信息共享和反馈控制，确保重要的核心控制零件与传感器对应匹配、不可拆卸。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术效果：根据本专利技术的一个方面，提供了一种塔机一体化控制系统，所述控制系统包括变频工艺卡、执行机构模块、司机室联动台模块、安全监控模块和故障智能诊断模块，其中，所述执行机构模块、司机室联动台模块、安全监控模块、故障智能诊断模块分别与所述变频工艺卡连接，所述安全监控模块连接远程监控管理平台；所述变频工艺卡包括起升控制变频器、起升驱动卡、起升扩展工艺卡、回转控制变频器、回转驱动卡、回转扩展工艺卡和变幅控制变频器、变幅驱动卡、变幅扩展工艺卡，其中，所述起升控制变频器通过电源线、通讯线与起升驱动卡连接，所述起升扩展工艺卡直接插入起升控制变频器的扩展卡槽；所述回转控制变频器通过电源线、通讯线与回转驱动卡连接，所述回转扩展工艺卡直接插入回转控制变频器的扩展卡槽；所述变幅控制变频器通过电源线、通讯线与变幅驱动卡连接，所述变幅扩展工艺卡直接插入变幅控制变频器的扩展卡槽；所述起升扩展工艺卡通过RS485通讯线与回转扩展工艺卡、安全监控模块连接通信，所述回转扩展工艺卡通过RS485通讯线与变幅扩展工艺卡连接通信；所述变频工艺卡对外设有若干个信号输入DI口、信号输出DO口、控制信号输出口、编码器反馈信号输入口。上述方案进一步优选的，所述执行机构模块包括起升机构、回转机构、变幅机构和液压顶升机构，所述起升机构、回转机构、变幅机构和液压顶升机构分别通过信号驱动放大电路和电力线与所述变频工艺卡的控制信号输出口连接，所述起升机构的反馈控制端、回转机构的反馈控制端、变幅机构的反馈控制端和液压顶升机构的反馈控制端分别通过信号线与所述变频工艺卡的编码器反馈信号输入口连接。上述方案进一步优选的，所述司机室联动台模块包括起升手柄、回转/变幅手柄、开/关机按钮、急停按钮、加节按钮和复位按钮，其中，起升手柄的档位信号输入至所述起升控制变频器的DI口，所述回转/变幅手柄的回转档位信号输入至回转控制变频器的DI口，所述回转/变幅手柄的变幅档位信号输入至所述变幅控制变频器的DI口；所述加节按钮信号输入至起升扩展工艺卡和变幅扩展工艺卡的DI口，实现对液压顶升机构的加节控制；启动按钮信号输入至变频工艺卡的控制回路中，使变频工艺卡得电正常工作；急停按钮信号输入至变频工艺卡的控制回路中，使变频工艺卡失电停止工作；复位按钮信号分别输入至起升扩展工艺卡的DI口、变幅扩展工艺卡的DI口和回转控制变频器的DI口，实现所述变频工艺卡复位操作。上述方案进一步优选的，所述安全监控模块包括重量传感器、高度传感器、幅度传感器、力矩传感器、风速传感器、角度传感器、超声波传感器、倾角传感器、温度传感器、振动传感器、压力传感器、各限位开关、摄像头、对话系统和信号处理单元，其中，所述信号处理单元通过RS485通讯方式与所述变频工艺卡连接，并采用数字签名的身份认证与所述变频工艺卡进行终端身份认证；所述重量传感器、高度传感器、幅度传感器、力矩传感器、风速传感器、角度传感器、超声波传感器、倾角传感器、各限位开关、摄像头和对话系统分别通过信号线与所述信号处理单元的数据输入端进行连接，其中，所述重量传感器、高度传感器、幅度传感器、力矩传感器、风速传感器、角度传感器、超声波传感器、倾角传感器通过数字签名的身份认证方式与所述信号处理单元进行认证连接；所述信号处理单元通过5G通讯网络与所述远程监控管理平台进行通信连接。上述方案进一步优选的，所述数字签名的身份认证方式包括系统初始化、数字签名、信号处理单元身份验证和变频工艺卡身份验证，其中控制系统初始化中，所述变频工艺卡生成自己的公钥、私钥和系统初始密钥，将公钥和系统初始密钥预先嵌入各类传感器中，信号处理单元保存初始密钥，由此为信号处理单元和每个传感器终端分配一个身份ID；数字签名中：每次系统上电时，传感器终端生成一个伪随机身份ID数据，伪随机身份ID数据经Hash函数计算后先由变频工艺卡的公钥加密得到数字签名1，再使用初始密钥加密，得到该终端的数字签名2，将数字签名1和数字签名2附上伪随机身份ID数据一并发送至信号处理单元；在信号处理单元身份验证中：信号处理单元接收到消息后，使用系统初始密钥解密计算数字签名2，验证其是否与数字签名1相等，若不相等，信号处理单元舍弃该条消息；若相等，将该条消息发送至变频工艺卡；变频工艺卡身份验证中：变频工艺卡接收到消息后，使用私钥解密数字签名1，验证其是否与伪随机身份数据相等，若不相等，报通讯故障；若相等，正常通讯，等待该传感器传递采集数据信号。上述方案进一步优选的，所述安全监控模块还包括数据显示单元，用于接收来自信号处理单元的信息并显示在显示屏上，同时可在数据显示单元上修改塔机参数并写入信号处理单元。上述方案进一步优选的，所述信号处理单元包括第一信号处理单元所述数据显示单元用于接收来自第一信号处理单元的信息并显示在显示屏上，同时可在数据显示单元上修改塔机参数并写入第一信号处理单元，所述第一信号处理单元包括数据采集单元、数据存储单元和数据发送单元，其中所述数据采集单元用于采集各传感器、各限位开关、摄像头、对话系统回传的塔机运行状态数据，并对采集的数据进行分析处理；所述数据存储单元用于存储来自数据采集单元的数据信息，并将信息指令传输至数据发送单元；所述数据发送单元用于与变频器工艺卡、远程监控管理平台之间的信息传递。上述方案进一步优选的，所述信号处理单元还包括第二信号处理单元，用于接收并处理电子重量限制信号和电子力矩限制信号，接收远程监本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种塔机一体化控制系统，其特征在于：所述控制系统包括变频工艺卡、执行机构模块、司机室联动台模块、安全监控模块、故障智能诊断模块和远程监控管理平台，其中，所述执行机构模块、司机室联动台模块、安全监控模块、故障智能诊断模块分别与所述变频工艺卡连接，所述安全监控模块连接远程监控管理平台；所述变频工艺卡包括起升控制变频器、起升驱动卡、起升扩展工艺卡、回转控制变频器、回转驱动卡、回转扩展工艺卡和变幅控制变频器、变幅驱动卡、变幅扩展工艺卡，其中，所述起升控制变频器通过电源线、通讯线与起升驱动卡连接，所述起升扩展工艺卡直接插入起升控制变频器的扩展卡槽；所述回转控制变频器通过电源线、通讯线与回转驱动卡连接，所述回转扩展工艺卡直接插入回转控制变频器的扩展卡槽；所述变幅控制变频器通过电源线、通讯线与变幅驱动卡连接，所述变幅扩展工艺卡直接插入变幅控制变频器的扩展卡槽；所述起升扩展工艺卡通过RS485通讯线与回转扩展工艺卡、安全监控模块连接通信，所述回转扩展工艺卡通过RS485通讯线与变幅扩展工艺卡连接通信；所述变频工艺卡对外设有若干个信号输入DI口、信号输出DO口、控制信号输出口和编码器反馈信号输入口。/n...

【技术特征摘要】
1.一种塔机一体化控制系统，其特征在于：所述控制系统包括变频工艺卡、执行机构模块、司机室联动台模块、安全监控模块、故障智能诊断模块和远程监控管理平台，其中，所述执行机构模块、司机室联动台模块、安全监控模块、故障智能诊断模块分别与所述变频工艺卡连接，所述安全监控模块连接远程监控管理平台；所述变频工艺卡包括起升控制变频器、起升驱动卡、起升扩展工艺卡、回转控制变频器、回转驱动卡、回转扩展工艺卡和变幅控制变频器、变幅驱动卡、变幅扩展工艺卡，其中，所述起升控制变频器通过电源线、通讯线与起升驱动卡连接，所述起升扩展工艺卡直接插入起升控制变频器的扩展卡槽；所述回转控制变频器通过电源线、通讯线与回转驱动卡连接，所述回转扩展工艺卡直接插入回转控制变频器的扩展卡槽；所述变幅控制变频器通过电源线、通讯线与变幅驱动卡连接，所述变幅扩展工艺卡直接插入变幅控制变频器的扩展卡槽；所述起升扩展工艺卡通过RS485通讯线与回转扩展工艺卡、安全监控模块连接通信，所述回转扩展工艺卡通过RS485通讯线与变幅扩展工艺卡连接通信；所述变频工艺卡对外设有若干个信号输入DI口、信号输出DO口、控制信号输出口和编码器反馈信号输入口。


2.根据权利要求1所述的一种塔机一体化控制系统，其特征在于：所述执行机构模块包括起升机构、回转机构、变幅机构和液压顶升机构，所述起升机构、回转机构、变幅机构和液压顶升机构分别通过信号驱动放大电路和电力线与所述变频工艺卡的控制信号输出口连接，所述起升机构的反馈控制端、回转机构的反馈控制端、变幅机构的反馈控制端和液压顶升机构的反馈控制端分别通过信号线与所述变频工艺卡的编码器反馈信号输入口连接。


3.根据权利要求1所述的一种塔机一体化控制系统，其特征在于：所述司机室联动台模块包括起升手柄、回转/变幅手柄、开/关机按钮、急停按钮、加节按钮和复位按钮，其中，起升手柄的档位信号输入至所述起升控制变频器的DI口，所述回转/变幅手柄的回转档位信号输入至回转控制变频器的DI口，所述回转/变幅手柄的变幅档位信号输入至所述变幅控制变频器的DI口；所述加节按钮信号输入至起升扩展工艺卡和变幅扩展工艺卡的DI口，实现对液压顶升机构的加节控制；启动按钮信号输入至变频工艺卡的控制回路中，使变频工艺卡得电正常工作；急停按钮信号输入至变频工艺卡的控制回路中，使变频工艺卡失电停止工作；复位按钮信号分别输入至起升扩展工艺卡的DI口、变幅扩展工艺卡的DI口和回转控制变频器的DI口，实现所述变频工艺卡复位操作。


4.根据权利要求1所述的一种塔机一体化控制系统，其特征在于：所述安全监控模块包括重量传感器、高度传感器、幅度传感器、力矩传感器、风速传感器、角度传感器、超声波传感器、倾角传感器、温度传感器、振动传感器、压力传感器、各限位开关、摄像头、对话系统和信号处理单元，其中，所述信号处理单元通过RS485通讯方式与所述变频工艺卡连接，并采用数字签名的身份认证与所述变频工艺卡进行终端身份认证；所述重量传感器、高度传感器、幅度传感器、力矩传感器、风速传感器、角度传感器、超声波传感器、倾角传感器、各限位开关、摄像头和对话系统分别通过信号线与所述信号处理单元的数据输入端进行连接，其中，所述重量传感器、高度传感器、幅度传感器、力矩传感器、风速传感器、角度传感器、超声波传感器、倾角传感器通过数字签名的身份认证方式与所述信号处理单元进行认证连接；所述信号处理单元通过5G通讯网络与所述远程监控管理平台进行通信连接。


5.根据权利要求4所述的塔机一体化控制系统，其特征在于：所述数字签名的身份认证方式包括系统初始化、数字签名、信号处理单元身份验证和变频工艺卡身份验证，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱方亮，漆大山，廖家明，覃德广，陈汉宜，龙绪登，吴凡言，祝远俊，谈道辉，黄俊鸣，温和，
申请(专利权)人：广西建工集团建筑机械制造有限责任公司，
类型：发明
国别省市：广西;45