起重机电气控制系统技术方案

本实用新型专利技术涉及起重机电气控制系统，其包括限位开关及控制端子阵列、输入端光耦隔离及开关量转换阵列、核心逻辑控制器、控制器内部输出反馈信号转换模块、二级总线驱动模块、双向可控硅驱动型光耦阵列、双向可控硅阵列、控制器内部输出反馈信号转换模块、通迅模块、显示代码模块；限位开关及控制端子阵列通过输入端光耦隔离及开关量转换阵列连接核心逻辑控制器，核心逻辑控制器分别与控制器内部输出反馈信号转换模块、输出强弱电隔离及二级总线驱动模块连接，控制器内部输出反馈信号转换模块与输出强弱电隔离及二级总线驱动模块连接，输出强弱电隔离及二级总线驱动模块通过终端固态继电器驱动阵列连接接触器线圈控制端子接入端。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及起重机电气控制系统。
技术介绍
当前起重机的电气控制系统除了总线控制方式外从吨位大小的角度和控制方式 的角度来说有以下几种类型1、从控制方式来讲，大体有两种控制方式(1)驾驶室控制方式，此类控制方式主要特点就是由驾驶室里的联动台为主的主 令控制器作为控制机构来实现控制逻辑功能，但是其配电保护柜里仍然采用继电器和过流 保护器搭接起来的机构组成，所以节构笨重。(2)地操加遥控器控制方式，此类控制方式所需继电器等一些中继机构的数量比 较大，因为地操的安全电压是36V，但要控制380V的高压必须要求中间转换机构的存在， 这就必然会需要大量的中间继电器，另一方面，如果起重机要求档位比较多，但是地操上的 按键数量并没有达到要求，则需要延时继电器把其余的档位延时打上去，从而控制柜的体 积就会变得更大，成本也就会更高(举个例子一个延时头因厂家和质量的不同大概需要 100-200 元)。2、从吨位大小和工作级别来讲，一般20T以上的，A6安全级别以上的起重机为了 防止起升时主钩溜钩必须给主起升增加一个单独的控制柜(反接制动控制柜)作用就是重 物在高空起重机准备下降时这一刻，起重机的制动器抱闸已经打开，但是由于重物吨位大， 些时就会向下滑落，一旦动能足够大就会超过主起升电机的制动能力，造成事故，所起反接 制动机构的采用就会多增加16-20个中间继电器，10个左右的延时头，造成起升控制柜节 构庞大，成本增加。3、从驱动和控制模块来讲，也有古典继电器控制和PLC+变频器控制两种方式(1)古典继电器控制方法上面已经讲到过，用大量的中间继电器和延时头组成的 庞大机构，不但接线复杂，安装麻烦，而且成本很高。(2)由PLC+变频器的控制方式控制精度高，相对来说运动控制方式更理想，速度 调节更连续，但是如果想整个起重机的控制系统同时控制则需要有许多控制点数的PLC，众 所周知，国外PLC的成本相对来说是很高的。总体来说，基于当前这种起重机控制柜的结构和制作方式，国内外PLC和控制柜 里的中间继电器和延时头还有一些复杂的逻辑连线，除此之外防止由中间继电器接线太 长，接线不严而造成对接触器控制不稳定。
技术实现思路
本技术的目的是为了提供有一种起重机专用的、成本低、高逻辑集成度的起 重机电气控制系统，其是通过弱电控制模块来取代国外PLC和控制柜里的中间继电器和延 时头还有一些复杂的逻辑连线，除此之外防止由中间继电器接线太长，接线不严而造成对接触器控制不稳定。为实现本技术的目的，本采用如下技术方案起重机电气控制系统，其包括限位开关及控制端子阵列、输入端光耦隔离及开关 量转换阵列、核心逻辑控制器、控制器内部输出反馈信号转换模块、二级总线驱动模块、双 向可控硅驱动型光耦阵列、双向可控硅阵列、控制器内部输出反馈信号转换模块、通迅模 块、显示代码模块；限位开关及控制端子阵列通过输入端光耦隔离及开关量转换阵列连接 核心逻辑控制器，核心逻辑控制器分别与控制器内部输出反馈信号转换模块、输出强弱电 隔离及二级总线驱动模块连接，控制器内部输出反馈信号转换模块与输出强弱电隔离及二 级总线驱动模块连接，输出强弱电隔离及二级总线驱动模块通过终端固态继电器驱动阵列 连接接触器线圈控制端子接入端。上述限位开关及控制端子阵列，其是限位和过流还有所有的控制信号从输入端光 耦隔离及开关量转换阵列输入，此时信号电压值为24V，24V信号并不能直接用于控制器的 处理，所光耦隔离和开关量转换阵列就起到了高低电压隔离和电平转换的作用了，转换后 的电压信号为3. 3V的基准电压，信号经过EPM240T100C5的分析和处理，再在内部用程序进 行反馈较验，正确则输出，错误则重新分析，输出的信号也是3. 3V的基准信号，驱动能力很 弱，所以再由总线驱动器74HC244进行驱动，驱动后的信号是5V的开关量信号，再由5V的 开关量信号驱动固态继电器由固态继电器来控制负载驱动器，因为固态继电器输出端电压 最高可以达到380V所以固态继电器也可接接触器，也可以直接接变频器，达到驱动种类广 的目的。整体的控制流程就是强电信号==》变为开关量信号==》经过逻辑处理器处理 较验==》开关量信号输出==》二级放大==》终端放大==》驱动高压模块。上述输入端光耦隔离及开关量转换阵列是由多个单元并联组成，输入端子阵列的 其中一个单元，其中核心部件为光耦TLP181，它的前置输入端为24V直流电，后置输出端为 3. 3V直流电开关量，其中输入设限流电阻，因为光耦的输入端也是二极管性质，24V电压要 加2K的限流电阻，来保证光耦不被烧掉，分压电阻与限流电阻分压连接，又因光耦输入本 身有一定大小的电阻，所以经分压光耦实际上得到12V电压，再经限流电阻电流就可以降 到很低。在分压电阻与限流电阻分压连接接点连接电源滤波电容和二极管，电源滤波电容 的作用是滤波防止浪涌电压造成的烧器件，二极管主要是吸收回流的作用，光耦TLP181主 要就是电平转换的作用，光耦TLP181的输出端和LED之间设电容，电阻，电容是给开关电压 滤波，电阻主要是恒流作用，因为光耦的输出端相当于是三极管，所以要加一个恒流电阻， 另一个方面就是对LED显示部分的限流作用。整体工作原理是，通电后INPUT端通过外接开关接地，光耦输入有信号，输出导通 原来的IN点的高电平变为低电平将信号送入下一级。上述主控制器的芯片是EPM240 T100C5, EPM240 T100C5是一块逻辑控制专用芯 片，它主要以时序逻辑控制为主也可以进行时序逻辑的运算和分析，有一百个管脚，80个用 户可用I/O端口，它的优点是逻辑信号处理速度快，芯片运行稳定，供电电压为3. 3V，为80 个用户可用的I/O端口，带有IN号的都作为输入端，带有OUT的都作为输出端，其中CLK为 外部时钟信号输入，RESET为系统复位信号，因为起重机控制系统涉及到的输入和输出点数 比较多，所以占用大量I/O 口，3. 3V开关量信号输入，再经过程序处理，再输出3. 3V开关量信号。EPM240的程序下载口 JTAG，此下载口通用性很强，在很多单片机和FPGA/CPLD系 统中常见，TDI为数据输入，TDO为数据输出，TCK为时钟信号，TMS为模式选择信号，其通过 BYTEBLASTER从电脑并口下载并编译程序。EPM240的电源模块部分，因为其逻辑单元庞大，所以电源端口比较多，以便供电充 份，其中VCCINT和GNDINT为中断电源端口，VCCIO和GNDIO为芯片几组I/O 口的供电端口。为给芯片提供时钟信号的四脚晶振，由于系统所用时序电路不是很多，而且要求 分频，用来做起重机的延时功能的应用，也就代替起重机的延时头的作用，EPM240T100C5的 管脚都可以做时钟输入，只需要自已定义即可。EPM240T100C5的电源供电模块，因为采用3. 3V供电，新一代MAXPLUS II系列CPLD 的功耗更低，整体板子供电电压为24V的直流电，但是总线驱动器的供电电压为5V，CPLD的 供电电压为3. 3V，所以要进行电压转换，LMl 117-3. 3芯片是5V电压转换为3. 3V低压差稳 压芯片，其中M7作用是防止电压反向的保护二极管，C96，是电源滤波本文档来自技高网...

【技术保护点】
起重机电气控制系统，其特征在于包括限位开关及控制端子阵列、输入端光耦隔离及开关量转换阵列、核心逻辑控制器、控制器内部输出反馈信号转换模块、输出强弱电隔离及二级总线驱动模块、终端固态继电器驱动阵列、接触器线圈控制端子接入端；限位开关及控制端子阵列通过输入端光耦隔离及开关量转换阵列连接核心逻辑控制器，核心逻辑控制器分别与控制器内部输出反馈信号转换模块、输出强弱电隔离及二级总线驱动模块连接，控制器内部输出反馈信号转换模块与输出强弱电隔离及二级总线驱动模块连接，输出强弱电隔离及二级总线驱动模块通过终端固态继电器驱动阵列连接接触器线圈控制端子接入端。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，
申请(专利权)人：杭州起重机械有限公司，
类型：实用新型
国别省市：86[中国|杭州]