起重机械系统运行参数现场实时采集存储装置 【技术领域】
本发明涉及一种起重机械系统运行参数现场实时采集存储装置，它属于一种可应用于各种形式及型号的起重机械系统运行参数的现场实时采集存储装置。其中系统参数包括基础参数和运行参数两大部分。
技术背景
目前，我国要求起重机械必须安装有起重量、起升高度及运行位置等超限安全保护装置，这些安全保护装置主要是对起重量、起升高度和运行位置进行超限限制和控制，无法对设备的其他参数进行监控。
且我国现有的大多起重设备不具有多运行参数的实时采集记录与存储功能，无法提取起重机械现场运行实时数据和历史数据；没有对在役起重机实施全程跟踪。使用单位在生产效率和经济利益的驱使下偶尔会存在侥幸心里，进行不安全的操作起重机情况，或因安全保护装置妨碍实际使用，常常有意将超载限制器拆除。那么，在该时间段内对起重机的安全使用就不能起到有效地作用，伴随着常会有事故发生，给国家和人民财产造成巨大的浪费。这种情况出现的原因之一是缺乏一种长时间采集、记录起重机系统参数的存储装置，不能对历史数据进行还原，也就不能杜绝以上隐患的发生。
现用的功能单一的安全装置，只能起到防止超载使用的作用，不能对其实际运行参数进行记录，造成规范制订中没有充分的数据依据，往往参考其他国家的参数来确定，如确定起重机载荷谱有两个主要数据：每次作业循环的实际起升载荷和作业循环次数，因为无法从实际作业中自动统计得出，只能根据人工记录的总作业吨数和作业时间，或参考国外规范，大致地估算出来，以确定起重机的载荷状态和利用等级，进而得出载荷谱。另外如从维修角度来说，由于无法给维修部门提供准确的起重机运用数据，致使维修周期不准确，常常产生过度维修和失修。
【发明内容】
本发明的目的是解决现有的起重机存在的在设计、规范制订、使用管理和状态评估方面数据缺乏的技术难点，并提供一种能现场实时采集存储起重机械系统运行参数的起重机械系统运行参数现场实时采集存储装置。
本发明为解决上述技术难点而采用的技术方案是：
起重机械系统运行参数现场实时采集存储装置，其包括用于监控起重机械参数信息的数据采集装置、微处理单元、电源供给单元、实时时钟单元、数据存储单元和通讯网络接口单元；电源供给单元的输出接口连接微处理单元的电源输入端；实时时钟单元的输出接口连接微处理单元的时钟输入接口；起重机械参数信息的数据采集装置的信号经过模数转换之后接微处理单元的输入接口；微处理单元的数据输出接口连接数据存储单元的输入接口；通讯网络接口单元的接口与微处理单元的通讯接口连接。
所述起重机械参数信息的数据采集装置包括传感器和模数转换芯片，传感器的输出端与模数转换芯片的输入端连接。
所述数据存储单元的SD卡或TF卡可采用容量为128MB、256MB、512MB、1G、2G、4G、8G、16G和32G中的任意一种。
本发明装置可单独采集起重机的主起重量、主起升高度、副起重量、副起升高度、小车运行位置和大车运行位置参数或任意组合采集上述参数。
本发明装置采集起重机的主起重量、主起升高度、副起重量、副起升高度、小车运行位置和大车运行位置参数时采用等间隔采集或不等间隔采集两种模式；所述等间隔采集是指不论在该时间内参数是否会发生变化，只要时间间隔满足要求，采集存储装置就采集；所述不等间隔采集是指采集的数据按照所采参数的增量来决定是否采集。
由于本发明采用了上述技术方案，并采用了上述的存储介质，故可长时间的采集和存储起重机械运行数据，使起重机在使用中的数据可追溯；采用数据、文件加密技术，具有记录数据的保密特性，只有解密后才可还原历史数据，保证了数据的公正性，解决了起重机设计中工况数据真实性，弥补设计及规范制订中的设计参数、系数取用等问题，也解决了在役起重机的结构状态评定和安全可靠性评估的数据问题，为起重机的使用和绿色生产提供确切有效的数据来源。因此，与背景技术相比，本发明具有集数据地采集、显示和存储于一身的特点，且具有采集参数全面、数据存储量大等优点。
【附图说明】
图1是本发明的结构方框图；
图2是本发明的电路原理图；
图3是本发明的工作流程图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图1所示，起重机械系统运行参数现场实时采集存储装置，其包括用于监控起重机械参数信息的数据采集装置7、微处理单元(STC89LE516RD)5、电源供给单元3、实时时钟单元2、数据存储单元4和通讯网络接口单元6；电源供给单元3的输出接口连接微处理单元5的电源输入端；实时时钟单元2的输出接口连接微处理单元5的时钟输入接口；起重机械参数信息的数据采集装置7的信号经过模数转换之后接微处理单元5的输入接口；微处理单元5的数据输出接口连接数据存储单元4的输入接口；通讯网络接口单元6的接口与微处理单元5的通讯接口连接，输入输出控制接口1与微处理单元5连接。
所述起重机械参数信息的数据采集装置7包括传感器7a和模数转换芯片7b，传感器7a的输出端与模数转换芯片7b的输入端连接。
所述数据存储单元4的SD卡或TF卡可采用容量为128MB、256MB、512MB、1G、2G、4G、8G、16G和32G中的任意一种。
本发明装置可单独采集起重机的主起重量、主起升高度、副起重量、副起升高度、小车运行位置和大车运行位置参数中的任意一个，或多个本发明装置采集上述任意组合的参数。
本发明装置采集起重机的主起重量、主起升高度、副起重量、副起升高度、小车运行位置和大车运行位置参数时采用等间隔采集或不等间隔采集两种模式；所述等间隔采集是指不论在该时间内参数是否会发生变化，只要时间间隔满足要求，采集存储装置就采集；所述不等间隔采集是指采集的数据按照所采参数的增量来决定是否采集。
如图2所示，所述电源供给单元采用二级稳压电路；第一级稳压采用效率高的开关稳压电路，该电路由插件CN1、二极管P1、D1、电阻R4、R5、R6、电容E1、E2、C3、C4、功率电感L1和芯片U4(MC33063)组成；二极管P1的正极与插件CN1的1、2脚连接；二极管P1的负极与电阻R4的右端、芯片U4的6脚和电容E1的正极连接；芯片U4的1、8、7脚与电阻R4的左端连接；芯片U4的5脚与电阻R6的右端和电阻R5的左端连接；芯片U4的2脚与二极管D1的负极和电感L1的右端连接；芯片U4的3脚与电容C3的上端连接；电源输出端VCC2与电容C4的上端、电容E2的正极、电感L1的左端和电阻R6的左端连接；芯片U4的4脚、电容C3的下端、二极管D1的正极、电容E2的负极、电容C4的下端、电阻R5的右端和电容E1的负极接地。第二级稳压电路采用LDO稳压芯片，数字电路电源供给部分由稳压芯片WY2(APS1117-3.3)、电容E4、C5、C6、C7、C8、C9和C10组成；稳压芯片WY2的3脚与第一级稳压的输出VCC2连接；稳压芯片WY2的1脚接地；稳压芯片WY2的2脚输出电压VCC与电容E4的正极和电容C5、C6、C7、C8、C9和C10的上端连接；电容E4的负极和电容C5、C6、C7、C8、C9和C10的下端接地。模拟电路电源供给部分由稳压芯片WY1(APS1117-5)、电容E3、C11、C12、C13、C14和磁珠EM1、EM2组成；稳压芯片WY1的3脚与磁珠EM1的右端和电容C11的上端连接；磁珠EM1的左端与第一级稳压的输出VCC2连接；稳压芯片WY1的1脚接模拟电源地AGND，磁珠EM2的右端、电容C11、C12、C13、C14的下端和电容E3的负端接模拟电源地AGND；稳压芯片WY1的2脚输出电压AVCC与电容E3的正极和电容C12、C13、C14的上端连接；磁珠EM2的左端接地。
如图2所示，所述微处理单元由单片机U1(STC89LE516RD)、11.0592MHz晶振XT、电容C1、C2、电阻R8、R1、R9和NPN型三极管Q1组成；单片机U1的1脚为电源输入端口经发光二极管D2接电阻R12后再与电源VCC连接；单片机U1的40脚为ADCS信号与模数转换芯片U2(CS5460)的7脚连接；单片机U1的41脚为ADSDO信号与芯片U2的6脚连接；单片机U1的42脚为ADSCLK信号与芯片U2的5脚连接；单片机U1的43脚为ADSDI信号与芯片U2的23脚连接；单片机U1的44脚为ADRST信号与芯片U2的19脚连接；单片机U1的1脚为TF信号与发光二极管D2的负极连接；单片机U1的2脚为TFCD信号与SD/TF卡座的CD脚连接；单片机U1的3脚为TFSDO信号与SD/TF卡座的7脚连接；单片机U1的4脚为RESET信号与电阻R8的下端和三极管Q1的C脚连接；单片机U1的5脚为RXD信号与RS485芯片U5(SP3485)的1脚和RS232芯片U6(SP3232)的12脚连接；单片机U1的6脚为TFCLK信号与SD/TF卡座的5脚连接；单片机U1的7脚为TXD信号与芯片U5的4脚和芯片U6的11脚连接；单片机U1的8脚为PFO信号与时钟芯片U3(FM31256)的5脚连接；单片机U1的9脚为IN1信号与接口JP1的1脚连接；单片机U1的10脚为TFCSO信号与SD/TF座卡的2脚连接；单片机U1的11脚为TFSDI信号与SD/TF卡座的3脚连接；单片机U1的12脚为R/T信号与RS485芯片U5的2、3脚连接；单片机U1的13脚为IN2信号与接口JP1的3脚连接；单片机U1的14脚为XT2信号与晶振XT的上端和电容C1的右端连接；单片机U1的15脚为XT1信号与晶振XT的下端和电容C2的右端连接；单片机U1的16脚与数字电源地GND连接；单片机U1的18脚为OUT1信号与接口JP1的11脚连接；单片机U1的19脚为OUT2信号与接口JP1的12脚连接；单片机U1的20脚为OUT3信号与接口JP1的9脚连接；单片机U1的21脚为OUT4信号与接口JP1的10脚连接；单片机U1的22脚为KEY2信号与接口JP1的7脚连接；单片机U1的23脚为KEY1信号与接口JP1的5脚连接；单片机U1的24脚为RTSDA信号与时钟芯片U3(FM31256)的12脚连接；单片机U1的25脚为RTSCL信号与时钟芯片U3的13脚连接；单片机U1的17、26、27、28、30、31、32、33、34、35、36、37、39脚未有连接；单片机U1的29和38脚与电源VCC连接；电容C1和C2的左端接地，三极管Q1的B脚与电阻R1的左端连接，三极管Q1的C脚接地；电阻R8的上端和电阻R9的上端接电源VCC，电阻R9的下端与电阻R1的右端连接后与时钟芯片U3的6脚连接。
如图2所示，所述实时时钟单元由时钟芯片U3(FM31256)、晶振XT3、电容C20、电阻R10、R11和3V锂离子电池BT组成；时钟芯片U3的13脚为RTSCL信号与单片机U1的25脚连接；时钟芯片U3的12脚为RTSDA信号与单片机U1的24脚连接；时钟芯片U3的11脚与晶振XT3的上端连接；时钟芯片U3的10脚与晶振XT3的下端和电容C20的左端连接；时钟芯片U3的9脚与电阻R10的下端和电阻R11的上端连接；时钟芯片U3的8脚与3V锂离子电池BT的正极连接；时钟芯片U3的7、3、4脚与数字电源地GND连接；时钟芯片U3的6脚与电阻R1的右端和电阻R9的下端连接；时钟芯片U3的1、2脚无连接关系；时钟芯片U3的14脚与数字电源VCC连接；电阻R11的下端与3V锂离子电池BT的负极连接，电阻R10的上端与24V电源连接，电容C20的右端接地。
如图2所示，所述数据采集单元由模数转换芯片U2(CS5460A)、晶振XT1、电阻网络AR、磁珠EM3、EM4、EM5、EM6、EM7、EM8、电容C15、C16、C17、C18、C19、传感接口CN2和基准调整JP2组成；传感接口CN2的1脚与磁珠EM3的左端连接；传感接口CN2的2脚与磁珠EM4的左端连接；传感接口CN2的3脚与磁珠EM5的左端连接；传感接口CN2的4脚与磁珠EM6的左端连接；传感接口CN2的5脚与磁珠EM7的左端连接；传感接口CN2的6脚与磁珠EM8的左端连接；磁珠EM8、EM7的右端与模拟电源AVCC连接；磁珠EM3、EM4的右端与模拟电源地AGND连接；磁珠EM5的右端与电容C19的上端、电容C18的下端和模数转换芯片U2的15脚连接；磁珠EM6的右端与电容C18的上端、电容C17的下端和模数转换芯片U2的16脚连接；电阻网络AR的6脚与模数转换芯片U2的12脚连接；电阻网络AR的2脚与模拟电源AVCC连接；电阻网络AR的3脚与基准调整JP2的9脚连接；电阻网络AR的10脚与基准调整JP2的7脚连接；电阻网络AR的9脚与基准调整JP2的5脚连接；电阻网络AR的8脚与基准调整JP2的3脚连接；电阻网络AR的7脚与基准调整JP2的1脚连接；电阻网络AR的1、4、5脚无连接关系；基准调整JP2的2、4、6、8、10脚与模拟电源地AGND连接；模数转换芯片U2的1脚与晶振XT1的左端和电容C16的下端连接；模数转换芯片U2的24脚与晶振XT1的右端和电容C15的下端连接；模数转换芯片U2的2、11、17、18、20、21、22脚无连接关系；模数转换芯片U2的3脚与数字电源VCC连接；模数转换芯片U2的4、8脚与数字电源地GND连接；模数转换芯片U2的13脚与模拟电源地AGND连接；模数转换芯片U2的14脚与模拟电源AVCC连接；模数转换芯片U2的9脚和电阻R2的下端和电阻RT的上端连接；模数转换芯片U2的10脚与电阻RT的下端和电阻R3的上端连接；电阻R3的下端与模拟电源地AGND连接；电阻R2的上端与模拟电源AVCC连接；模数转换芯片U2的5、6、7脚与单片机U1的相应引脚连接；电容C17的上端与模拟电源地AGND连接，电容C19的下端与模拟电源地AGND连接；电容C15的上端和电容C16的上端接地。
如图2所示，所述数据存储单元由SD/TF卡U8、SD/TF卡座和单片机U1的内存单元组成；SD/TF卡座的4脚连接数字电源VCC；SD/TF卡座的0、6脚连接数字电源地GND；SD/TF卡座的1、8脚无连接关系；SD/TF卡座的2、3、5、7、CD脚与单片机U1相应的引脚连接。
如图2所示，所述通讯网络接口单元由单片机U1的UART接口和通讯芯片U5(SP3485)组成该装置的RS485网络接口，由单片机U1的UART接口和通讯芯片U6(SP3232)、电容E5、E6、E7、E8组成该装置的RS232网络接口；芯片U5的1、2、3、4脚与单片机U1相应的引脚连接；芯片U5的5脚与数字电源地GND连接；芯片U5的6脚与插件CN1的5脚连接；芯片U5的7脚与插件CN1的6脚连接；芯片U5的8脚与数字电源VCC连接；芯片U6的1脚与电容E5的右端连接；芯片U6的2脚与电容E6的右端连接；芯片U6的3脚与电容E5的左端连接；芯片U6的4脚与电容E7的左端连接，芯片U6的5脚与电容E7的右端连接；芯片U6的6脚与电容E8的左端连接；芯片U6的7、8、9、10脚无连接关系；芯片U6的13脚与插件CN1的9脚连接，芯片U6的14脚与插件CN1的10脚连接；芯片U6的11、12脚与单片机U1相应的引脚连接；芯片U6的15脚接地，芯片U6的16脚接电源VCC；电容E8的右端接地，电容E6的左端接电源VCC，插件CN1的3、4、7和8脚接地。
如图2所示，所述输入输出控制接口由接口JP1和单片机U1的P2口构成本装置控制输入输出接口；接口JP1的引脚与单片机U1相应的引脚连接。
本发明的工作原理为：如图3所示，上电后，单片机U1(STC12LE516RD)首先初始化系统各部件工作参数(初始化CS5460A、FM31256、SD卡或TF卡所需的工作方式)初始化成功后向预先设置好的通讯口发送成功信息。然后读取系统设置的信息(测试精度参数、零点参数、预警参数、报警参数、数据存储控制参数及通讯设置参数)，加载参数并按照这些参数工作，模数转换器CS5460A采集相应连接传感器的输出信号并转化为数字信号，单片机读取后进行滤波、规整化、物理化处理，单片机再进行零点判断、预警判断、报警判断处理进而做出相应的控制输出，根据系统设置的数据存储控制参数判断是否将采集的数据按照时间信息的方式保存到大容量存储介质(SD卡/TF卡)中。