技术可研性报告——控制系统.doc

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1、技术可研性报告编制单位：河南江河重工集团有限公司一、项目概述此项目为数字化起重机的控制系统。其包含一个液晶显示显示模块LCM，一个控制主板，若干个执行单元模块，以及相关传感器。液晶显示模块可以直观的显示被操作对象，以及其运动状态。此外还包括控制主板上的开关量输入信息。控制主板上的开关量主要包含限位信息。另外采集的传感器信息也于液晶屏上显示。例如称重传感器，电压电流监测传感器等等。液晶显示模块主要用来为操作者提供直观的显示起重机控制状态和监测参数。控制主板接收操作者的指令，并发出控制指令，同时收集各个传感器的状态信息。此外控制主板还有8个外部开关量扩展输入接口。不论在任何时刻，控制台轮流循环的向

2、各个传感器发送信息采集指令。然后将采集回来的传感器数据加工处理，传输至液晶模块显示。同时将加工处理后的数据送至控制决策算法程序。操作者操纵光电无接触式数字操纵杆，主板检测操纵杆的状态变化，根据一定算法和控制决策程序，得出控制结论。即是否应该发出控制指令，和向哪个控制模块发出相应的控制指令和调速指令。控制指令和调速指令先后发出。指令可以通过RS485总线传输，或者无线Zigbee传输。二、项目技术情况（一）简述采用无线Zigbee的方式来做为工业控制通讯方式，是一个大胆的创新。Zigbee由于其高加密性和组网方便的特点。越来越受到工业领域的青睐。相比较传统的电台无线通讯。Zigbee的功耗较低，

3、并且不存在信道串台干扰的问题。是新一代2.4G无线通讯标准。（二） 项目创新点1、集成化控制线路：采用工业级高性能CPU处理处理器加载通讯单元、采集单元、储存单元、控制单元、反馈单元等组成的集成板块有效的解决了以往大量控制线路错综繁杂的现象，安装简单、省力、省材。2、弱电控制强电：采用DC5V弱电压控制AC380V强电，控制方便、安全。3、数字通讯控制：采用RS485总线通讯和ZigBee无线通讯技术使控制系统组网方便、加密性能高。能完成254台智能化起重机组网控制。4、GPRS通讯：实现远程控制及远程数据采集。5、光电式无接触摇杆：减少机械磨损、增加使用寿命6、电流过零点自动分断技术：为了避

4、免电机分断时，电机的过电压和对交流接触器触点的电弧灼烧，该系统采用三相分离保持技术，研发了交流电流过零点切除负载技术，使起重机平衡停止，这大大延长了接触点的寿命，并且它能自动捕捉电流的交流过零点，让触头在电流过零时开断，从根本上消除了触头的拉弧。7、启动平稳、减少冲击功能:该系统在启动时自动投入电机转子限流电阻，使电机平稳启动，启动后自动切除转子限流电阻，使起重机正常工作，大大减少起重机的启动电流，使起重机启动平稳，减少冲击。8、节能减排，零启动，零关闭，易安装，好维护：智能化起重机控制系统集成了测量、控制、保护、通讯、分离交流接触器为一体化模板。系统采用嵌入式智能技术，总线控制技术，使起重机

5、的起停控制、状态控制、行程控制自动协调工作。该系统其体积小、功能强、零启动、零关闭，节能减排，一般电工即可正确无误的安装，调试和维护。（三）知识产权状况1数字化智能起重机控制系统软件著作权登记号：2013SR2013年2月25日已授权2一种起重机电机控制器实用新型专利号：ZL 2012 2 .92013年3月20日已授权3一种起重机控制器及起重机实用新型专利号：ZL 2013 2 .02013年8月14日已授权4一种电机控制系统实用新型专利号：4.32013年8月29日已受理5一种电机控制系统发明专利号：1.92013年8月30日已受理三、项目实施方案（一）项目的内容与技术路线本项目为数字化智

6、能起重机控制系统。其中包含数字起重机控制单元和执行单元。技术指标1.控制原理（1）主体采用固态继电器，分别对三相电路进行智能控制，功耗低、无火花、控制与被控制隔离度高。（2）控制系统采用五档切除串联在电动机转子的电阻，以实现电动机的降压启动，这样大大减少了起重机的启动电流，使起重机启动平稳，减少冲击。（3）控制系统设计有权限控制功能。即通过加密来限制使用时间。在使用期限内可以无限制使用。一旦超过使用期限，则自动锁死。必须由管理员或者使用者密码解锁才能继续使用。（4）控制板上的RS232接口可接GPRS上网模块，可以实现远程控制和锁定/解锁功能。也可接具有RS232接口的称重系统等。（5）控制系

7、统由于工作环境温度：-20-60；工作环境湿度：95%无冷凝(40时)；无火花耐腐蚀等优点可以广泛应用于冶金行业、防爆行业。（6）运行方式启动失电保护对于升降型控制器，当主令置任何非零档位启动时，如果此时电机没有得电，则制动器不会打开。这个措施可以避免启动时因电机失电而导致遛钩。 2 模块的原理（1） 模块功能 通讯功能： 具有RS485总线通讯，ZigBee无线通讯和GPRS通讯功能，实现远程管理控制，远程编程控制和远程数据采集 组网功能： 通过上位管理智能控制器协调，具有在无须网桥的前提下进行组网，RS485总线能控制32台智能化起重机，ZigBee无线通讯能控制254台智能起重机。 通讯

8、速率： 通讯速率为9600bps 通讯错码率：通讯错码率不大于0.006%RS485总线进行通讯时，距离不小于1.5KmZigBee无线进行通讯时，距离不小于0.3Km操纵杆发出指令到执行单元开始动作的控制响应时间不大于50ms三相电源输入接口用来供电（380V交流电），通过调节外接220V交流接触器来控制电阻箱电阻的投切，达到调速的目的。外部开关量输入起控制开启作用，电压反馈模块根据起重机的载重量由压力传感器把所承受的压力转换成电压，从而将载重量直观的反馈在电压上。RS232接口可接GPRS上网模块，可以实现远程控制和锁定/解锁功能，也可接具有RS232接口的称重系统等。输出电压为12V，把

9、输入较大的电压通过变压器变换为适合使用的电压。3.控制方式选择三相三线制：变压器为380V输入，双9V输出，输出两路电流均分。此时电路板上仅需要焊接T101、T102两个变压器，然后短接P102的1和2两位，压敏电阻R101、R102、R103为750V，电压反馈端的电阻R1001和R1005为150K/1W。三相四线制：变压器为220V输入，双9V输出，输出两路电流均分。此时电路板上三个变压器全部需要焊接，然后短接P102的3和2两位，压敏电阻R101、R102、R103为430V，电压反馈端的电阻R1001和R1005为100K/1W。此协议通过对拨码开关的设置可实现控制台对通讯地址的控制

10、进而控制行车对象及方式（1）接口方式：RS485 硬件接口 （2）传输方式：异步串行，半双工传输方式。 在同一时刻主机和从机只能有一个发送数据而另一个接收数据。 数据在串行异步通信过程中，是以报文的形式，一帧一帧发送。 （3）拓扑结构：单主机多从机系统。（4）通讯格式：9600,8,1,n；广播地址为 0；地址设置：地址通过电路板上拨码开关第1-5位来设置，如表中所示，白色表示开关位置。 RS485通讯协议接口方式：RS485 硬件接口 传输方式：异步串行，半双工传输方式。 在同一时刻主机和从机只能有一个发送数据而另一个接收数据。 数据在串行异步通信过程中，是以报文的形式，一帧一帧发送。 拓扑

11、结构：单主机多从机系统。4通讯格式：9600,8,1,n；广播地址为 0；地址设置：地址通过电路板上拨码开关第1-5位来设置，如表中所示，白色表示开关位置。通讯地址行车备注0Xa1大车点对点控制地址0xb1小车1点对点控制地址0xb2小车2点对点控制地址0xc1主吊1点对点控制地址0xc2主吊2点对点控制地址0xd1副吊1点对点控制地址0xd2副吊2点对点控制地址0xb3小车1+小车2联动地址0xc3主吊1+主吊2联动地址0xd3副吊1+副吊2联动地址说明：1、大车、小车1、小车2、主吊1、主吊2、副吊1、副吊2通讯地址按表中点对点控制地址设置； 2、联动地址为控制台发出联动控制命令中的地址。

12、若发出指令中地址为0xb3，则小车1和小车2一起动作；无需设置。通讯协议：参照MODBUS RTU协议编写；读数据地址0x03起始地址数据个数CRC_LCRC_H地址0x03数据个数数值1数值NCRC_LCRC_H控制指令地址0x060x200x000x000x01正转0x02反转0x03停CRC_LCRC_H地址0x060x200x000x000x01正转0x02反转0x03停CRC_LCRC_H设定档位地址0x060x210x00档位_H档位_LCRC_LCRC_H地址0x060x210x00档位_H档位_LCRC_LCRC_H心跳包广播地址0x060x30000000CRC_LCRC_H

13、广播地址0x060x30000000CRC_LCRC_H设置制动地址0x060x22000x01制动0x00不制动CRC_LCRC_H地址0x060x22000x01制动0x00不制动CRC_LCRC_H读状态地址0x030x200x010x000x01CRC_LCRC_H地址0x030x000x040x0001正转 0x0002反转 0x0003待机 0x0004故障中开关量信息（两个字节）CRC读地址广播地址0x030x200x020x000x01CRC_LCRC_H广播地址0x030x000x040x00地址1/2/3CRC_LCRC_H读档位地址0x030x200x030x000x01

14、CRC_LCRC_H地址0x030x000x020x00档位CRC_LCRC_H读制动标志地址0x030x200x040x000x01CRC_LCRC_H地址0x030x000x020x00制动标志CRC_LCRC_H读开关量状态地址0x030x200x050x000aCRC_LCRC_H地址0x030x000x04IO_Latch1IO_Latch2CRC_LCRC_H读反馈信号状态地址0x030x200x0F0x0003CRC_LCRC_H地址0x030x000x02Ua_FBUb_FBCRC_LCRC_H锁定/解锁地址0x060xfh0x000x000x01/0x00CRC_LCRC_H

15、地址0x060x100x000x000x01/0x00CRC_LCRC_H（二）项目组织实施方案本项目建设一条智能化起重机控制系统组件分选、功率选配、层压、组件监测的生产流水作业线； 项目产业化路线：1.电路部分实施方案 电路是控制系统的血脉，是控制系统能够顺利实施的前提，也是整个项目需要最先启动的关键步骤。（1）首先组建电气设计小组 根据现有需要选用电气工程人员组成电气设计小组，进入电路设计准备阶段。（2）电路设计 预期目标已经前期设定，设计小组进入电路设计，要求设计达到预期目标，电路设计合理。（3）程序编写根据设计的电路编写相应的程序，实现电路的可控制。（4）电路板的制作电路的设计及程序编

16、写完成后，需要把技术目标落实成实物，出图给合作单位制做所需的电路板，并且保证电路板的质量及线路的完整。（5）电路板的检测电路板制做完成之后电气小组对其进行检测，保证电路无损坏，电路完好，畅通，能够实现预期目标。（6）检测完成，电路设计完成。2.箱体外观的制作（1）组建箱体设计小组箱体部分是整个控制系统的骨架，需要组建专门的设计小组对箱体结构进行详细的设计。（2）箱体外壳的设计根据电路板的大小、所需电气元件的种类、数量，设计合理的布局，确定电器元件的安装位置，预留合适的空间。设计的过程中要考虑装配间隙、散热空间、电器元件安装不能干涉等因素。（3）箱体的制作箱体外壳的设计完成后出工程图纸，交由制作

17、单位根据设计图纸进行制作。在制作的过程中，制作单位和设计小组要密切沟通，对于设计中可能出现的不合理的地方提出问题，设计小组针对问题做出相应的解决方案，拒绝废品的出现。（4）箱体铭牌的设计根据设计的外壳的结构及铭牌安装位置的参数设计美观的铭牌，一并交给制作单位制作。（5）检测外壳及铭牌加工完成之后要进行质量检测，保证无毛刺，裂缝、划伤、凹凸等质量问题。3.人机界面的设计为了让操作人员更容易了解控制系统的工作原理，操作起来更为方便，为此设计人机界面，输入到控制单元中，在显示器上以动画的形式演示系统的工作过程，使控制系统的工作过程更为直观。设计要求画面科学，生动，直观，易于理解。4.装配（1）组建装

18、配小组装配的工作量比较大，装配的内容比较繁琐，因此组建专门的装配小组，并且有技术人员跟进装配过程，随时解决装配过程中出现的问题。（2）电路板的焊接电路板上需要安装的电容件，二极管，开关等比较小，焊接的时候注意安全，防止烫伤。焊接的时候要仔细，保证焊接位置的正确，尤其二极管，注意电极。（3）执行单元的组装将采购的风扇、散热器、继电器、电路板等电器元件安装到壳体设计的预留位置，安装牢固，不能有松动。各电器元件进行连接，保证接线牢固，正确，无短路，交叉等。（4）总装各个单元完成各自的组装之后对各单元进行最后的总装，最终装配到起重机上。5.测试对于完成最后的总装的智能化控制系统进行各个环节的测试，如有

19、问题及时解决，最终保证控制系统能够顺利完成各项指定任务。经测试合格后，产品进行批量生产。（三）项目产品市场调查与竞争能力预测起重机广泛应用于车间 港口码头 电站仓库海上钻井平台高层建筑等场所，要能够适应不同环境，要求安全可靠先进快速精确定位及运行平稳，精确灵活地进行作业，并趋向大吨位高效率自动化智能化及多用途方向发展 与此同时用户对其工作性能操作舒适性自动化程度工作安全可靠性设备故障监控诊断能力等方面的要求也越来越高，所以必须采用智能起重机来满足需求。高性能传感器的研究开发是必不可少的，智能系统中增加和改善传感器性能是增加智能的重要手段。智能起重机的体系结构是指系统各组成部分之间的相互关系和功

20、能分配，确定系统的信息处理和控制的总体结构把小车电器集中安装在小车平台实现传动就地控制。传统的电动机控制器十分复杂，接触器很易在分断时受电弧破坏出现失效、发热。电动机的正转、反转切换电路复杂；同时，分断时过电压的冲击，电动机和接触器本身都受到冲击，大大影响系统寿命。同时，对电力系统也产生较大的谐波和污染，影响电能质量。为此我们开发出起重机专用无线智能控制系统，这套控制系统依据起重机80%的电能为电动机所消耗的事实，采用高性能CPU处理技术，集成了控制、测量、保护、通讯、反馈于一体的高智能控制系统。采用嵌入式智能技术，总线控制技术，使起重机动、静控制；状态监测；行程控制协调工作，体积小、功能强、零启动、零关闭、节能减排，电能消耗比老式起重机节俭25%以上，线缆节俭65%以上。我公司开发的数字化智能起重机控制系统对智能起重机系统进行研究与探索具有重要的理论价值和实际意义。