Инженерно-технический центр ДАКАР
 
 
Запчасти - Прибор безопасности ПБТ- 1
Многофункциональный прибор безопасности для кранов-трубоукладчиков ПБТ- 1
 
   Современные требования к оснащению грузоподъемных машин приборами безопасности предопределили создание изделий на базе цифровой техники (микропроцессорных приборов) с расширенными функциональными, информационными, диагностическими и регистрационными возможностями. Таковым изделием является многофункциональный прибор безопасности ПБТ-1, освоенный ООО «Яуза-10».

Прибор безопасности ПБТ-1 (рис.1) предназначен для защиты кранов-трубоукладчиков от перегрузки и опрокидывания, а также обеспечения машиниста информацией о загруженности трубоукладчика, положении его рабочего оборудования (в том числе относительно ЛЭП) и допустимых движениях этого оборудования.
              
                Рис 1. Прибор ПБТ-1 (исполнение для кранов-трубоукладчиков с канатной подвеской стрелы)
(1 – блок обработки данных БОД ,  2 – датчик усилия ДНТ-У,  3 - датчик угла наклона стрелы ДУНС,  4 - датчик угла наклона платформы ДУНП,  5 – прибор считывания информации регистратора,  6 – диск с программой обработки на ПЭВМ информации регистратора)
 
Прибор обеспечивает  выполнение требований ст. 2.7.4 «Правил устройства и безопасной эксплуатации кранов-трубоукладчиков» (ПБ 10-157-97) с учетом п.31 Изменения №1 (Постановление Госгортехнадзора России от 21.07.2000 №43), согласно которых обеспечивает работу трубоукладчика в следующих технологических режимах:
- в режиме указателя, когда обеспечивается только информирование машиниста о параметрах работы крана-трубоукладчика (при работе в колонне);
- в режиме ограничителя, когда помимо информационных сигналов создается управляющий сигнал  на отключение механизмов (при работе крана-трубоукладчика вне колонны и при наличии на нем исполнительных устройств), если фактическая нагрузка на  кран-трубоукладчик превысит допустимое значение.
Прибор также обеспечивает регистрацию и хранение информации о работе трубоукладчика.
В основу создания прибора ПБТ-1 положены следующие технические аспекты.
1. Контроль грузового момента в качестве показателя нагрузки, что особенно важно при «косых» нагрузках на кран-трубоукладчик, когда усилие на крюке не направлено строго вертикально. Грузовой момент измеряется путем контроля давления в гидроцилиндре подъема стрелы или в канатной подвеске стрелы. Этим также достигается удобство эксплуатации датчика нагрузки, располагаемого на раме крана-трубоукладчика.
2. Эксплуатационная надежность связана с необходимостю применения статических датчиков с бесконтактными преобразователями.
Датчики нагрузки (усилия или давления) содержат тензометрический преобразователь.
В датчике угла наклона стрелы используется преобразователь  гравитационного типа,  не содержащий механических узлов передачи перемещения стрелы в электрический сигнал и устанавливаемый в любом удобном месте на стреле.        
Датчик угла наклона портала (рамы) унифицирован с датчиком угла наклона стрелы и отличается от последнего контролем углов наклона рамы в двух ортогональных вертикальных плоскостях.
Датчики имеют стандартизованные аналоговые выходные сигналы и могут при необходимости  (модернизации прибора) быть заменены на датчики другого типа.
Повышению надежности способствует также применение полупроводниковых цифровых и единичный индикаторов повышенной светоотдачи, что обеспечивает их безотказность в условиях широкого диапазона рабочих температур, температуры хранения в эксплуатационном состоянии (на машине), повышенной влажности, запыленности и т.д.
  3. Прибор ориентирован на установку как на выпускаемых, так и находящихся в эксплуатации кранах-трубоукладчиках,  оснащенных различным составом технических средств. Поэтому он выполняется из унифицированных модулей, обеспечивающих возможность его применения на различных типах машин. На конкретную модель крана-трубоукладчика ориентировано соответствующее испол­нение прибора.
  4. Относительно небольшой объем данных о грузовых характеристиках кранов-трубоукладчиков  позволяет занести в «память» (ППЗУ) прибора показатели (независимые константы и грузовые характеристик) для многих известных типов машин.  В дальнейшем, при первоначальной калибровке (производственной или непосредственно на кране-трубоукладчике), производится выборка данных конкретного крана-трубоукладчика из всего массива данных ППЗУ.
  ППЗУ прибора содержит область, в которую при настройке (калибровке) могут записываться данные «неизвестного» крана-трубоукладчика. Это исключает ряд этапов работы (пересылка данных,  программирование на другом предприятии), что имеет место в настоящее время с другими приборами.
  5. Снижению погрешностей оценки показателей работы крана-трубоукладчика служит разработанный режим калибровки датчиков и юстировки прибора в целом, которые могут производиться на различных этапах подготовки и эксплуатации прибора: на стенде, при установке на кране-трубоукладчике, при периодическом контроле прибора, после ремонта и т.д. Калибровка, как адаптация прибора к крану-трубоукладчику, призвана учесть возможные отклонения характеристик собственно датчиков, узлов их установки, отклонения весовых и линейных характеристик кранов-трубоукладчиков, в результате чего минимизируются погрешности контроля их параметров.
 Принцип калибровки заключается в том, что в каждой точке характеристики калибруемого датчика вместе с узлами его установки («привязки» к крану-трубоукладчику) проводится запись в «память» измеренного датчиком контролируемого параметра (угла наклона рамы, стрелы или усилия) и ввод в «память» фактического значения этого параметра, измеренного внешним измерительным прибором высокой точности.
В результате калибровки определяется разность между фактическими и измеренными показаниями датчиков, которая записывается в электропрограммируемое ЭППЗУ и в рабочем цикле в качестве поправки вносится в показания датчиков.
Важной особенностью калибровки данного прибора является возможность  внесения изменений в характеристики отключения (грузовые характеристики крана-трубоукладчика) непосредственно на месте проведения работ, т.е. средствами самого прибора (используя область ППЗУ для «неизвестного» крана-трубоукладчика).
6. Контроль, настройка и ремонт всех модулей может осуществляться вне общей схемы прибора. Простота и соответствующая стоимость прибора определяется примененной элементной базой, стандартными апробированными решениями в реализации его узлов.
 
Работа прибора, структурная схема которого представлена на рис.2, основана на последовательном опросе и преобразовании аналоговых и дискретных сигналов  датчиков первичной в цифровой код, расчете величины вылета и величины загрузки крана-трубоукладчика с последующим ее сравнением с предельно-допустимыми значениями при выбранном режиме работы.
Алгоритм функционирования прибора запрограммирован в запоминающем устройстве (ППЗУ), являющемся частью вычислительной системы.  Программа условно разделена на «постоянную» часть, обеспечивающую функционирование и диагностику прибора, и «переменные» данные, содержащие геометрические константы и характеристики отключения конкретного крана-трубоукладчика.
В соответствии со структурной схемой блок обработки данных (БОД) содержит следующие узлы:
-          узел микропроцессора Пр, аналого-цифровой преобразователь АЦП, мультиплексор М, генератор тактовых импульсов, запоминающие устройства (в том числе энергонезависимое ЭППЗУ) с памятью программ и данных, дискретный ввод/вывод и схемы установки исходного состояния программы при включении прибора, а также в случае снижении напряжения питания и нарушении цикла программы;
                          Рис.2 Структурная схема прибора ПБТ-1.
 
-          узел нагрузочных резисторов, предназначенный для нормализации сигналов датчиков;
-          узел органов управления (кнопки) для выбора режима работы (при различной конфигурации оборудования крана-трубоукладчика), выбора индицируемых параметров и обеспечения настройки (калибровки) прибора на кране-трубоукладчике;
-          узел индикации и сигнализации, содержащий два цифровых индикатора количественной информации, квазилинейный индикатор (светодиодная линейка) для индикации степени загрузки, единичные индикаторы для сигнализации о выбранном режиме работы, индицируемых параметрах и условиях безопасной работы, а также звуковой сигнализатор;
-          узел ввода сигналов внешних дискретных датчиков МГР, обеспечивающий гальваническую развязку дискретных органов контроля крана-трубоукладчика (концевых выключателей) от цепей блока БОД;
-          узел выходных реле содержит  дискретные усилители, три коммутирующих реле с нормально закрытыми и нормально открытыми контактами и самовосстанавливающиеся предохранители для защиты выходных контактов реле;
-          узел питания, создающий стабилизированные напряжения для цепей блока БОД, а для поддержания информации о реальном времени регистрации параметров – автономный источник напряжения (литиевая батарея).
К блоку  БОД подключаются аналоговые и дискретные датчики, а также в соответствующей модификации может быть подключен датчик контроля напряжения ЛЭП (антенный блок АБ) сигналы которого в кодированной форме поступают непосредственно в микропроцессор Пр.
Характеристики допустимой нагрузки на крюке (грузовые характеристики) для конкретных типов кранов-трубоукладчиков и режимов их работы (видов оборудования) используются для информирования машиниста о фактических и предельных значениях нагрузки, а также для автоматического отключения механизмов подъема крюка и изменения вылета при перегрузках в случае работы прибора в режиме ограничителя.
По результатам расчета параметров крана-трубоукладчика при достижении предельных значений загрузки крана-трубоукладчика  или предельных положений стрелы, крюка или рамы, блок БОД создает сигналы на индикаторы, а при работе крана-трубоукладчика с отдельными грузами (вне колонны) - управляющие сигналы  на реле отключения механизмов.
Наличие аналоговых датчиков наклона стрелы и портала позволяет использовать их для ограничения предельного положения этих частей крана-трубоукладчика; для этого  прибор образует программные ограничители перемещений (в ЭППЗУ записываются предельные углы наклона).
Для записи калибровочных таблиц и регистрации параметров работы крана-трубоукладчика используется энергонезависимое запоминающее устройство. В приборе предусмотрена возможность установки дополнительного энергонезависимого запоминающего устройства (при необходимости).
Программное обеспечение прибора включает в себя подпрограмму тестирования, подпрограмму калибровки и рабочую программу.
При запуске подпрограммы тестирования (при включении прибора) производится проверка исправности цифровых и единичных индикаторов, а также контроль исправности цепей датчиков.  Проверка цепей датчиков производится также автоматически в процессе рабочей подпрограммы.
Подпрограмма калибровки и переход к рабочей подпрограмме выполняется переключением специального, находящегося под пломбируемой крышкой, переключателя, что индицируется засвечиванием соответствующего светодиода (см. рис.3).
Управление переключением рабочих режимов и переключением выводимой информации, а также управление режимами калибровки осуществляется с лицевой панели блока БОД группой кнопок.  которым в зависимости от режима калибровки или работы приданы различные функции.
Прибор содержит средства для записи, хранения и снятия информации о параметрах работы крана-трубоукладчика, а также служебной информации о типе крана-трубоукладчика, комплектности и назначенных характеристиках прибора. Для считывания показаний регистратора, прибор содержит специальный разъем, к которому исключен несанкционированный доступ.
Конструктивно прибор выполнен из  унифицированных модулей, состав которых определяется конкретным исполнением; модули имеют следующее назначение.
 Датчик нагрузки тензометрический ДНТ (датчик усилия  ДНТ-У или два датчика давления ДНТ-Д) предназначен для преобразования в электрический сигнал соответственно усилия в канатной подвеске стрелы или давлений в полостях  гидроцилиндра подъема стрелы.
Датчик угловых перемещений ДУНС и датчик угла наклона рамы (портала) ДУНП, предназначены для преобразования в электрический сигнал  углового перемещения соответственно стрелы и рамы  (портала) относительно горизонта.
       Блок антенный АБ предназначен для контроля напряжения ЛЭП  вблизи крана-трубоукладчика.
Корпуса всех датчиков выполнены в пыле-, водозащищенном исполнении, что обеспечивается применением уплотнительных прокладок и герметиков. Все составные части корпусов покрыты лакокрасочными материалами.
  Блок обработки данных, информации и питания БОД, предназначен для приема и последовательного преобразования сигналов датчиков в цифровой код, обработки и создания информационных и управляющих сигналов, регистрации и хранения информации. Он состоит из функциональных модулей, расположенных на двух платах: плате узла питания и процессора и плате индикации.
Корпус блока образован дном  и крышкой, отливаемых из дюралюминия. На крышке располагается панель (рис.3) с двумя цифровыми индикаторами, группой единичных индикаторов и кнопками управления прибором с соответствующими им мнемосимволами, и надписями, указывающими рабочее состояние оборудования крана-трубоукладчика и собственно прибора (индицируемые параметры).  Панель защищена прозрачной пленкой.
Выбор режима работы и  индикации подтверждается засвечиванием соответствующего единичного индикатора.
Рис. 3   Лицевая панель и органы управления прибора ПБТ-1.
 
       Кнопка с мнемосимволом   обеспечивает путем последовательного нажатия перевод управляющего сигнала прибора в режим ограничителя или в режим индикатора (блокирования реле  перегрузки или предельного угла наклона платформы); при этом. засвечивается индикатор с надписью РАБОТА В КОЛОННЕ.
   Кнопка с мнемосимволом…  обеспечивает путем последовательного нажатия ручной ввод положения контргруза (при отсутствии внешнего датчика - концевых выключателей - положения контргруза) и соответствующее этому положению переключение грузовой характеристики; кнопка функционально отключается при наличии концевых выключателей. Выбранная грузовая характеристика индицируется двумя индикаторами, расположенными на изображении противовеса.
    Кнопки с мнемосимволами  и   обеспечивает переключение информации на обоих цифровых индикаторах:
-            в режиме, когда кнопки     и   не нажаты, на верхнем цифровом индикаторе  отображается масса Q (t) подвешенного груза в тоннах (усилие на крюке в (тс) при «косой» нагрузке) и вылет R (m) в метрах;
-            при нажатии и удерживании кнопки   на верхнем цифровом индикаторе отображается вес допустимого груза Qдоп (t) в тоннах; информация на нижнем индикаторе не изменяется и на нем отображается вылет R (m) в метрах;
-            при нажатии и удерживании кнопки  на верхнем  индикаторе отображается угол продольного наклона крана-трубоукладчика а на нижнем  индикаторе - угол поперечного наклона крана-трубоукладчика. При этом засвечиваются единичные индикаторы с надписью ПРОДОЛЬНЫЙ УКЛОН и ПОПЕРЕЧНЫЙ УКЛОН, означающие вывод на цифровые индикаторы показателей наклона крана-трубоукладчика.
   Кнопка с мнемосимволом   обеспечивает переключение информации на верхнем цифровом индикаторе при задании уровня напряжения контролируемой ЛЭП; после установки диапазона через 5…6 секунд после отпускания кнопки на верхнем индикаторе вновь отображается вес Q (t) груза;
Кнопка с мнемосимволом Рег обеспечивает путем последовательного нажатия вывод и переключение информации на верхнем цифровом индикаторе данных регистратора и текущей даты и времени.
Индикация положения механизмов крана-трубоукладчика, осуществляемая автоматически, представлена следующими единичными светодиодными индикаторами. В частности:
  - при срабатывании исполнительного реле по условиям перегрузки засвечивается индикатор с надписью ПОДЪЕМ ЗАПРЕЩЕН;
-            засвечивание индикаторов, обозначенных мнемосимволами  и , свидетельствует о срабатывании физических или программных концевых выключателей предельного верхнего положения стрелы, предельного верхнего положения крюка и предельного нижнего положения стрелы соответственно;
-             засвечивание светодиодной линейки производится относительно шкалы (60… - 110 %), отражающей в квазианалоговой форме в процентах степень загрузки крана-трубоукладчика; 
-            постоянное свечение индикатора ВНИМАНИЕ / НОРМА означает отсутствие перегрузки, а свечение  в мигающем режиме этого индикатора – достижение заданного (90%) уровня от допустимой нагрузки,  при перегрузке - гаснет;
-             постоянное свечение индикатора ОПАСНО происходит в случае выхода любого показателя работы крана-трубоукладчика за пределы допустимых значений, а конкретизация показателя производится крановщиком на основе анализа состояния других индикаторов.
 
Индикация состояния прибора в режиме КАЛИБРОВКА осуществляется теми же индикаторами. В этом режиме функции кнопок обозначены специальными мнемосимволами, указывающими на переключение настраиваемого параметра (), увеличение или уменьшение значения настраиваемого параметра ( и  ), ввод настроенного значения () и номера настраиваемой точки грузовой характеристики ().
 
При неисправностях прибора блок БОД создает управляющий сигнал на исполнительное реле и индикатор ОПАСНО, создается непрерывный звуковой сигнал, на верхний цифровой индикатор выводится сигнал неисправности Err, а на нижний индикатор -  код неисправности.
Все модули прибора соединяются между собой посредством кабелей, оканчивающихся разъемными соединениями. В случае специального требования заказчика (который обеспечивает монтаж и защиту цепей аппаратуры) отдельные модули могут выполняться с кабелями, на концах которых разъемное соединение не устанавливается (разделка кабеля и их длина оговаривается при заказе).
Технические характеристики прибора
Прибор предназначен для работы в следующих условиях:
 - электрическое питание – напряжение постоянного тока (21,6...30) В;
 - диапазон рабочих температур от минус 40ºС до плюс 60ºС;    
 - относительная влажность воздуха до 100%  при температуре  25°С  и более низких температурах;
 - степень защиты корпусов модулей прибора по ГОСТ 14254:
    для датчиков  - IР55;
   для блока обработки данных – 1Р50.
 Диапазон преобразования датчиков:
  - датчик нагрузки (усилия) ДНТ-У,  Н ……………………… 0…4900
  - датчик нагрузки (давления) ДНТ-Д,  МПа ……………………0…25
  - датчик угла наклона стрелы ДУНС, град. ……………………. 0...90
  - датчик угла наклона рамы ДУНП, град…..………………… 0…± 15
Погрешность срабатывания прибора при перегрузке,
не более, %………………………………………………………….… ±2
Погрешность отображения информации на индикаторах,
 не более,  % –………………………………………………………...± 2
                                                              ( или единицы младшего разряда)
          Срок службы прибора не менее, лет ………………….……………..10 
 
Создание прибора ПБТ-1 сопровождается разработкой и изготовлением переходных узлов для установки прибора на кране-трубоукладчике и специализированного наладочного и диагностического оборудования, обеспечивающего поддержание качества приборов в условиях производства и эксплуатации.
Проведенные испытания и эксплуатационная проверка  подтвердили, что принятый принцип работы и технические средства, реализующие прибор, способствуют повышению надежности, точностных характеристик, эргономики и других показателей качества работы кранов-трубоукладчиков.
2006 © Разработка сайта Web-студия Alt