起重机电气系统集成化平台
阅读：599发布：2020-10-04
专利汇可以提供起重机电气系统集成化平台专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种 起重机 电气系统集成化平台，包括集成动 力 驱动系统和安全驾驶操控系统：所述集成动力驱动系统包括电源箱、公用直流 母线 和多个变频装置；电源箱内设置有进线控制装置、连接到进线控制装置上的 整流器 ，进线控制装置与起重机现场供电系统相连；变频装置为逆变器，通过公用 直流母线 与整流器相连；所述安全驾驶操控系统包括起重机安全驾驶装置、连接到起重机安全驾驶装置上的用于采集 气候 信息的第一 传感器 组和用于采集起重机安全信息的第二传感器组；起重机安全驾驶装置与变频装置相连。本实用新型的集成动力驱动系统统一供电、集中安装，充分利用设备资源和空间资源，便于安装调试以及维护；安全驾驶操控系统功能全面、结构紧凑、使用方便、获取信息全面。，下面是起重机电气系统集成化平台专利的具体信息内容。
1.起重机电气系统集成化平台，包括集成动力驱动系统和安全驾驶操控系统，其特征在于，所述集成动力驱动系统包括电源箱（1）、公用直流母线（2）和多个用于驱动变频电机的变频装置（3）；所述电源箱（1）内设置有进线控制装置（11）、连接到进线控制装置（11）上的整流器（12），所述进线控制装置（11）与起重机现场供电系统相连；所述变频装置（3）为逆变器，通过公用直流母线（2）与整流器（12）相连；所述安全驾驶操控系统包括起重机安全驾驶装置、用于采集气候信息的第一传感器组、用于采集起重机安全信息的第二传感器组，所述第一传感器组、第二传感器组均连接到起重机安全驾驶装置上；所述起重机安全驾驶装置与变频装置（3）相连。
2.根据权利要求1所述的起重机电气系统集成化平台，其特征在于，所述集成动力驱动系统还包括机柜，所述电源箱（1）、公用直流母线（2）、逆变器均集成安装在机柜内。
3.根据权利要求1所述的起重机电气系统集成化平台，其特征在于，所述起重机安全驾驶装置包括中央处理单元（21）、控制显示单元（22）、控制指令输出单元（29）、存储单元（24）、AD转换单元（25）、数字信号输入/输出接口（26），所述中央处理单元（21）与控制显示单元（22）、控制指令输出单元（29）、存储单元（24）、AD转换单元（25）、数字信号输入/输出接口（26）分别相连；所述控制指令输出单元（29）还与变频装置（3）相连。
4.根据权利要求1至3任一所述的起重机电气系统集成化平台，其特征在于，所述电源箱（1）内还设置有用于消耗变频电机产生的再生电能的能耗制动装置（13），该能耗制动装置（13）包括制动单元（131）和制动电阻（132），所述制动单元（131）和制动电阻（132）串联后并联在公用直流母线（2）上。
5.根据权利要求1至3任一所述的起重机电气系统集成化平台，其特征在于，所述电源箱（1）内还设置有并联在公用直流母线（2）上的储能制动装置（14），所述储能制动装置（14）为超级电容器。
6.根据权利要求1至3任一所述的起重机电气系统集成化平台，其特征在于，所述电源箱（1）内还设置有并联在公用直流母线（2）上的能量回馈装置（15），所述能量回馈装置（15）包括两个输入端和三个输出端，其两个输入端分别与公用直流母线（2）的正、负极相连，三个输出端分别与进线控制装置（11）的三个输入端相连。
7.根据权利要求3所述的起重机电气系统集成化平台，其特征在于，所述起重机安全驾驶装置还包括与中央处理单元（21）相连的通信单元（28）和报警单元（27），所述通信单元（28）包括以太网通信模块、远程无线通信模块、近程无线通信模块。
8.根据权利要求3所述的起重机电气系统集成化平台，其特征在于，所述控制显示单元（22）为触摸显示屏。
9.根据权利要求3所述的起重机电气系统集成化平台，其特征在于，所述控制指令输出单元（29）包括CAN通讯单元（291）和DA转换单元（292），所述CAN通讯单元（291）包括与中央处理单元（21）相连的CAN控制器和连接到CAN控制器上的CAN收发器；所述DA转换单元（292）与中央处理单元（21）相连。
10.根据权利要求1至3任一所述的起重机电气系统集成化平台，其特征在于，所述逆变器上还设置有控制开关，变频电机通过该控制开关与逆变器相连。
起重机电气系统集成化平台
技术领域
背景技术
[0002] 起重机是一种在一定范围内垂直提升、水平搬运、就地旋转、运送重物的频繁多动作起重机械，又称吊车，属于物料搬运机械。起重机的工作特点是做间歇性运动，规律起升/降落，即在一个工作循环中取料、运移、卸载等动作的相应机构是交替工作的。起重机电气系统集成化平台是使起重机正常工作、安全运行不可缺少的重要系统，包括两大部分，一是提供驱动起重机运动的动力驱动系统，二是用于操作人员对起重机实施操作、控制的安全操控系统。
[0003] 目前的起重机动力驱动系统一般将功率最大的起升机构作为整体电源，直流总线直接连接到起升变频器的输出上，其他子系统如回转机构、变幅机构、大车机构等采用共直流总线的方式，将变频器接入直流总线，各设备之间相互独立分散安装。该系统结构存在着以下不足：
[0004] 一、整个系统缺乏在设备层面专门针对起重系统对象的实际综合考虑，仅在现有产品基础上简单联接组合而成，没有更深入的设备层级面的设计整合，在各子系统组成整体组合时，将子系统中功率最大的起升机构作为整体电源，公共的直流电源联接的分散布置方式，受现有设备制约，不具独立性，且各子系统安装分散，无整合成为整体产品的可能性，因而造成整机动力控制系统装备性能不高；
[0005] 二、供电电源功率匹配不合理，容易造成交流供电电源过载和其它电源浪费：系统的整个供电功率仅是起升子系统的电源功率，在系统正常工作时，只要有包括起升机构在内的两机构以上子系统同时运行时，供电电源整流部分就有可能过载；同时，由于各子系统均使用现成的变频器，除起升机构外的其他机构变频器的交流整流电源部分就完全无用，从而造成配置不合理的浪费；
[0006] 三、安装位置不合理，分散的安装给现场设备安装、系统调试、日常维修维护都带来不便：由于各子系统各自无机械联系，现场的实际安装都各自就近在各自机械机构附近位置就近安装，完全处于分散状态，相距约在十米以上，有的甚至几十米。给设备安装，系统调试，日常维修维护都带来极大不便，特别是给日常维护带来更多不方便和危险； [0007] 五、共用部分不能集中安装,需要另辟空间，造成空间浪费和安装不合理，系统难以扩展，若考虑多种驱动形式混合难度将大大增加： 由于系统公共部分都由起升变频器担任，其它公共部分，如制动单元/ 电阻，DC/DC 转换器，PUR 回馈装置等都难于统一安装，必须另辟空间，造成安装上不合理，位置不集中等问题；若使用多种驱动模式混合集成，难度将进一步加大；
[0008] 六、系统的分散安装给系统布线带来浪费和增加不稳定因素：由于整个系统的分散性，其动力电源电缆，控制电缆，信号电缆布线都十分分散繁琐，同样造成了安装调试维修维护的困难和成本浪费，同时也使系统埋下隐患，增加其故障率和不稳定性。
[0009] 而目前起重机的安全操控系统是建立在PLC+PROFIBUS 平台基础之上，是一个标准完全由供应商提供和限制、硬件完全定制、软件进行有限编程功能局限的开发平台为基础的通用平台条件下的方案，现有的设备层级开发平台下开发的起重机控制系统具有专用性低下、通讯效率不高、针对性差、集成度低，配置冗余、性价比差、扩展困难、使用现成设备、无法作为定制产品进入市场等不足，其存在以下几个比较明显的问题： [0010] 一、现有的起重机安全驾驶装置，一般采用操作手柄、PLC和显示屏进行控制和显示，起重机的各机构移动的控制主要通过控制操作手柄来实现，控制方式单一、操作方式死板、对操作者经验要求高（无自动操控模式），操作手柄属于机械产品品种繁多、价格昂贵且故障率高；
[0011] 二、现有的起重机安全驾驶装置能获取的信息较少、显示屏显示的信息较少，反应慢，无安全监控、气候信息、故障存储、辅助分析等功能，不能给操作人员及时提供全面足够的信息；
[0012] 三、现行的起重机安全驾驶装置通过RS485、PROFIBUS向起重机驱动装置发送控制指令，传输的数据少、数据传输慢。实用新型内容
[0013] 本实用新型要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的上述问题，本实用新型提供一种起重机电气系统集成化平台，其集成动力驱动系统统一供电、集中安装，充分利用设备资源和空间资源，便于安装调试以及维护；其安全驾驶操控系统功能全面、结构紧凑、使用方便、获取信息全面。
[0014] 为实现上述目的，本实用新型的起重机电气系统集成化平台，包括集成动力驱动系统和安全驾驶操控系统，上述集成动力驱动系统包括电源箱、公用直流母线和多个用于驱动变频电机的变频装置：电源箱内设置有进线控制装置、连接到进线控制装置上的整流器，其中，进线控制装置与起重机现场供电系统相连；变频装置为逆变器，通过公用直流母线与整流器相连；上述安全驾驶操控系统包括起重机安全驾驶装置、用于采集气候信息的第一传感器组、用于采集起重机安全信息的第二传感器组，第一传感器组、第二传感器组均连接到起重机安全驾驶装置上；上述起重机安全驾驶装置与变频装置相连。上述进线控制装置为依次连接的隔离开关、断路器、接触器，隔离开关与起重机现场供电系统相连，其中；断路器也可以更换为快速熔断器；上述短路器和接触器之间还可以连接一个三相输入交流电抗器；接触器和整流器之间还可以连接一个EMI滤波器；上述安全驾驶装置为操作人员控制起重机工作、停止、各机构移动的控制装置。本方案中，一方面，集成动力驱动系统的各子系统（起升机构、回转机构、变幅机构、打车机构等）通过公用直流母线连接到电源箱的整流器上，由电源箱接入起重机现场供电系统中再为各子系统统一供电，因此，各子系统的变频装置可以裁剪进线控制和交流整流功能，充分节省设备资源；此外，电源箱将各个子系统共用的进线控制装置、整流器等装置统一集成、安装在起重机驾驶室附近，节省空间资源；
此外电源箱、逆变器以及电路上的其他设备还可集中安装在同一位置，便于线路布置和设备的安装、调试以及维护，同时也降低了系统的不稳定性，并且也便于后期多种驱动模式混合集成。另一方面，安全驾驶操控系统设置了两个传感器组用于采集气候信息和起重机安全信息，其中，采集气候信息的传感器包括光照传感器、温度传感器、湿度传感器、风速风向传感器等；采集起重机安全信息的传感器包括吊重传感器、用于测量起重机臂长的幅度传感器、用于测量起重机高度的高度传感器、回转角度传感器、拉臂张角传感器、位置极限开关、门锁安全开关等；这些传感器采集的信息将通过起重机安全驾驶装置显示给起重机操作人员，并参与系统安全控制，为操作人员提供足够的信息支持，便于及时了解起重机状态及作出下一步决策。
此外电源箱、逆变器以及电路上的其他设备还可集中安装在同一位置，便于线路布置和设备的安装、调试以及维护，同时也降低了系统的不稳定性，并且也便于后期多种驱动模式混合集成。另一方面，安全驾驶操控系统设置了两个传感器组用于采集气候信息和起重机安全信息，其中，采集气候信息的传感器包括光照传感器、温度传感器、湿度传感器、风速风向传感器等；采集起重机安全信息的传感器包括吊重传感器、用于测量起重机臂长的幅度传感器、用于测量起重机高度的高度传感器、回转角度传感器、拉臂张角传感器、位置极限开关、门锁安全开关等；这些传感器采集的信息将通过起重机安全驾驶装置显示给起重机操作人员，并参与系统安全控制，为操作人员提供足够的信息支持，便于及时了解起重机状态及作出下一步决策。
[0015] 作为本实用新型的进一步改进，上述集成动力驱动系统还包括机柜，上述电源箱、公用直流母线、逆变器均集成安装在机柜内，集中靠近驾驶室位置安装，使动力/控制/信号电缆集中，方便线路布置，同时也能有效降低因安装分散、线路复杂带来的系统不稳定性和故障率。实际现场安装时，如果部分逆变器需要在离驾驶室较远的地方安装时，也可以将这部分逆变器移出机柜，但系统整体结构不发生变化。
[0016] 进一步，上述起重机安全驾驶装置包括中央处理单元、控制显示单元、控制指令输出单元、存储单元、AD转换单元、数字信号输入/输出接口，其中：中央处理单元与控制显示单元、控制指令输出单元、存储单元、AD转换单元、数字信号输入/输出接口分别相连；控制指令输出单元还与变频装置相连，向变频装置输出控制指令，接收状态信息，最终实现整个起重机电气系统集成化平台。本方案中，数字信号输入/输出接口和AD转换单元均用于第一传感器组和第二传感器组接入起重机安全驾驶装置，如果传感器的输出信号为数字信号，则通过数字信号输入/输出接口输入起重机安全驾驶装置，如果是模拟信号，则通过AD转换单元输入起重机安全驾驶装置。一般而言，数字信号输入/输出接口与驾驶室内外的光照传感器、温度传感器、湿度传感器、风速风向传感器等微气候传感器相连，接收传感器采集的微气候数据，并发送给中央处理单元处理、存储单元存储、然后通过控制显示单元显示给操作人员，同时中央处理单元对极限值进行判断后对整机工作提出警示或中断运行、安全停车；AD转换单元与起重机上设置的吊重传感器、幅度传感器、高度传感器、回转角度传感器、拉臂张角传感器，行程开关等相连，接收这些传感器采集的力矩、臂长、回转角、拉臂张角、吊高、极限位置等安全信息的模拟信号，并将该类模拟信号转换为数字信号后发送给中央处理单元处理、存储器存储、然后通过控制显示单元显示给操作人员，如果上述微气候传感器输出模拟信号，则也接入AD转换单元，经模数转换后发送给中央处理单元。本方案中，存储单元可以用于各类数据的存储，也可以存储各类事故信息，专业数据库，便于进行辅助分析和辅助维修。本方案中的起重机安全驾驶装置的上述结构使其具有监测操控、安全监视、动态显示、事故存储、辅助分析、综合驾驶等功能。
[0017] 进一步，上述电源箱内还设置有用于消耗变频电机产生的再生电能的能耗制动装置，该能耗制动装置包括制动单元和制动电阻，制动单元和制动电阻串联后并联在公用直流母线上，当起重机吊重单元下降、变频电机产生再生电能时，制动单元导通将制动电阻接入回路，消耗再生电能。
[0018] 进一步，上述电源箱内还设置有并联在公用直流母线上的储能制动装置，该储能制动装置为超级电容器，用于将吊重单元下降时变频电机产生的再生电能储存，并在不产生再生电能时供给变频电机。
[0019] 进一步，上述电源箱内还设置有并联在公用直流母线上的能量回馈装置，该能量回馈装置包括两个输入端和三个输出端，其两个输入端分别与公用直流母线的正、负极相连，即两个输入端各连接一根共用直流母线，三个输出端分别与进线控制装置的3个输入端相连，即与起重机现场供电系统的三个输出端相连，将吊重单元下降时变频电机产生的再生电能回馈到进线控制装置处或供电系统电网中（此时电能表反转），节省能源。
[0020] 进一步，上述起重机安全驾驶装置还包括与中央处理单元相连的通信单元和报警单元，通信单元包括以太网通信模块、远程无线通信模块、近程无线通信模块。上述远程无线通信模块可以为2G无线通信模块、3G无线通信模块、2.5G无线通信模块、4G无线通信模块中的一种或多种；上述近程无线通信模块可以为WIFI模块、Zigbee模块、蓝牙模块、NFC模块等模块中的一种或多种。其中，以太网通信模块、远程无线通信模块、WIFI模块用于接入互联网，几种模式可以同时采用，实现有线和无线的远程无缝遥测遥控；其他的近程无线通信模块用于现场各设备间的无线连接，组成现场无线测控网。上述报警单元在发生故障时及时预警/报警，该报警单元可以为声光报警器、屏幕显示，也可以其他常用的报警器；预警/报警的同时还将在中央处理单元的控制下进行相应的方向、减速、停车控制等。
[0021] 进一步，上述控制显示单元为触摸显示屏，随着触摸显示屏设备的普及，触摸显示屏成本不断降低，且使用也非常方便，触摸显示屏同时具有显示功能和控制功能，两种功能分别实现数据输出和控制指令输入，尤其在实现起重机的控制中，采用触摸显示屏可代替传统笨重昂贵的手动联动台进行控制，控制更加方便可靠和经济适用，而且其观察起重机的情况和观察采集数据时可以采用矢量显示技术进行局部放大，观察得更加清楚。
[0022] 进一步，上述控制指令输出单元包括CAN通讯单元和DA转换单元，CAN通讯单元包括与中央处理单元相连的CAN控制器和连接到CAN控制器上的CAN收发器，实现高效的现场通讯；DA转换单元与中央处理单元相连，数量至少为4个，4个DA转换单元可以将控制指令转换为可变电压，分别发送给4个可以接收模拟信号控制的逆变器/变频器或其他不具备串行接口的执行设备，采用并行的方式控制逆变器/变频器，使本方案的起重机安全驾驶装置能够同时适用于多种类型逆变器/变频器的控制，提高通用性。本方案的起重机安全驾驶装置既有串口输出，可与多台外界受控设备进行编码寻址方式串行通讯（如现代逆变器/变频器），又有多个扩展并行的I/O接口，可对多个受控设备并行控制，且二者可以同时进行，相互兼容，这就为那些不具备串口通信的老设备（如OMD、RCV、LMD、直流调速等）控制提供了可控手段，无论新老设备还是混合驱动结构都能实施有效控制，无论串行/并行都能任意控制。
[0023] 进一步，上述逆变器上还设置有控制开关，调速电机通过该控制开关与逆变器的输出端相连。本方案中，一个逆变器可以通过控制开关连接多个变频电机，由于共用直流母线，可充分考虑系统负载特征，采用同时控制、分时控制等手段，实现一台逆变器同时带同机构多台电机、一台逆变器分时拖带两机构电机等功能扩展，进一步发挥设备潜能，提高利用率，降低系统成本。
[0024] 相对于现有技术，本实用新型具有如下优点和有益效果：
[0025] 1、本实用新型的集成动力驱动系统中，电源箱将起重机现场供电系统供给的交流电源接入后，通过整流器整流为直流电后从直流母线输出，变频装置采用逆变器替代现有技术中的变频器，将原各子系统中变频器中的交流整流功能和进线控制部分统一由电源箱完成，简化变频装置结构，避免了现有技术中除起升机构外的其他机构变频器的交流整流电源部分就完全无用而造成配置不合理的浪费，即本实用新型集中公共部分，删除冗余，可有效节省设备资源；
[0026] 2、本实用新型将集成动力驱动系统中的进线控制装置、整流器、制动系统（包括但不限于能耗制动装置、储能制动装置、能量回馈装置等）、附加电源（交流电源、直流电源、）等系统中的公用装置集成到电源箱内一体安装，作为一个独立体，与各子系统独立设计，能有效节省空间资源；
[0027] 3、本实用新型还将集成动力驱动系统中的电源箱、公用直流母线、逆变器安装在同一机柜内，集成一体、集中靠近驾驶室位置安装，使动力/控制/信号电缆集中，方便线路布置；还能使得设备的安装、调试以及维护更加方便快捷，能有效降低系统的安装维护成本；同时也能有效降低因安装分散、线路复杂带来的系统不稳定性和故障率；
[0028] 4、本实用新型的集成动力驱动系统在裁剪冗余、节约成本后，加入系统适用的能耗制动装置、储能制动装置、能量回馈装置等多个制动系统，这几个系统可选择配置，在成本不变或小幅升高前提下，明显提升系统性能，最终达到提高信价比的目的，并且制动系统均按系统可能出现的最大功率设计，以确保系统安全可靠；
[0029] 5、本实用新型的电源箱还可配备多种类型的附加电源，可支持其它各机构驱动电源 （各变频器及其它驱动设备）同机箱装配安装，形成一个系统整体配置的供电系统，还可支持除变频器外的其它多种动力驱动形式，便于后期多种驱动模式混合集成；
[0030] 6、本实用新型的各子系统共用公共直流母线，且逆变器输出端还设置有控制开关，一个逆变器可以通过控制开关连接多个变频电机，可充分考虑系统负载特征，采用同时控制、分时控制等手段，实现一带多（一台逆变器同时带同机构多台电机）、单拖双（一台逆变器分时拖带两机构电机）等功能扩展，进一步发挥设备潜能，提高利用率，降低成本；
[0031] 7、本实用新型的集成动力驱动系统的动力驱动方案面向对象，不受现成设备局限，跨越现有变频器功能和固定配置，对其内部构造按系统总体要求进行重新调配整合，使之适应整体系统架构的要求，真正面向对象、直接面对应用。
[0032] 8、本实用新型的起重机安全驾驶装置设置有数字信号输入/输出接口和AD转换单元，可以接收多个传感器发送至的数字信号和模拟信号，接收和显示的数据信息多，可以参与系统安全控制并给操作应用提供足够的信息，供操作人员全面了解起重机当前状况，也便于操作维修人员判断决策和进行下一步操作，同时具备多路输出控制信号；
[0033] 9、本实用新型的起重机安全驾驶装置的显示单元和控制单元采用触摸显示屏，其使用更加方便、操作更灵活，安全高效，功能强大，寿命延长；
[0034] 10、本实用新型的起重机安全驾驶装置设置有报警单元，测控并举，提高了本实用新型的安全性；还设置有通信单元，支持有线通信、无线远程通信、无线近程通信，可实现远程遥测控，也支持现场设备的无线近程连接；
[0035] 11、本实用新型的起重机安全驾驶装置设置有CAN通讯单元和DA转换单元，控制指令可以通过full can总线输出，串行控制，联接简单，传输速度快，传输的数据量大，纠错强，效率高可以很好地支持起重机实时现场控制作用和需求；也可以通过DA转换单元输出支持并行控制，即同时支持并行控制和串行输出控制，无论新老设备还是混合驱动结构都能实施有效控制，通用性好；
[0036] 12、本实用新型的起重机安全驾驶装置具有监测操控、安全监测、动态显示、事故存储、辅助分析、综合驾驶等功能；
[0037] 13、本实用新型的集成动力驱动系统安装在驾驶室附近，安全驾驶操控系统安装在驾驶室内，二者安装位置非常靠近，使起重机电气系统总体集中，再次集成，明显提升了整机系统的装备特性，实现起重机电气系统集成化平台；
[0039] 图1为本实用新型的结构示意图；
[0040] 图2为能耗制动装置的结构示意图；
[0041] 图3为储能制动装置的结构示意图 。
[0042] 图例说明：1、电源箱； 2、公用直流母线； 3、变频装置； 11、进线控制装置；12、整流器； 13、能耗制动装置； 14、储能制动装置； 15、能量回馈装置； 131、制动单元； 132、制动电阻 ；21、中央处理单元； 22、控制显示单元； 24、存储单元； 25、AD转换单元； 26、数字信号输入/输出接口； 27、报警单元； 28、通信单元； 29、控制指令输出单元； 291、CAN通讯单元； 292、DA转换单元。
具体实施方式
[0043] 下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不仅限于此。
[0044] 【实施例1】
[0045] 如图1所示，本实施例的起重机电气系统集成化平台，包括集成动力驱动系统和安全驾驶操控系统：
[0046] 集成动力驱动系统包括电源箱1、公用直流母线2、机柜和多个用于驱动变频电机的变频装置3，其中：上述电源箱1内设置有进线控制装置11、连接到进线控制装置11上的整流器12，进线控制装置11与起重机现场供电系统相连；上述变频装置3为逆变器，通过公用直流母线2与整流器12相连；上述电源箱1、公用直流母线2、逆变器均集成安装在机柜内；上述进线控制装置11包括依次连接的隔离开关、断路器（或快速熔断器）、三相输入交流电抗器、接触器、EMI滤波器，隔离开关与起重机现场供电系统相连，EMI滤波器与整流器12相连。其中，三相输入交流电抗器和EMI滤波器可以根据需要去掉不使用。上述安全驾驶装置为操作人员控制起重机工作、停止、各机构移动的控制装置。本实施例中，上述起重机现场工作电源可以为380V工业电源（即，接入380V三相四线工业用电）或380V交流稳压电源，实际应用中，上述电源箱1内还可设置有附加电源，该附加电源可以为110V交流电源、48V交流电源、24V交流电源、12V直流电源、5V直流电源、3.3V直流电源中的一种或多种，以满足其他各类用电装置需求，提高电源箱1的通用性。
[0047] 安全驾驶操控系统包括起重机安全驾驶装置、用于采集气候信息的第一传感器组、用于采集起重机安全信息的第二传感器组，上述第一传感器组、第二传感器组均连接到起重机安全驾驶装置上，将采集的气候信息和起重机安全信息传递给起重机安全驾驶装置；起重机安全驾驶装置还与集成动力驱动系统的逆变频器相连，用于从逆变器中读出主升状态字和实际值，包括逆变器准备好、上电应答、运行、转矩验证ok、逆变器故障、电动机实际转速等信息，并将各种输出信息即控制字和速度等写入逆变器。本实施例中，第一传感器组包括1个光照传感器、2个温度传感器、2个湿度传感器、1个风速风向传感器，其中风速风向传感器、光照传感器安装在驾驶室外塔顶，温度传感器、湿度传感器均分别在驾驶室内安装1个、驾驶室外安装一个。温度传感器可以采用DS18B20 数字温度传感器；湿度传感器可采用LTM8901 数字温湿度传感器；风速风向传感器可采用TX系列风向传感器、FY-FS系列风速传感器或RY-FSXY型号的风速风向仪；光照传感器可采用HA2003型号的光照传感器。第二传感器组包括吊重传感器、回转角度传感器、幅度传感器、高度传感器，上述吊重传感器安装在承重支点上，上述幅度传感器、高度传感器、回转角度传感器分别设置在控制起重机幅度、高度、回转角度变化的减速机构上，还可以进一步包括极限位置、门锁等，极限位置、门锁设置在对应的限位位置处。其中，上述吊重传感器可采用PLD308 系列拉压力传感器或ET－2型拉式称重传感器；上述幅度传感器、高度传感器可采用WKS-GC系列高度变幅传感器 ，回转角度传感器可采用WDG-A,B,C,AM系列角度传感器。实际应用中，上述传感器的型号、数量、类型选择可以根据需要使用，例如还可以增设安装在起重臂支点上的拉臂张角传感器，并不仅限于本实施例中提供的种类、数量和型号。
[0048] 【实施例2】
[0049] 在实施例1基础上，本实施例中的起重机安全驾驶装置包括中央处理单元21和与之相连的控制显示单元22、控制指令输出单元29、存储单元24、AD转换单元25、数字信号输入/输出接口26。其中，数字信号输入/输出接口6和AD转换单元5主要连接第一传感器组和第二传感器组，将传感器采集的信息发送给中央处理单元21。输出数字信号的传感器通过数字信号输入/输出接口6将采集的数据发送给中央处理单元1，中央处理单元1处理后通过触摸显示屏显示给操作人员、通过存储单元4存储；输出模拟信号的传感器则通过AD转换单元5将采集的数据转换为数字信号后发送给中央处理单元1，再通过触摸显示屏显示给操作人员、通过存储单元4存储。
[0050] 本实施例的起重机安全驾驶装置可采用专用的片上可编程系统SOPC芯片作为基础进行开发，该SOPC芯片内集成有中央处理单元21、存储单元24、AD转换单元25、数字信号输入/输出接口26、控制指令输出单元29等等。此外，中央处理单元1还可采用常用的PC机用CPU、单片机、FPGA实现，例如但不限于采用型号为ABBPLC-AC31的可编程控制器、PHILIPS公司P89C668单片机、FUJITSU公司MB90560系列；存储单元4可采用一般的IDE硬盘或者SDRAM存储器或FLASH存储器，例如但不限于采用现代HY57V641620型号的SDRAM存储器芯片或者采用GD25Q80SCP型号的FLASH存储器或西部数据WDC WD800BB-88JHC0型号的IDE硬盘；数字信号输入/输出接口6采用通常的芯片自带的GPIO（General Purpose Input Output ，通用输入/输出），例如可采用XRA120x I2C/SMBus GPIO扩展芯片或XRA140x SPI GPIO扩展芯片，也可以为RS485接口、SPI接口、RS232接口等常用的支持数字信号输入/输出的接口，AD转换单元5可以采用常见的A/D转换芯片实现，例如但不限于美国模拟器件公司AD7810型号的低功耗12位高速串行A/D转换器。本实施例中，控制显示单元22为集显示和控制功能为一体的触摸显示屏。实际应用中，也可以采用现有起重机控制系统中控制单元和显示单元分开的模式，单独采用显示屏显示，而控制指令的输入采用传统的联动台，由操作手柄或操作摇杆完成。
[0051] 【实施例3】
[0052] 在实施例1或实施例2的基础上，电源箱1内还设置有用于消耗变频电机产生的再生电能的能耗制动装置13，该能耗制动装置13连接在整流器12之后。能耗制动装置13的结构如图2所示，该能耗制动装置13包括制动单元131和制动电阻132（R1），上述制动单元131和制动电阻132（R1）串联后并联在公用直流母线2上。其中，制动单元131由二极管D1、二极管D2和一个三极管T1构成；三极管的发射极T1连接到直流母线2负极上、集电极与制动电阻132（R1）相连，制动电阻132（R1）再连接到直流母线2正极上；上述二极管D2的正极与三极管T1的发射极相连、负极与三极管T1的集电极相连；二极管D1并联在制动电阻132（R1）上，负极连接到直流母线2正极，正极与三极管T1的集电极相连，其中二极管D1主要用于稳压，实际应用中也可以不采用二极管D1。此处制动单元131的作用相当于一个开关，在起重机的吊重单元下降时，其势能转换为变频电机的电能回馈到直流母线上，如果不加以消耗会损坏电路，因此此时制动单元132导通，将制动电阻132（R1）接入能耗制动电路，消耗掉这部分再生电能；当起重机的吊重单元不驱动产生再生电能时，制动单元132截止。实际应用中，上述制动电阻132（R1）也可以连接在三极管T1的发射极上，三极管的种类和各个集的连接方式也可以相应更改，也可以采用场效应管等， 采用二极管、三极管、场效应管设计开关控制电路为本领域常用技术手段，其他的实施方式此处不再赘述。
[0053] 【实施例4】
[0054] 在上述实施例的基础上，本实施例中，电源箱1内还设置有储能制动装置14和能量回馈装置15，储能制动装置14和能量回馈装置15均并联在公用直流母线12上。
[0055] 储能制动装置14为超级电容器，并联在整流器12之后的公用直流母线2上。图3为储能制动装置14的结构示意图，该超级电容器包括并联的超级电容组C1和双向DC-DC变换器。此外，储能制动装置14上还并联有起稳压作用的电容C2。超级电容器作为制动系统具有平衡电源功能，其充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源，提供超大电流的供电，可兼做电源滤波，提升供电质量的作用，并提供系统短时间应急电源。本实施例中储能制动装置14可采用型号为SOHO-DCDC或SCDA5R5473（组合）或EECSOHD22（组合）的超级电容器，实际应用中可以根据储能需求选用其他不同容量、不同型号的超级电容器。
[0056] 能量回馈装置15包括两个输入端和三个输出端，其两个输入端分别与公用直流母线2的正、负极相连，三个输出端分别与接入控制装置11的三个输入端（即起重机现场供电系统的三个输出端）相连。本实施例中可采用PFS-3450、BKFK506 、安川IPC等型号的能量回馈装置15，实际应用中可以根据实际需求选用其他型号的能量回馈装置。此外，还可以包括其他制动机构，提供多种制动选择，例如但不限于四象限回馈系统。特别地，上述的储能制动装置14、能量回馈装置15以及其他制动机构可以仅使用一个，单独设置在集成动力驱动系统中；也可以全部使用，加强再生电能的消耗效果。
[0057] 【实施例5】
[0058] 在实施例2或实施例3或实施例4的基础上，本实施例中的起重机安全驾驶装置还包括与中央控制单元21相连的报警单元27和通信单元28。其中，通信单元28包括以太网通信模块、远程无线通信模块、近程无线通信模块，上述远程无线通信模块可以为2G无线通信模块、3G无线通信模块、2.5G无线通信模块、4G无线通信模块中的一种或多种；上述近程无线通信模块可以为WIFI模块、Zigbee模块、蓝牙模块、NFC模块等模块中的一种或多种。其中，以太网通信模块、远程无线通信模块、WIFI模块用于接入互联网，实现有线、无线远程无缝遥测控系统；其他的近程无线通信模块用于现场各设备间的无线连接，组成本地无线测控网。上述报警单元27可以为声光报警器或其他常用的报警单元。中央控制单元21可以通过传感器采集的吊重、臂长、回转角度、拉臂张角、吊高、极限位置、门锁等参数判断起重机是否出现故障，当起重机出现故障时，启动报警单元27进行预警/报警：声光报警器发出声音和光信号进行预警/报警；也可以通过远程无线通信模块或以太网通信模块远程预警/报警。
[0059] 本实施例中，上述远程无线通信模块为3G模块，采用大唐DTM6211型号的TD模块；以太网通信模块采用DM9102HEP型号的网络芯片；近程无线通信模块采用CC2530型号、ZICM2410P0、2系列型号的zigbee模块。实际应用中，上述各模块的具体型号可以根据实际使用需求选用，不仅限于本实施例中的模块类型和芯片信号，并且上述通信单元8还可以包括各种串行通讯接口，扩展起重机安全驾驶仪的功能。
[0060] 【实施例6】
[0061] 在实施例2至5的基础上，本实施例中，控制指令输出单元29包括CAN通讯单元291和4个DA转换单元292。CAN是指控制器局域网络（Controller Area Network, CAN），CAN总线是具有通信速率高、容易实现、且性价比高等诸多特点的一种已形成国际标准的现场总线，本实施例中由CANBUS组成本地核心测控网络。CAN通讯单元291具体包括与中央处理单元21相连的CAN控制器和连接到CAN控制器上的CAN收发器，CAN收发器上连接CAN总线。其中，CAN控制器可以采用芯片内嵌入模式或外接模式使用SJA1000系列芯片，CAN收发器可采用TJA1040/PCA82C250/1系列芯片。SJA1000芯片是一款独立CAN控制器，由PHILIPS公司设计并生产，具有优秀的EMI、EMC性能，适用于工业环境中的控制器局域网络。TJA1040芯片是一种高速CAN收发器，具有非常优秀的EMC性能，在不上电状态下有理想的无源性能，提供低功耗管理，支持远程唤醒，并集成有完善的总线保护功能。TJA1040可以支持40Kbps～1Mbps高速率范围，在不需要CAN中继器的场合，通讯距离可达1.2Km远，通讯节点数目可达110个节点。TJA1040芯片广泛用于工业控制领域，能够适应任何苛刻的工作环境。 采用CAN总线输出控制指令具有通信速率高、容易实现、数据传输量大、性价比高等诸多优点。实际应用中，也可以根据需求采用其他总线实现。实际应用中，控制指令输出单元6也可采用profibus通讯单元，从而通过profibus总线输出串行控制总线，profibus也是一种现场总线标准，但profibus总线控制的数量会大大小于CAN总线。
[0062] DA转换单元292实现非串行总线传统执行机构的并行输出控制方式；4个DA转换单元292分别用于控制4个变频器/逆变器，4个DA转换单元292均与中央处理单元21相连，其用于将控制指令转化为可变电压，发送给可以接收模拟信号控制的逆变器/变频器，这种方式用于并行控制逆变器/变频器；而CAN通讯单元291采用串行控制的方式直接输出数字信号给可接收数字信号的逆变器/变频器，使得本实施例中的起重机电气系统集成化平台能够采用串行和并行两种方式控制逆变器/变频器，同时适用于多种类型逆变器/变频器、传统老式执行设备的控制，通用性强。本实施例中的DA转换单元292可采用DAC0832系列型号的DA转换集成芯片实现，采用芯片内嵌入模式或外接模式实现；也可以采用一个数字电位器。实际应用中，也可以采用其他常规的数模转换电路、芯片实现，模数转换电路为本领域常用的转换电路，本实施例中不再赘述。
[0063] 【实施例7】
[0064] 在上述实施例基础上，本实施例中，集成动力驱动系统的逆变器上还设置有控制开关，一个逆变器可以通过控制开关连接多个变频电机，在充分考虑系统负载特征的基础上，可采用同时控制、分时控制等手段，实现一带多（一台逆变器同时带同机构多台电机）、单拖双（一台逆变器分时拖带两机构电机）等功能扩展，进一步发挥设备潜能，提高利用率，降低成本。
[0065] 以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。
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