塔式起重机工作状态监控系统的研究

【摘要】：在房屋建筑工程中,能同时完成物料的垂直升降及水平移动的起重机械种类繁多,其中应用最广泛的是塔式起重机(以下简称塔机)。塔机具有其它起重机械难以比拟的优点,如塔身高,起重臂长,有效作业面广,能同时进行起升、回转、行走、变幅等动作,生产效率高。同时塔机也是一种蕴含危险因素较多、事故发生机率较高的机械设备,塔机一旦发生事故,造成的危害是不可估量的,轻则设备受损,重则机毁人亡,这给国家和人民的生命财产造成巨大损失,严重影响经济的健康发展和社会的和谐稳定。因此,对于如何加强塔机的安全作业,受到了生产厂家、建筑施工单位、安全监督部门及建设行政管理部门的高度重视。国家最新制定的GB／T5031-2008塔式起重机标准,要求各类起重机械必须装备安全保护装置,确保塔机的作业安全。 目前,国内现有的一些塔机保护装置还只停留在“四限位两保险”阶段,四限位为力矩限位、超高限位、变幅限位和行走限位,两保险为吊钩保险和卷筒保险。这些安全保护装置无法完成塔机工作过程中有关参数的显示,而且只有到达极限的情况下才报警,可靠性较低。针对上述存在的问题,本文在分析塔机的结构以及安全性的基础上,以塔机的起吊重量、吊钩起升高度、塔机回转角度、起重力矩、小车工作幅度以及工作现场风速等几个关键工作参数为代表进行了研究,并开发研制出塔机工作状态安全监控系统。 本系统以STC12C5A60S2单片机为处理核心,通过轴销式起重量传感器、增量式光电编码器、绝对式光电编码器、风速传感器完成对起吊重量、起升高度、小车变幅、回转角度、工作现场风速等关键参数的信号采集。它具有良好的人机界面参数设定功能及参数显示功能,通过液晶显示器完成对塔机工作过程中有关参数的显示,通过键盘塔机操作人员可以根据塔机本身所特有的参数进行设置或修改塔机安全作业参数,通过掉电非易失数据存储器保存最近20次违规的工况数据,为塔机监管部门鉴别事故责任提供依据。同时本系统还配有光电耦合输出接口,用以实现对塔机各个机构的停止,当塔机工作过程因操作失误而引起超限超载时,声光报警电路会报警,并能自动切断塔机向危险方向运行的控制电路,有效地起到塔机安全监控目的。考虑到塔机的工作环境比较恶劣,干扰源较多,因而在硬件电路设计中,采用光电隔离技术、去耦技术、滤波技术等来提高系统的可靠性,在软件设计中采用看门狗、数字滤波等措施来增强系统的抗干扰能力。最后,对所设计的电路板进行软硬件调试及系统基本功能验证。 该系统是在传统机械和电子传感器的基础上结合当前数字处理技术、传感器技术、滤波技术而开发的一套新型、高可靠的塔式起重机工作状态监控系统。该系统具有良好的实时性、可靠性以及广泛的应用价值,符合塔机监控系统小型化、智能化的发展方向。