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起重机安全智能监控系统

代宝林  
【摘要】:引言 随着微电子技术、计算机技术、智能仪表技术及传感器技术的迅速发展,现今起重机用户已越来越不满足于起重机仅仅拥有载荷、力矩限制功能,他们希望获得更多关于起重机状态的准确信息,包括起升高度、风速、起升角度、工作幅度甚至钢丝绳状况、油温、振动情况等信息;并希望起重机具有较强的自动控制功能及自诊断能力,以降低操作和维护的劳动负担并保证起重机的安全。 本安全监控系统要求根据不同作业状态下的起吊特性曲线自动对起重机进行力矩限制;能实时对主臂仰角、起吊高度和起升绳拉力进行测量;安全监测系统的显示系统可随时显示主钩和副钩的作业力矩百分比、实际载荷、主臂仰角、实际起吊高度、以及作业幅度等参数;有预报警、超限报警和超限控制功能。 总体方案 根据起重机用户的需求和当前各种技术的发展,考虑到系统未来兼容的可能性,本系统基本组成结构单元如图2-1所示。 系统由一个主控板(中央处理单元)、6个前向通道组成。前向通道包括、1、长度传感器,2、角度传感器,3、有杆腔油缸压力传感器,4、无杆腔油缸压力传感器,5、钢丝过卷传感器,6、钢丝过放传感器等,各前向通道分别负责采集不同的物理信号,通过电缆传送到主控板,然后进行A/D转换(个别节点目前不用进行A/D转换,如钢丝过卷钢丝过放是开关信号),MCU利用转换后的数据进行计算。 自学习的几个相关图 WP=71 3.1起重机几何参数 与监控系统有关的起重机几何参数见图3-1。 其中, H0—吊臂后铰点到地面的高度; hw—吊臂后铰点到起升卷筒中心垂直距离; Lw—吊臂后铰点到起升卷筒中心水平距离; Nr—吊臂后铰点到吊臂中心线垂直距离; CR—吊臂后铰点到回转中心线水平距离; La—吊臂后铰点到变幅缸下铰点水平距离; Lb—吊臂后铰点到变幅缸下铰点垂直距离; G —吊臂总重(含副臂重量); Ll—吊臂重心到吊臂后铰点水平距离; Lc—吊臂后铰点到变幅缸上铰点水平距离; Nc—变幅缸上铰点到吊臂中心线垂直距离; Dp—单顶滑轮直径; WP=72 N1—主臂头部导向滑轮中心到吊臂中心线的垂直距离; N2—主臂头部定滑轮中心到吊臂中心线的垂直距离; Ld—单顶滑轮中心到吊臂头部滑轮中心水平距离; Nd—单顶滑轮中心到吊臂中心线垂直距离; Lj—各副臂长度; Nj—副臂头部滑轮中心距主臂中心线的垂直距离; L —基本臂+2节臂……臂长; D —变幅缸内径; d —变幅缸活塞杆直径; N —主臂倍率。 3.2简化系统模型 系统硬件 从本系统的要完成的安全监控的要求出发,系统硬件主要包含以下几个部分: 1.信号采集电路。 主控板电路。 输出及人机交互电路。 WP=73 通讯 与外部通讯的必要性:系统使用前,必须进行一定的设定,并且需要输入运行参数。智能化的设计虽然简化了设定过程,但是仍然有一些参数需要人工录入,比如:额定吊重、额定力矩和额定高度等。系统超载纪录和其他信息,做为起重机的工况,如果能输出到特定设备进行分析,将强化对起重机的管理和分析。基于以上两点考虑,设计了RS-232系统通讯模块,用来与计算机进行必要地通信,下传系统参数以及上传纪录等。 系统软件 本文的软件设计按如下的步骤进行: 6.1分析问题,明确所要解决的问题的要求。 6.2确定算法。根据问题的要求和指令系统的特点,决定系统程序算法。算法是进行程序设计的依据,它决定了程序的正确性和程序的质量。 6.3制定程序框图。根据所选择的算法,制定出运算的步骤和顺序,把运算过程划成程序的流程图。 6.4确定数据格式,分配工作单元,进一步将程序框图画成详细的操作流程图。 根据程序的流程图,选用合适的编程语言来编写源程序。 6.5程序调试。对于MCS-51单片机来说,没有自开发的功能,需要使用仿真器,在仿真器上以单步、断点、连续方式试运行程序,对程序进行调试,排除程序中的错误,直至正确为止。 WP=74 图6-1 软件结构示意图 可靠性 7.1硬件措施 采用光电耦合措施可以将节点与前向、后向以及与其他节点部分切断电路的联系,能有效地防止干扰从过程通道进入节点。在本文的电路中,为了隔离各节 WP=75 点与系统外部的联系,在前向通道和后向通道均采用了光电隔离措施。 地线--数字、模拟电路分开、接地线尽量加粗、接地线构成闭环回路 去耦电容配置--在印刷电路板的各个关键部位配置去耦电容 7.2软件:主要采用数字滤波、指令冗余、软件陷井、程序运行监视系统(WATCHDOG)措施 结论 起重机安全监控系统的总体方案设计基本正确、可行,其主要功能基本得以实现。系统运行


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