摘要:履带起重机安全监控系统不但可以提高履带起重机的安全性能,而且还可以提高履带起重机工作时的效率。论文对系统硬件和系统软件的关键部分设计做了比较详细的剖析,为以后系统功能进一步完善和升级打下了良好的基础。
关键词:履带式起重机;安全监控;关键技术
由于履带起重机结构复杂、臂架组合模式多、高度大、重心高、作业环境复杂,每年都会因控制问题而引发重大人员伤亡事故。履带吊一旦发生事故,不但有人员伤亡,而且会造成重大经济损失。为了让履带起重机更好的工作,其安全性必须得到保证,如果在履带吊的控制室内装有监控系统将会极大的减少事故的发生率。因此,履带吊监控系统研究开发是很有实际意义的。
1履带式起重机安全监控系统
履带起重机(又称履带吊)是工程起重机行业的一个重要门类,具有吊重能力强,接地比压小,转弯半径小,可以带载行驶等优点,被广泛地应用于搭建桥梁、安装发电设备、安装炼油设备、架设风力发电机组以及建设海上工作平台等施工项目。由于履带起重机结构复杂、臂架组合模式多、高度大、重心高、作业环境复杂,每年都会因控制问题而引发重大人员伤亡事故。例如:一台25T起重机在某宾馆旁施工超载翻倒,吊臂折断,当场砸坏高级轿车三辆,所幸无人伤亡,直接经济损失105万元初步估计从1999年到2006年仅国内就有十多起类似的履带吊事故发生。分析其主要原因:超载、未确定吊运物品的重量或斜拉斜吊等引起吊倾覆伤亡;操作不当,如快放急停造成臂杆弯折;设备安全保护装置未装或失效;由于外界意外发生,如大风,撞电线。因此履带吊监控系统研究开发迫在眉睫。
2系统硬件设计
硬件系统主要包括:传感器信息采集电路、键盘输入电路、LCD显示电路、控制输出电路等,完成了从信号采集到显示输出等一系列的功能要求,并采取相关措施以提高硬件系统可靠性
2.1传感器选择和信号采集
信息采集。在重型机械行业,称重主要用电阻应变片来传感,其基本原理:弹性体(弹性元件,敏感梁)在外力作用下产生弹性变形,使粘贴在它表面的电阻应变片(转换元件)也随同产生变形,电阻应变片变形后,它的阻值将发生变化(增大或减小),再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号(电压或电流),从而完成将外力变换为电信号的过程。
仰角信息采集。于履带起重机而言,吊臂扬起运动的仰角范围为:0～907?觷,为了进行力矩限制,吊臂倾角检测非常重要。对于倾角的测量方法比较多,按工作原理的不同将其分为三大类:即利用重力加速度的摆式倾角传感器,利用角速度积分的倾角传感器和复合式倾角传感器。角速度积分的倾角传感器必须限定角速度的漂移,还要进行初始对准,对于加速度型倾角传感器,虽然这一类传感器一般都存在一定的非线性,但测量范围相对较宽,实用方便。
现场风速信息采集。选用光电型数字风速传感器,其采用低惯性轻金属风杯,随风旋转,带动同轴截光盘转动,以光电子扫描输出脉冲串,输出相应于转数的脉冲频率对应值,便于采集及处理。
2.2人机接口电路设计
单片机应用系统中,通常都要有人机对话功能。它包括人对监控系统的状态干预与数据输入以及监控系统向人报告运行状态与运行结果以及故障显示记录。往往人机界面的优劣程度关系到整个系统的性能和水平。本文选择键盘作为操纵者对监控系统的状态干预与数据输入的外部设备,用报警指示灯和点阵LCD显示器来向操纵者报告系统运行状态与运行结果。
2.3其他
单片机系统的数据存储。单片机在某些测量、控制等领域的应用中,常要求单片机的内部和外部RAM中数据在电源掉电时不丢失,重新加电时RAM中的数据能够保存完好(本系统对数据保护的要求就是如此)。悬臂长,起重机工作历史曲线,时间等参数。另外,系统与外部通信的数据,也要保存,从PC机下传的数据和要给PC机传输的数据,不能在掉电后丢失。为了实现对上述数据准确、可靠的保存,需要对系统的RAM方案进行掉电保护设计。
实时时钟功能的实现。为方便用户,本系统具有实时时钟功能:系统应能提供具体的月、日、时、分信息,不要求有年、秒的信息。实现日历时钟功能有两种方法,即硬件法和软件法。由于系统要实现各种控制策略,不希望实时时钟程序过多的占用CPU的时间,所以通常不宜采用软件法,而采用硬件芯片来实现日历时钟功能。它可以节省CPU的时间、提高效率,是一种有效的方法。用硬件实现实时时钟设计时,对日历时钟芯片的选择常常从以下三个方面考虑:①芯片的功能要强,功耗低,外围线路简单,软件开销小;②性能价格比高;③可靠性好。
人机通道的设计。单片机应用系统中,通常都要有人机对话功能。它包括人对应用系统的状态干预与数据输入以及应用系统向人报告运行状态与运行结果。往往人机界面的优劣程度关系到整个系统的性能和水平。本文选择键盘作为操纵者对应用系统的状态干预与数据输入的外部设备,用报警指示灯和LCD显示器来向操纵者报告系统运行状态与运行结果。
3系统软件设计
系统能否正常可靠地工作,除了硬件的合理设计外,与功能完善的软件设计是分不开的。