關(guān)鍵詞：塔式起重機(jī)信息融合單片機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)

 

    目前在國(guó)產(chǎn)塔機(jī)上僅配置了力矩限制器、位置限制、速度限制器等裝置，其原理是當(dāng)被監(jiān)測(cè)參數(shù)超過某限制值時(shí)斷電報(bào)警，實(shí)際上是一種安全保護(hù)裝置，其缺點(diǎn)是：

 

    （1）不能實(shí)進(jìn)監(jiān)測(cè)塔機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，因而不能將塔機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)及進(jìn)顯示給司機(jī)，以便及時(shí)調(diào)整。

 

    （2）運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測(cè)基一是單獨(dú)進(jìn)行，不能在計(jì)算機(jī)統(tǒng)一管理下對(duì)諸多參數(shù)實(shí)施同步監(jiān)測(cè)，協(xié)調(diào)處理，綜合判斷。

 

    （3）這些保護(hù)裝置長(zhǎng)期使用后其自身的可靠性大大降低，是旦失靈，司機(jī)又無法知道。

 

    多傳感器信息融合是80年代國(guó)外軍事和機(jī)器人領(lǐng)域率先提出來的一項(xiàng)高新技術(shù)，其基本原理是充分利用多個(gè)傳感器資源，對(duì)觀測(cè)到的有關(guān)同一目標(biāo)的信息進(jìn)行合理支配和使用，把多個(gè)傳感器在空間或時(shí)間上的冗余或互補(bǔ)信息依據(jù)某種準(zhǔn)則進(jìn)行組合，以獲得對(duì)被觀測(cè)目標(biāo)的綜合的最佳估計(jì)。與單一傳感器系統(tǒng)相比，多傳感器信息融合系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

 

    （1）信息量大。大量的信息的融合和綜合能減小系統(tǒng)的不確定性，從而提高精度。

 

    （2）很好的容錯(cuò)性。在傳感器有誤差或失效的情況下，也能有較高的可靠性。

 

    （3）能獲得單個(gè)傳感器無法感知的特征信息。

 

    我們針對(duì)目前國(guó)內(nèi)塔機(jī)運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)儀器的不足，并考慮到塔機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的識(shí)別以及故障診斷的需要，利用了塔機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在不改變塔機(jī)結(jié)構(gòu)和不增加許多輔助裝置的前提下，研制了基于信息融合和單片機(jī)技術(shù)的塔機(jī)運(yùn)行關(guān)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

 

    1系統(tǒng)組成

 

    圖1是自繁榮昌盛式塔機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，塔機(jī)工作時(shí)的運(yùn)行部分主要有起升機(jī)構(gòu)1（見圖2），回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)2（見圖3）和小車變幅機(jī)構(gòu)3（見圖4）。

 

    圖2起升機(jī)構(gòu)

 

    1.電動(dòng)機(jī)2.聯(lián)軸器3.制動(dòng)器4.減速器5.卷筒6.吊鉤7.滑輪組8.離合器9.拉力傳感器10.光電傳感器11.導(dǎo)向輪

 

    圖2中，安裝在滑輪組7上的拉力傳感器9將起重量G轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后送到A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)接口（見圖5）；導(dǎo)向輪11的轉(zhuǎn)角變化能反映起重物G的起吊位置和速度，光電傳感器10能將導(dǎo)向輪11的轉(zhuǎn)角變化檢測(cè)出來并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)送到單片機(jī)INT0引角（見圖5）。

 

    圖3中，電動(dòng)機(jī)1通過減速器3和小齒輪4驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)支承裝置5中的大齒輪回轉(zhuǎn)，帶動(dòng)上部旋轉(zhuǎn)，小齒輪4的轉(zhuǎn)角變化能反映塔機(jī)的回轉(zhuǎn)角度和速度的變化，電渦流傳感器6能把小齒輪4的角度變化檢測(cè)出并變換成電信號(hào)送到單片機(jī)P3.0引腳（見圖5）。

 

    1.電動(dòng)機(jī)2.制動(dòng)器3.少齒行星傳動(dòng)減速器4.小齒輪5.回轉(zhuǎn)支承裝置6.電渦流傳感器

 

    圖4中，變幅小車狀有電渦流傳感器3，當(dāng)變幅小車在塔機(jī)吊臂上行走時(shí)，電流傳感器能檢測(cè)到吊臂上等間隔布置的腹桿數(shù)并送到單片機(jī)INT1引腳（見圖5）。

 

    1.起升卷?yè)P(yáng)2.塔機(jī)吊臂3.電渦流傳感器4.小車牽引卷?yè)P(yáng)5.變幅小車6.吊臂復(fù)桿

 

    2系統(tǒng)工作原理

 

    2.1起重理G檢測(cè)

 

    將拉力傳感器串接在定滑輪吊繩固定端的適當(dāng)位置，由動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀交吊重轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，然后由A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而測(cè)量起吊的重量，當(dāng)重量超過額定置時(shí)，保護(hù)裝置動(dòng)作并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

 

    2.2變幅小車位置L及瞬間速度V1檢測(cè)

 

    在變幅小車上安全電渦流傳感器（見圖4），傳感器與吊臂上的腹桿垂直。小車運(yùn)行時(shí)，當(dāng)電渦流傳感器經(jīng)過腹桿時(shí)會(huì)產(chǎn)生一負(fù)脈沖，通過對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)及任意兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間差進(jìn)行定進(jìn)，可計(jì)算出小車的瞬時(shí)位置及速度（吊臂上任意兩腹桿間的距離是相等的）。如圖5所示，將電渦流傳感器輸出信號(hào)與89C52的INT1相連，對(duì)該引角上的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，可獲得小車通過腹桿的個(gè)數(shù)，由T1引腳對(duì)任意兩個(gè)脈沖的時(shí)間間隔進(jìn)行定時(shí)，可檢測(cè)出小車經(jīng)過兩個(gè)腹桿所用的時(shí)間，由P1.4、P1.5引腳檢測(cè)小車向前有向后運(yùn)動(dòng)。當(dāng)小車速度超過最大允許值時(shí)，保護(hù)裝置動(dòng)作，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

 

    小車位置L1=L0±n×S,小車速度V1=(L1-L0)/Δt

 

    式中L1——本次脈沖小車位置，L0——上次脈沖小車位置，n——脈沖個(gè)數(shù)，S——兩腹桿間的距離，Δt——兩個(gè)脈沖間的時(shí)間距離。

 

    2.3吊重位置H及速度V2檢測(cè)

 

    將圖2中導(dǎo)向輪軸上安裝一圓盤，在圓盤上加工出若干個(gè)小孔，光電傳感器與圓盤垂直，當(dāng)塔機(jī)起長(zhǎng)時(shí)，每當(dāng)小孔轉(zhuǎn)到與傳感器相對(duì)的位置，都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖。由脈沖的個(gè)數(shù)及任意兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間間隔，可計(jì)算出起升位置及速度。當(dāng)起升速度超限時(shí)，保護(hù)裝置動(dòng)作并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。檢測(cè)進(jìn)，由P1.1、P1.2檢測(cè)重物運(yùn)動(dòng)方向，由INT0檢測(cè)脈沖個(gè)數(shù)，由T0對(duì)任意兩個(gè)脈沖的時(shí)間間隔進(jìn)行定時(shí)，見圖5。

 

    起吊位置H1=H0±n×l

 

    式中H1——本次脈沖重物位置，H0——上次脈沖重物位置，l——每經(jīng)過一個(gè)脈沖重物運(yùn)動(dòng)的距離起吊速度V2=(H1-H0)/Δt式中Δt——兩個(gè)脈沖間的時(shí)間間隔。

 

    2.4動(dòng)態(tài)力矩M檢測(cè)

 

    當(dāng)小車的位置及吊重檢測(cè)出來后，運(yùn)行時(shí)的力矩為M=L×G。

 

    將運(yùn)行時(shí)的動(dòng)態(tài)力矩實(shí)進(jìn)地顯示給司機(jī)，并與該位置時(shí)的額定力矩相比較，可控制小車的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)力矩超限時(shí)保護(hù)裝置動(dòng)作，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

 

    2.5塔機(jī)回轉(zhuǎn)角度α、回轉(zhuǎn)速度V3檢測(cè)

 

    在回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的小齒輪上安裝一電渦傳感器，塔機(jī)回轉(zhuǎn)時(shí)，小齒輪每轉(zhuǎn)過一個(gè)齒都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖，通過對(duì)脈沖計(jì)數(shù)及任意兩個(gè)脈沖時(shí)間間隔進(jìn)行定時(shí)，可計(jì)算出塔臂回轉(zhuǎn)角度和速度。當(dāng)回轉(zhuǎn)速度超限時(shí)，保護(hù)裝置動(dòng)作，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

 

    由P1.3、P1.7檢測(cè)塔機(jī)的回轉(zhuǎn)方向，由P3.0對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)要可得到回轉(zhuǎn)角度，由T2對(duì)脈沖之間的時(shí)間間隔進(jìn)行定時(shí)，可計(jì)算出回轉(zhuǎn)的速度。

 

    回轉(zhuǎn)角度α1=α0±n×β，回轉(zhuǎn)速度V3=(α1-α0）×r/Δt

 

    式中α1——本次回轉(zhuǎn)角度，α0——上次回轉(zhuǎn)角度，n——回轉(zhuǎn)齒數(shù)，β——每回轉(zhuǎn)一齒對(duì)就的角度，r——回轉(zhuǎn)半徑。

 

    3基于多參數(shù)信息狀態(tài)的監(jiān)測(cè)原理

 

    我們研制的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一種電子顯示監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一種電子顯示監(jiān)近系統(tǒng)，客觀存在通過塔機(jī)實(shí)際工作時(shí)所產(chǎn)生的信號(hào)和預(yù)先儲(chǔ)存的安全工作數(shù)值進(jìn)行比較，達(dá)到報(bào)警保護(hù)目的。如圖6所示，塔機(jī)要作時(shí)，當(dāng)起重量，工作幅度，小車運(yùn)行速度等參數(shù)接近安全工作數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，正常工作時(shí)，安不斷地在司機(jī)室顯示上述各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)值。

 

    4結(jié)語(yǔ)

 

    本系統(tǒng)已完成試驗(yàn)開發(fā)階段，正時(shí)一步完善，推向?qū)嵱茫闹饕攸c(diǎn)是：

 

    （1）能在一個(gè)顯示屏上隨時(shí)監(jiān)測(cè)到反映塔機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的多種運(yùn)行參數(shù)：起重量，起重力矩，起升速度及位置，小車變幅位置及速度，塔臂回轉(zhuǎn)角度及速度等。

 

    （2）當(dāng)被監(jiān)測(cè)參數(shù)超過設(shè)定限值時(shí)，可報(bào)警或斷電停機(jī)；并能自動(dòng)記錄起重朵出現(xiàn)意外的運(yùn)行參數(shù)狀態(tài)。

 

    （3）在此監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上可以開發(fā)塔機(jī)故障診斷及運(yùn)行管理軟件包。

 

    （4）利用信息融合技術(shù)，將各種監(jiān)測(cè)參數(shù)融合后，可以實(shí)現(xiàn)；空間定位，運(yùn)行狀態(tài)識(shí)別及安全保護(hù)，典型故障診斷等先進(jìn)技術(shù)。