汽車式起重機力矩限制器的研制【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 摘 要 起重機 是一種蘊含多種危險因素的設(shè)備，操作不當(dāng)或超載，容易引起翻車、折臂等無法挽回的后果，因此對于 16 噸以上的起重機要求安裝一種保護設(shè)備，一般稱為力矩限制器。 起重機力矩限制器是裝備在起重機上的重要超載保護裝置，它為起重機的安全工作提供了保障。本文在參考現(xiàn)有力矩限制器的基礎(chǔ)上，充分利用單片機技術(shù)、傳感器技術(shù)等一些技術(shù)成果，來實現(xiàn)起重機的 超載 力矩限制，努力確保不會出現(xiàn)因超載而造成意外事故。本系統(tǒng)具有精度高，通用性好， 抗干擾能力強， 功能多 ， 比較低的建設(shè)成本以及系統(tǒng)的可擴展性能強等優(yōu)點。 本文所述的起重機 力矩限制器的主控單元是以單片機 核心部件， A/D 轉(zhuǎn)換器采用 對從各傳感器采集到的數(shù)據(jù)進行 變換，然后送至 行數(shù)據(jù)的 、判斷，做出各種控制動作；顯示、輸入單元選用了 片作為顯示和輸入控制；復(fù)位監(jiān)測芯片采用 實現(xiàn)開門狗定時器、電源監(jiān)測等。 關(guān)鍵詞：力矩限制器；超載保護； 片機；汽車起重機 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 is on is an It of is on of In of of of up of is as a in of It In an a of is so of of be is by is by of is 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 目 錄 1 緒論 1 述 1 矩限制器技術(shù)概況以及發(fā)展趨勢 2 程的主要 工作 3 決方案的選擇 4 業(yè)控制計算機解決方案 4 片機解決方案 6 統(tǒng)可擴展行的探討 6 散式控制系統(tǒng)改進 7 場總線 7 2 總體方案的設(shè)計 9 距限制器的原理 9 矩限制器的工作流程 10 件流程 10 統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 11 矩限制器的數(shù)學(xué)模型 12 矩限制器的調(diào)試 14 3 系統(tǒng)硬件方案的設(shè)計 16 統(tǒng)硬件設(shè)計概述 16 向通道的設(shè)計 16 號的拾取、變送 18 號的變換 21 介 22 本系統(tǒng)的實現(xiàn)與擴展 26 片機系統(tǒng)的組成 26 類流行微控制器的介紹與最小系統(tǒng)的組成 27 小系統(tǒng)的外圍擴展 28 控制器系統(tǒng)構(gòu)成的實用考慮 28 位監(jiān)測、看門狗 32 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 腳介紹 32 作原理 33 件連接 35 機通道設(shè)計 35 示 36 盤 37 警 38 行擴展技術(shù)得應(yīng)用 與探討 38 行擴展技術(shù)概述 38 線簡介 39 字語音技術(shù) 40 字語音技術(shù)概述 40 音合成與語音合成集成電路 40 列語音產(chǎn)品簡介 40 腳功能 41 45 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 48 件設(shè)計概述 48 程語言的選擇與簡介 48 件設(shè)計構(gòu)思及軟件結(jié)構(gòu) 49 要功能的軟件實現(xiàn) 50 5 抗干擾設(shè)計 53 件抗干擾 53 件抗干擾 54 6 結(jié)論與展望 57 參考文獻 58 致謝 60 附錄 61 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 緒論 述 在國民經(jīng)濟建設(shè)中 ，施工的機械化程度越來越高，汽車起 重機的應(yīng)用 越來越廣，起重機的安全行也越來越受到人們的重視。國際勞動部規(guī)定： 16噸以上的起重機必須安裝保護裝置。為了安全工作，操作者必須隨時了解起吊情況，對于載荷極限固定的起重機，可只對 吊車 的重量進行估計，但是對于汽車、履帶 吊 、固定回旋吊等臂干、角度可變的起重機，其起吊重量的極限值是變化的，這樣就要求在操作過程中，隨時估計、查表獲知起吊重量。一旦估計不準就容易超載，以致發(fā)生事故。同時降低了工作效率。 通過安裝起重機專用的安全保護裝置，操作者可以從高度緊張的估算中解脫出來，根據(jù)裝置的指示大膽操作，既消除了隱患， 又減輕了操作者的疲勞程度，有利于提高工作效率。起重機力矩限制器，又簡稱力限器，它是一種重要的起重機超載保護裝置，它通過傳感器 實時檢測起重機的幾項工作參數(shù)，經(jīng)過計算處理，自動顯示擁護關(guān)心的幾項參數(shù)并根據(jù)起重機的當(dāng)前狀況進行判斷；當(dāng)起重機接近非安全范圍時，系統(tǒng)報警并知道進行安全保護控制，禁止起重機向危險方向動作。實踐證明，使用力矩限制器可以有效的預(yù)防翻車、超載斷臂等惡性事故的發(fā)生，充分利用起重機的工作能力，避免誤操作對起重機的損壞，減輕勞動者的勞動強度，大大提高了工作效率。 國外很多起重機制造商很早就進行了力矩 限制器的研究和應(yīng)用，并隨著技術(shù)進步，目前已經(jīng)達到了較高的水平。我國在這寫反面起步比較晚，技術(shù)水平不高，應(yīng)用范圍不廣，但隨著經(jīng)濟的發(fā)展和安全意識的提高，國內(nèi)對起重機 的力矩限制器有了很大的要求。國家技術(shù)監(jiān)督局專門制定和發(fā)布了起重機的機械安全裝置技術(shù)規(guī)范，對力矩限制器的功能和性能檢驗等作了嚴格的規(guī)定。國家勞動部門也正式規(guī)定 16 噸以上的吊車必須裝備力矩限制器。國內(nèi)現(xiàn)在的起重機絕大多數(shù)都要安裝力矩限制器，包括一些以有的力矩限制器，由于使用年限太久，系統(tǒng)損壞嚴重，也需要改裝力矩限制器?？梢妵鴥?nèi)市場需求巨大。國外的力矩限 制器價格昂貴，而且很難和國內(nèi)的起重機配套，售后服務(wù)也不完善。在國內(nèi)，歲有多家單位推出力矩限制器產(chǎn)品，但是由于種種原因，在功能、性能、使用可靠行等反面都沒有達到令用戶滿意的程度?？梢哉f國內(nèi)起重機行業(yè)正在迫切呼喚符合國情、性能先進、功能完善、工作可靠的新型力矩限制器產(chǎn)品，用以滿足國內(nèi)的生產(chǎn)需求。 矩限制器技術(shù)概況以及發(fā)展趨勢 目前，國際上起重機制造行業(yè)主要有格魯夫、加藤、得瑪克、神戶和多田野等十幾家制造商，其產(chǎn)品占據(jù)國際市場的大部分份額。它們大都根據(jù)自買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 己的起重機產(chǎn)品研制并配套專用的力限器，考察這些產(chǎn)品 狀和趨勢。 早期力限器采用全機械式結(jié)構(gòu)，使用很多的齒輪、凸輪、行程開關(guān) 、電機等，通過這些機械部件的配合運動計算出載荷參數(shù)，并通過模擬指針表來顯示。這種機械式的采樣及計算、 顯示都較粗糙，而且功能單一，設(shè)計、制造、維護、調(diào)整難度都很多，壽命也較短。這種機械式的力限器已 被淘汰。 日本 帶吊的力限器是 70 年代末設(shè)計的產(chǎn)品，采用了大量的模擬電路對傳感器信號進行處理計算，仍用模擬表顯示，它相對機械式是個 大進步，但一定程度上仍存在精度低、設(shè)計維修難度大、 易損壞的問題 。 進入 80 年 代，隨著微處理器技術(shù)的迅速發(fā)展，力限器的設(shè)計水平步入了一個新臺階 。 如神戶 其它數(shù)字處理技術(shù)，通過 A/用軟件來完成復(fù)雜的技術(shù)工作，系統(tǒng)的集成度和精度都得到了很多的提高。而且通用性好，對于不同型號的同系列起重機，只需更改相應(yīng)的軟件參數(shù)和傳感器 t 程 。 具有系統(tǒng)自檢功能，當(dāng)系統(tǒng)硬件或工況設(shè)定出現(xiàn)問題時，能及時報替和顯示故障代碼。通常采用數(shù)碼管顯示，撥碼盤設(shè)定工況，手動電位器進行調(diào)節(jié)標定。 力限器作了進一步的改進，具有零點 記憶功能，當(dāng)顯示載荷零點變動時通過簡單操作即可記憶零點數(shù)據(jù)，及時調(diào)整。還可方便的記憶某工況下空載時不同幅度下的零點數(shù)據(jù) 。 經(jīng)過內(nèi)部處理分析，可減小摩擦等誤差因素對測量結(jié)果的影響。內(nèi)部電路更具合理性，采用開關(guān)技 術(shù)，提高了抗干擾及防護能力。采用新型高性能單片機及外圍芯片，性能更穩(wěn)定，功耗更低，系統(tǒng)集成度更高。 用點陣字符 示器，顯示信息兩大 ，強光下讀數(shù)清晰，而且功耗極低。具有各種英文提示，發(fā)生故障時可顯示故障內(nèi)容及處理方法。采用薄膜印刷面板，更加美觀且防水。通過薄膜輕觸按鍵進行工況參數(shù)的設(shè)定或操作一向輔助功能，操作靈活、方便。 國內(nèi)的力限器產(chǎn)品開發(fā)較早且有影響的有葛洲壩水電學(xué)院、北京電腦研究所和大連工程機械研究所。北京電腦所的產(chǎn)品完全仿照日本多田野公司的80年代產(chǎn)品。技術(shù)上缺少創(chuàng)新，而且實踐證明，質(zhì)量不穩(wěn)定，返修率較高。葛洲壩水電學(xué)院的力限器是自行研制的，但據(jù)用戶反映操作很不方便，在改裝情況下經(jīng)常達不到規(guī)定精度的要求，也存在故障高的問題，第一代產(chǎn)品己經(jīng)大批量生產(chǎn)并有良好的經(jīng)濟效益，需要在此 基礎(chǔ) 上開發(fā)更完善、性能更先進的第二代產(chǎn)品投入市 場 。 國內(nèi)其他的研究單位在力限器的開發(fā)上還沒有形買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 成一定的規(guī)模，無法參與市場競爭，據(jù)用戶反映，國內(nèi)產(chǎn)品的最主要問題是可靠性問題，在解決可靠性前提下還須提高整機性能及完善系統(tǒng)功能 。 縱觀機電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢和潮流，起重機機力限器的技術(shù)有以下的發(fā)展方向 : 1、在電路設(shè)計上采用最先進的計算機技術(shù)、電子技術(shù)和新年優(yōu)異的新型集成電路元氣件，提高整機集成度、電氣性能、抗干擾性和故障防護能力 。如采用開關(guān)電源技術(shù)，將電源的輸入與輸出進行隔離，有效防止高電壓脈沖對后續(xù)電路的影響，選用可自恢復(fù)的保險絲器件將系統(tǒng)電路分塊保護，當(dāng) 某一部分發(fā)生故障過電流時，自動切斷，故障解除后自動恢復(fù)，使用數(shù)字電位器免除機械嗓聲等 . 2、功能設(shè)計日趨完善，如具有超載記錄功能，當(dāng)發(fā)生超載時，自動記錄時間、日期、工況，以及工作參數(shù)等，可為事故分析和設(shè)備維護保養(yǎng)提供參考依據(jù) ，如重要液壓回路的溫度、油壓、 發(fā)動機工況等。雖然這些己超出了力限器的限制范圍，但這些參數(shù)也是使用者所關(guān)心的，這可以看作是力限器的外延 。 3、 改善人機接口，采用先進的顯示方式 (如 陣顯示器 )，增加顯示信息量，提示更直觀，使用聲音報告代替數(shù)字顯示提高人機交流的和 諧性， 設(shè)計更簡便的操作方式，具有靈活的在線動態(tài)標定功能，簡化調(diào)試、標定工作量。 4、性能進一步提高，具有吊重測量動態(tài)修正功能，減少起吊、擺動、 振蕩等對吊重測量精度的影響，考慮結(jié)構(gòu)變形、摩擦力誤差因素，建立更準確的數(shù)學(xué)模型和完善的標定方式，提高系統(tǒng)精度。 5、在電路設(shè)計上簡化器件的組成，實行模塊化、標準化設(shè)計，便于 系統(tǒng)的測試、維護和擴展，提高系統(tǒng)的開放性，實現(xiàn)產(chǎn)品的系列化生產(chǎn)。 程的主要 工作 ： 課題的基本目標是結(jié)合國內(nèi)外力限器的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，針對汽車式起重機，在已有的力矩限制器的基礎(chǔ)上，開發(fā)研制功能 齊備、技術(shù)先進、性能可靠的新一代起重機力矩限制器。 主要進行如下工作 : l、總體方案的研究 ； 2、語音開發(fā)設(shè)備的 初步 研究 ； 3、超載記錄黑匣子的 初步 研究 ； 4、系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計 : 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 5、樣機的調(diào)試 ： 本設(shè)計的創(chuàng)新點在于可以采用更廣的工況設(shè)定，應(yīng)用范圍十分的寬廣。不僅僅是使用與汽車起重機。 重點解決如下問題 : 1、 著眼于完善系統(tǒng)功能，提高系統(tǒng)性能和追求技術(shù)的先進性并兼顧經(jīng)濟性，在此基礎(chǔ)上提出新的總體方案并完成硬件電路的設(shè)計和系統(tǒng)軟件開發(fā) : 2、聲音是人類交流的最有效的手段，是人機接口追求的最高境界 ； 在系統(tǒng)中使 用聲音提示操作要點、報告工作狀況和運行參數(shù)，提高人機交流的友好性。 3、為便于事故分析和設(shè)備維護，設(shè)計黑匣子記錄模塊完整、準確的記錄超載工況。 4、系統(tǒng)功能的不斷增多導(dǎo)致系統(tǒng)電路的復(fù)雜性上升并影響系統(tǒng)的性能，嘗試簡化系統(tǒng)設(shè)計，提高系統(tǒng)的性能，提高系統(tǒng)設(shè)計的模塊化，便于系統(tǒng)的維護、擴展 。 5、力限器的工作條件惡劣，為保證長期正常工作，對系統(tǒng)的抗干擾性和可 靠性都有很高的要求。這就需要在系統(tǒng)的軟件編寫和硬件設(shè)計上采取許多必要 的手段和措施 。 本設(shè)計的優(yōu)點在于：結(jié)構(gòu)簡單緊湊、 成本低、 具有性價比高等特點。 決方案的選擇 基于所采用的中央處理器的不同，有兩種比較合適的系統(tǒng)總體解決方案，一種是以工業(yè)控制計算機 (核心，另一種是以 8 位或 16 位高性能的單片機為監(jiān)控核心，下面將對它們 的優(yōu)缺點分別討論 。 業(yè)控制計算機解決方案 工業(yè)控制計算機具有特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計，所用芯片經(jīng)過嚴格的質(zhì)量篩選，整個系統(tǒng)嚴密密封 ， 適用于惡劣的工作環(huán)境 ， 工作環(huán)境溫度可達 +80，平均無故障時間達 90,00000小時 ； 無論是硬件還是軟件，都具有優(yōu)良的開發(fā)環(huán)境，完備的開發(fā)手段 ，在升級換代方面更是易如反掌 ，如要增加內(nèi)存及硬盤的容量，則只要再插上內(nèi)存擴展條和更換大容量的硬盤即可，要增加模擬量輸入，開關(guān)量輸出，只要在擴展槽內(nèi)插入一塊相應(yīng)的卡即可 ； 工業(yè)控制計算機具有標準化的總線結(jié)構(gòu)，使其構(gòu)成的測控系統(tǒng)在應(yīng)用軟件方面具有無可比擬的兼容性。系統(tǒng)以工業(yè)控制計算機為核心，通過某種總線形式的接口板接收傳感器信號并輸出控制信號，顯示器和鍵盤均可采用工控機的標準配置 。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1、 優(yōu)點 : 利用工控機標準的體系結(jié)構(gòu)，通用的操作系統(tǒng)及豐富強大的應(yīng)用軟件開發(fā)環(huán)境，可以大大降低系統(tǒng)的開發(fā)時間，提高效率，特別是開發(fā)圖形漢字系統(tǒng)，對于工控機系統(tǒng)可 以說是隨手拈來，這令單片機 +點陣圖形顯示器系統(tǒng)望塵莫及 ； 另一方面由于工控機結(jié)構(gòu)標準，應(yīng)用廣泛，其自身就具有很高的可靠性，而單片機系統(tǒng)的可靠性保障則完全依賴于系統(tǒng)設(shè)計者，這不但加重了設(shè)計者的負擔(dān)，而且所設(shè)計出來的系統(tǒng)的可靠性如何，也令人存有疑問，其對設(shè)計者的能力及知識都有很高要求。 采用工控機系統(tǒng)可開發(fā)出漂亮美觀的圖形人機界面，這里系統(tǒng)對于實時性的要求不是很高，我們可以利用目前流行的商用操作系統(tǒng) 統(tǒng)是一個美觀漂亮的圖形化系統(tǒng)，而且有豐富的軟件開發(fā)工具，在它的基礎(chǔ)上開發(fā)一 套漢字化的圖形系統(tǒng)是很容易的，而且更可以開發(fā)出效果逼真的起重機工作過程全真動畫模擬。工控機系統(tǒng)一方面為我們帶來了性能優(yōu)異的監(jiān)控系統(tǒng)，另一方面更有豐富的資源儲備和極強的系統(tǒng)擴展能力，例如如果想要查詢該臺起重機的工作狀況和歷史信息紀錄，接上打印機打印出來或通過移動存儲設(shè)備 (如軟盤、 U 盤、移動硬盤等 )復(fù)制固然是很好很輕松的方法，但利用現(xiàn)在蓬勃發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，將工地的大型作業(yè)設(shè)備的工控機連成局域網(wǎng)，在中央監(jiān)視大廳，就可以直接察看了 ； 如果將其接入國際互聯(lián)網(wǎng)，那在世界各地都可以 查 看了。再如對于起重機控制系統(tǒng)的一體化 趨勢，正如上面提到的工控機系統(tǒng)完全能滿足要求 2、 缺點 : 此方案的主要缺點是所需費用較高，便攜性能差，再是開發(fā)技術(shù)難度較大。 所需解決的主要難題 : 工控機接口板的制作。工 用三總線的結(jié)構(gòu)形式，主機板通過擴展槽這種開放式的總線體系結(jié)構(gòu)與各種各樣外圍設(shè)備進行信息交換，總線的標準主要有 ， 需要選擇使用一種總線 (工業(yè)上一般使用 ，并根據(jù)該總線的機械及電氣標準制作其接口板。 工控機接口板驅(qū)動程序的開發(fā)。 密 性的考慮，對硬件設(shè) 備采取了屏蔽的策略，應(yīng)用程序?qū)τ布O(shè)備的訪問需要通過設(shè)備驅(qū)動程序，編制虛擬設(shè)備驅(qū)動程序是一項艱苦且繁瑣的工作。 片機解決方案 系統(tǒng)以高性能的八位或十六位單片機為監(jiān)控核心，通過大屏幕點陣式圖形液晶顯示器向操作者提供用漢字表述的起重機起升狀態(tài)信息及操作狀態(tài)買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 提示，并可以動畫模擬起重機工作過程，另外還需解決 A/電器輸出控制及操作鍵盤等功能模塊，是一個完整的、規(guī)模較大的單片機系統(tǒng)。 1、 優(yōu)點 : 相對于以工業(yè)控制計算機為核心的方案 ， 該方案的主要優(yōu)點為 : 單片機系統(tǒng)體積小，便攜性能好。功耗低 ，在芯 片上集成了更多的功能，如先進的模擬 /數(shù)字接口、數(shù)字處理功能以及靈巧電源功能等。而且隨著最新的亞微米 藝技術(shù)用于單片機，單片機的運算速度有了很大的提高，與 比較，速度上的差距越來越小 。 單片機技術(shù)日臻成熟，前人成功的開發(fā)經(jīng)驗可以大大縮短系統(tǒng)開發(fā)時間。 所需開發(fā)費用較低，技術(shù)難度也比前一方案低很多。 2、 缺點 : 該方案的最大缺點是系統(tǒng)的可擴展性與工控機方案比較不太理想。 所需解決的主要難題 : 系統(tǒng)的可擴展性 。 經(jīng)過分析比較，我們認為從市場的角度出發(fā)，給用戶提供的應(yīng)該是具有極高性價比的產(chǎn)品，在 實現(xiàn)基本功能的前提下要讓客戶承受的起，正是基于上述考慮，我們放棄了工控機的解決方案。而且如果在系統(tǒng)可擴展性上做一些文章的話，單片機解決方案是一個不錯的選擇。單片機以其高可靠性、高性能比，在工業(yè)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、智 能化儀器儀表、辦公自動化等諸多領(lǐng)域中得到了極為廣泛的應(yīng)用。 統(tǒng)可擴展行的探討 工業(yè)控制技術(shù)是當(dāng)今世界上發(fā)展速度較快的應(yīng)用技術(shù)之一，受其影響，工業(yè)控制系統(tǒng)的技術(shù)構(gòu)成很難保持長期穩(wěn)定不變。為了適應(yīng)不斷進步的技術(shù)，必須從結(jié)構(gòu)設(shè)計上保證其技術(shù)構(gòu)成的靈活性和可擴展性。面對日趨激烈的市場競爭，要求 我們的起重機力矩限制器必須能夠在需要的時候重新定義自己的目標，在功能上具有一定的靈活性和可擴充性。具體的說，當(dāng)用戶提出需要系統(tǒng)監(jiān)測更多的參數(shù)時，我們的系統(tǒng)能采取策略滿足要求。 我們針對系統(tǒng)可擴展性提出了兩種解決辦法并分析了適用場合 。 散式控制系統(tǒng)改進 傳統(tǒng)的基于單片機的集散式控制系統(tǒng) 把大量分散的單回路測控系統(tǒng)通過單片機進行集中統(tǒng)一管理，用各種 I/0功能模擬代替控制室儀表，利用單片機實現(xiàn)回路調(diào)節(jié)，工況連鎖，參數(shù)顯示，數(shù)據(jù)儲存等多種功 能。由于所有的工作都需要單片機來控制，這對于作為系統(tǒng)核心的單片機的性能提出了很高的要求。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 傳統(tǒng)的基于單片機的 是單片機自身的性能。隨著電子技術(shù)以及制造工藝技術(shù)的迅猛發(fā)展，各大單片機制造廠商紛紛推出集成度更高、功能更強大而且與舊有型號的單片機相兼容的新產(chǎn)品，以方便用戶順利升級，可以說單片機自身的性能還是有保證的 ；另一個則是單片機在系統(tǒng)內(nèi)是否已經(jīng)接近或達到滿負荷工作。如果是，那么需要系統(tǒng)添加額外功能時，單片機就不堪重負，難以完成任務(wù) ； 如果系統(tǒng)控制核心的負荷量太輕，不外乎是 兩種情況 :一是單片機的大材小用， 說明單片機的選型浪費， 這勢必造成不必要的成本開銷 ； 一是系統(tǒng)預(yù)留的功能太多，可能導(dǎo)致為實現(xiàn)這些功能而設(shè)計的接口器件占據(jù)了電路板上的太多位置，而導(dǎo)致系統(tǒng)的體積變得龐大起來。因此對于系統(tǒng)的總體方案設(shè)計人員提出了很高的要求，就是怎樣找到一個最佳的契合點既滿足系統(tǒng)的可擴展性，又兼顧了價格、系統(tǒng)體積因素等。 現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備與控制室之間的全數(shù)字式、開放的、雙向的通信網(wǎng)絡(luò)。它能夠使用一對簡單的雙絞線給現(xiàn)場設(shè)備供電，并傳輸現(xiàn)場設(shè)備與控制室之間的通信信號。現(xiàn)場總線 的節(jié)點是現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表，這些儀表都遵循統(tǒng)一的標準和規(guī)范，按照 系統(tǒng)化和開放性要求，實現(xiàn)數(shù)字化、智能化、標準化，并且增加遠距離操作和就地控制功能。 采用現(xiàn)場總線的最大優(yōu)點是可以大大節(jié) 約連接導(dǎo)線和維護費用。同時，現(xiàn)場總線能夠傳送多個過程變量。傳統(tǒng)的 4 20常稱為過程變量。而采用現(xiàn)場總線后，在傳輸變量過程的同時，儀表的標識符和簡單的診斷信息也可一并傳送 :數(shù)字信號的精確性是現(xiàn)場總線的又一個優(yōu)點，數(shù)字信號比 4 20此，可排除過去在模 /數(shù)轉(zhuǎn)換中產(chǎn)生的誤差。遠 程維護在采用數(shù)字通信和現(xiàn)場儀表后也將成為可能。由于現(xiàn)場總線是雙向的，因此能夠從中心控制室對現(xiàn)場智能儀表進行標定，調(diào)整及運行診斷，甚至可在故障發(fā)生前進行預(yù)測。 采用現(xiàn)場總線構(gòu)建系統(tǒng)當(dāng)需要擴展功能時，其主節(jié)點上的控制器 (相當(dāng)于 的核心控制器 )的任務(wù)量并沒有明顯增加，這一部分工作都被擴展到總線上的現(xiàn)場設(shè)備中的智能控制器所分擔(dān)了，主節(jié)點控制器起到的實際上是信息搜集、信息綜合和信息反饋的作用。因此當(dāng)系統(tǒng)擴展功能，主節(jié)點控制器負擔(dān)不重，系統(tǒng)的可擴展性主要取決于相應(yīng)現(xiàn)場總線的負載能力。 值得一提的是，掛接在現(xiàn)場總 線上的傳感器、執(zhí)行器等并不是普通的現(xiàn)場設(shè)備，它們都是有微處理器控制的智能現(xiàn)場設(shè)備，從這個意義上來說，智能現(xiàn)場設(shè)備的價格肯定是比普通現(xiàn)場設(shè)備貴一些。對于舊有系統(tǒng)改造，用戶買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 能否接受值得考慮。 現(xiàn)場總線發(fā)展至今，大大小小已有 40余種，每種現(xiàn)場總線技術(shù)基本都有其 自身的技術(shù)特點和傳統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域，如 于汽車工業(yè)， 時每一類現(xiàn)場總線技術(shù)均有國際上的大公司為背景和依托 。然而，在起重機領(lǐng)域尚未有關(guān)于制造商應(yīng)用某種現(xiàn)場總線于控制系統(tǒng)以及某傳感器制造商開發(fā)基于某種現(xiàn)場總線的起 重機相關(guān)的智能傳感器的報道。因此通過現(xiàn)場總線形式構(gòu)建的系統(tǒng)比較適合為各起重機制造商提供配套開發(fā)。至于具體選擇何種現(xiàn)場總線，自主性相對較大，推出的時間則越早越好，目的是力爭把自己的產(chǎn)品標準作為整個行業(yè)的標準 。買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 2 總體方案的設(shè)計 距限制器的原理 汽車式起重機工作時，在不同的仰角及臂桿長度下，對應(yīng)不同的工作幅度， 其額定的起重量是不同的。如果實際起重量小于額定起重量，起重機的工作是 安全的，否則會出現(xiàn)損壞起重機部件甚至翻車、斷臂等惡性事故。 根據(jù)取力方式的不同，可以通過多種方式確定某種工況和狀態(tài)下的 實際起重量。本系統(tǒng)采用了變幅油缸取力的方式，根據(jù)臂長、仰角、變幅油缸的主壓、背壓確定起重機的額定起重量和實際起重量。 以油缸取力的汽車式起重機力限器為例，如圖 2 圖 2起重機力矩限制器系統(tǒng)示意圖 1、微控制器系統(tǒng) 作為力矩限制器系統(tǒng)的核心，其主要功能為 : a實時對各路傳感器信號進行采樣，獲取起重機的變幅缸壓力、臂桿長度 和臂桿仰角等工作參數(shù)，經(jīng)過計算得出實際起重載荷和允許載荷及負荷率 ； 當(dāng)負荷率大于 90%時預(yù)報警，大于 100%時報警并進行強制控制，使起重機不能繼續(xù)向危險方向動作，如趴桿，伸臂，起升等 。 b通過 示和語音播報臂桿長度、臂桿角度、工作半徑和起升高度處理器系統(tǒng) 臂長傳感器 角度傳感器 壓力傳感器 1 壓力傳感器 2 鍵盤輸入 顯示面板 聲音輸出 控制輸出 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 等操作者關(guān)心的參數(shù)，提供友好的人機界面 :完成參數(shù)顯示和工況設(shè)置及調(diào)試標定等輔助功能。 c記錄超載狀況，為起重機的事故分析和設(shè)備維護提供參考。 d實現(xiàn)其它的功能 (如臂桿使伸出的順序控制 )，使起重機的工作符合某些工況下的特殊規(guī)定和安全要求 ； 2、壓力傳感器 通過檢測變幅油缸上下腔的油壓信號，以計算變幅油缸的推力。 3、臂長傳感器 通過頭部 固定在臂桿端部的拉線，將臂桿長度變化轉(zhuǎn)換為傳感器內(nèi)部測定元件角度的變化，以測定檢測臂桿的實際長度。 4、仰角傳感器 安裝在第一節(jié)臂桿上，由重錘帶動角度測定元件轉(zhuǎn)動，以檢測臂桿仰角。 5、連接電纜 將各傳感器及起重機上車控制盒與力限器主體相連。 矩限制器 的 工作流程 系統(tǒng)軟件流程如圖 2示。開機后首先進行硬件自檢，對內(nèi)存、掉電保護存儲器、各模擬量、開關(guān)量 I/O 口進行檢查，如果出現(xiàn)硬件故障，則以相應(yīng)代碼進行報警。硬件自檢通過后，程序以循環(huán)掃描的方式運行。首先讀取鍵盤參數(shù)、起重機結(jié)構(gòu) 參數(shù)以及各傳感器信號；然后由數(shù)據(jù)處理部分根據(jù)各個參數(shù)以及汽車起重機的數(shù)學(xué)模型進行計算處理，將計算得到的結(jié)果及相應(yīng)參數(shù)顯示在液晶顯示器上；最后判斷是否有報警，若有報警則進行相應(yīng)報警及制動保護 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 圖 2統(tǒng)軟件流程圖 本系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖 2為信號采集、數(shù)據(jù)處理、參數(shù)輸入及顯示、報警制動保護四個部分。 1、 信號采集部分負責(zé)采集模擬量信號和開關(guān)量信號。模擬量信號有長度傳感器信號、 角度傳感器、變幅油缸上 、 下腔油壓傳感器信號 ， 這些傳感器信號 均為 4 20過轉(zhuǎn)換 成為 0 4V 電壓信號后送到 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 量。 2、 數(shù)據(jù)處理部分的核心為單片機 模擬量及開關(guān)量信號經(jīng)過處理后送入單片機，結(jié)合汽車起重機的工作狀況和結(jié)構(gòu)參數(shù)， 算并顯示出起重機的臂長、仰角、載重、力矩百分比等參數(shù)；判斷是否有報警及制動保護信號，并作出相應(yīng)處理。 通過鍵盤輸入的各項參數(shù)也由 存入可掉電保存的 片 24 3、 參數(shù)輸入及顯示部分由 一個 個 4、 當(dāng)汽車起重機處于危險操作狀況時， 報警制動保護部分會為操作員提供聲光預(yù)警。當(dāng)情況緊急時，制動保護部分會強制停止危險操作，以保證買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 起重機的安全。 圖 2統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 矩限制器的數(shù)學(xué)模型 由于汽車起重機的機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，當(dāng)采用取上下油缸壓力差的方法測載荷時，數(shù)據(jù)處理需要結(jié)合起重機的數(shù)學(xué)模型進行，因此，只有建立適合起重機作業(yè)現(xiàn)場使用的準確簡潔的數(shù)學(xué)模型，才能既準確快速測量起重機的載荷，又能在調(diào)試時快速方便。 如圖 2示 升鋼絲繩切點， 起升鋼絲繩長度， 主臂鉸點到起升滑輪與鋼絲繩切點距離；角為主臂與水平面夾角，角為 T 為起升鋼絲繩拉力。 I/V I/V I/V I/V 示 盤輸入 報警 長度傳感器 角度傳感器 上腔油壓傳感器 下腔油壓傳感器 ， Q 號交流 401339828 或 11970985 圖 2由圖 2 c o s （ )c 設(shè) 1 2 c o 13 設(shè) (0，其中 k 為傳感器的信號電流與對應(yīng)量的比值， I 為下油缸 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 Q ( 0)(131201 掉鉤勻速運動一周。記錄各個角度下的3120 013 )( 131201 )( 33131201 )()( 其中)c 2)s i n(221 )c 2)s i n(c )11 1缸下鉸點 到 主臂 鉸點的水平距離 1缸下鉸 點到主臂鉸點的垂直距離 2缸上鉸點到主臂鉸點的水平距離 2缸上鉸點到主臂鉸點的垂直 距 矩限制器 的 調(diào)試 第一步：測量起重機各個結(jié)構(gòu)參數(shù)并輸入系統(tǒng)。 第二步：空載調(diào)試?？蛰d調(diào)試時，根據(jù)起重機性能表，在臂長固定在某一值的情況下使主臂不吊重物做勻速圓周運動，記錄下各個角度下的上下油買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 缸傳感器的空載電流差值。由于汽車起重機運行過程中臂長和仰角均是變化的，所以需記錄多節(jié)臂長下的空載電流值，中間臂長的空載電流值以線性插值 推得。 第三步：傳感器重量系數(shù) 重機起吊一標準重塊，在某一臂長和角度下記錄上下油缸傳感器的電流差值，然后根據(jù)公式 1算得重量系數(shù) k。 起重機運行過程中，系統(tǒng)根據(jù)測量到的臂長、仰角、上下油缸傳感器信號差值，結(jié)合公式 33131201 )()( 即可算 得所吊重的重量。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 3 系統(tǒng)硬件 方案的設(shè)計 統(tǒng)硬件設(shè)計概述 圖 3統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)原理圖 本著簡化系統(tǒng)組成、提高系統(tǒng)先進性與可靠性以及模塊化設(shè)計的原則，在 實現(xiàn)預(yù)定功能、滿足系統(tǒng)的要求的前提下，大量采用了串行接口的電路完成系統(tǒng)的功能要求 。 向通道的設(shè)計 前向通道是被測對象與測控系統(tǒng)的聯(lián)系通道，是原始參數(shù)輸入通道。它將 獲自傳感器的信號變換處理并以一定的方式傳送至 被測對象與單片機系統(tǒng)之間一座必不可少的橋梁。它主要有信號拾取電路、信號調(diào)節(jié)電路和信號變換電路等幾部分組成。 I/V I/V I/V I/V 示 盤輸入 報警 長度傳感器 角度傳感器 上腔油壓傳感器 下腔油壓傳感器 ， Q 號交流 401339828 或 11970985 圖 3統(tǒng)顯示操作面板 日期時間 聲音 實際吊重量 時間調(diào)整 切換 標定 確認 額定吊重量 最大起升高度 工作幅度 主臂仰角 主臂臂長 力矩百分比條形碼 電源 自檢 工況 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 號的拾取、變送 1、 臂長、 仰角信號的拾取、變送 圖 3度信號轉(zhuǎn)換機構(gòu)示意圖 圖 3度信號轉(zhuǎn)換機構(gòu)示意圖 如上圖 33仰角和臂長的轉(zhuǎn)換機構(gòu)示意圖。工作時，仰角的變化轉(zhuǎn)換成為電位器角度的變化 ； 臂桿伸縮通過拉線使卷線盤轉(zhuǎn)動，經(jīng)過齒輪減速到電位器軸上，臂桿長度的變化轉(zhuǎn)換為電位器的角度變化。角度傳感器實際使用量程為 0 90 ，長度傳感器的最大量程為 30米。角度和長度傳感器中的電位器信號如果通過長線直接傳送到主機，由于以微弱的電壓信號傳輸，容易收到外界電磁場的干擾，線路內(nèi)阻對精度也有影響。在本系統(tǒng)中，采用了 兩線變送方式，使用 4信號傳輸，變送示意圖 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 圖 3號變送示意圖 2、壓力 信號的拾取變送 壓力測量在工業(yè)、航空、航天、汽車、氣象、海洋、醫(yī)療等方面有大量的應(yīng)用，利用壓力可以測量液體、水的高度和壓力，可以測量血壓、氣體質(zhì)量和重量等參數(shù)。 壓力有絕對壓力，表壓力，負壓力（真空度）和差壓等多種。絕對壓力是指被測物體的單位面積上承受的全部作用力。地球表面承受大氣形成的壓力叫大氣壓力，絕對壓力與大氣壓力之差稱為表壓，工業(yè)上常用的壓力表就是用來測量表壓的。絕對壓力小于大氣壓力的值稱為負壓力（真 空度），常用真空表來測量。而二個壓力的差值為差壓。 壓力（又稱壓強）的單位是帕（ 1 帕 =1 牛 /米 2，常用千帕（ 兆帕（ 示，工業(yè)上使用的壓力單位有 Kg/ 種，它們之間的關(guān)系見表 3 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 表 3-1 利用被測壓力使金屬膜片之間的距離減少，電容量增加的原理制成的，其結(jié)構(gòu)如圖 3硅壓阻式壓力傳感器是利用的壓阻效應(yīng)制成的新型壓力 傳感器，在一塊單晶硅的基片上用擴散工藝制成的應(yīng)變元件，在應(yīng)變元件受到壓力的作用，引起電阻值產(chǎn)生變化，在型硅品片上形成四個阻值相等的電阻條，構(gòu)成一個惠斯電橋，特點是體積小，系數(shù)度高，測量范圍寬，精度高 。 圖 3文 壓力信號的獲取、變送使用了集成壓力傳感器模塊，它使用 940出 4 20用兩線變送方式。 單位 ) Kg/大氣壓 ) 05 0004 1 04 102 00 000 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 換 在實測 量和控制系統(tǒng)中常會遇到時間、數(shù)值都連續(xù)變化的物理量。這種連續(xù)變化的物理量，稱之為模擬量，例如溫度、壓力、流量等都屬于模擬量，與此對應(yīng)的電信號是 模擬電信號。顯然，模擬量要輸入到計算機，首先要經(jīng)過模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換（簡稱 A/D 轉(zhuǎn)換），計算機才能接受處理。實現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號轉(zhuǎn)換的設(shè)備稱 A/D 轉(zhuǎn)換器或 A/D 轉(zhuǎn)換器實際上是計算機的一個輸入設(shè)備 。 從各個傳感器獲得的信號經(jīng)調(diào)節(jié)后是 1 5擬量必須由 A/D 轉(zhuǎn)換成數(shù)字量， 能處理。 A/D 轉(zhuǎn)換電路種類很多，根據(jù)轉(zhuǎn)換原理可分為逐次逼近式、雙積分式、并行式、跟蹤比較式、串并式、電荷平衡式等。目前使用最多的是前三種。其中并行式 A/，其速度最快（轉(zhuǎn) 換速度在 2050間）價格也很高，一般用于高速度場合。逐次逼近式 A/度和價格上適中，是目前最常用的 A/積分 A/有精度高、抗干擾性好、價格低廉等優(yōu)點，但速度較慢，經(jīng)常用于速度要求不高的場合。 在 A/先搞清楚關(guān)于 A/D 轉(zhuǎn)換器的幾個指標量概念： 1、 分辨率 分辨率表示輸出數(shù)字量變化一個相鄰數(shù)碼所需輸入模擬電壓的變化量。轉(zhuǎn)換器的分辨率定義為滿刻度電壓與 2n 之比值，其中 n 為 A/D 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，例如一個 8 位 A/，若滿刻 度電壓為 5V，則能分辨率的最小電壓值為 5/28=20 2、 量化誤差 量化誤差是由于 A/化）而引起的誤差，量化誤差一般為 1/2數(shù)字量的最小有效位所表示的模擬量，提高分辨率可減少量化誤差