起重檢測控制器優(yōu)化設計與實現(xiàn)

程望斌 , 粟向軍, 肖 柳, 郭彩云, 符藝丹, 張松祥

(湖南理工學院 信息與通信工程學院, 湖南 岳陽 414006)

引言

現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展帶動了檢測與控制技術的日益更新[1], 建筑、機械、運輸?shù)刃袠I(yè)對起重檢測控制器的需求量不斷增大, 同時對起重檢測控制器的安全性和可靠性[2]也提出了更高的要求. 起重檢測控制器是一種通過檢測并顯示起吊物件重量, 當起重機械超負荷作業(yè)時能夠自動實現(xiàn)自我保護的電子裝置.

許多國家已明文規(guī)定所有橋式和門式起重機都要裝設超負荷限制器. 稱量裝置除了預防起重量超載以外, 還要保證記錄重量的準確性. 目前我國常用的起重檢測控制儀是由丹東市三友電器廠生產的, 包括電阻應變式傳感器網(wǎng)絡和微機控制顯示儀表兩部分, 其中傳感器系統(tǒng)包括電阻橋和信號放大兩部分, 用于起重機械的超載保護.

1 起重檢測控制器設計原理及特點

起重檢測控制器的基本原理: 起重機的載荷通過電阻應變式負荷傳感器進行檢測, 當起重機吊起重物后, 傳感器受壓產生與載荷成正比例的毫伏級電壓, 經(jīng)放大后變成伏特級的電壓信號, 再通過四芯電纜送入后級電路進行處理. 由于傳感器與后級PLC(Programmable Login Controller, 可編程控制器)[3,4]電路之間的連接電纜長度需要數(shù)十米,使用中發(fā)現(xiàn)存在如下問題: (1)工礦環(huán)境中的干擾問題. 使用環(huán)境中的強干擾使得傳感器輸出的電壓信號經(jīng)過電纜傳輸后的電壓有時出現(xiàn)劇烈波動, 從而引起后級電路出現(xiàn)誤判; (2)與后級電路的接口問題. 原傳感器使用的是6V±供電, 而實際應用項目中機柜供電是15V±, 需要變壓后饋電. 起重檢測控制器壓力傳感器部分實物圖如圖1所示.

起重檢測控制器的最大特點: 有效地同起重機械的具體結構形式相結合, 確保壓力傳感器和控制顯示儀表的使用不影響起重機的安全性. 起重檢測控制器主要由傳感器、控制顯示儀表兩部分組成, 其中傳感器用于檢測起吊物件重量, 控制顯示儀表則根據(jù)起吊重量進行判別,輸出相應的狀態(tài)控制信號. 傳感器的質量直接關系到控制儀的準確度、穩(wěn)定性及工作性能, 而傳感器現(xiàn)場應用的條件通常比實驗室條件復雜得多, 特別是在工業(yè)過程的計量和檢測中, 環(huán)境、溫度、濕度和大氣壓均會發(fā)生明顯的變化, 同時在安裝過程中也會發(fā)生過載、偏載或其它非正式載荷, 有時還會存在嚴重的粉塵和腐蝕性氣體, 這些因素均會帶來附加誤差, 若儀器缺少抗御能力, 實際使用的精度將大大降低, 有時甚至無法工作.

圖1 壓力傳感器實物圖

2 起重檢測控制器前置放大電路設計

為了減小信號在傳輸環(huán)境中的干擾, 我們把之前的電壓傳輸信號改為采用電流傳輸信號. 使用0～20mA的工業(yè)標準, 在對電阻橋輸出的毫伏級電壓進行放大之后, 變成伏特級的電壓, 再將其轉變成 0～20mA 的電流, 通過電纜傳輸. 同時增加二級穩(wěn)壓電路, 可以將通過電纜傳送過來的±15V電壓變成±6V電壓, 供給電阻應變式傳感器橋, 以保證傳感器橋供電的平穩(wěn)性. 前置放大電路框圖如圖 2所示.

3 起重檢測控制器顯示控制系統(tǒng)設計

起重控制器還具有起重顯示與超重自動控制功能[5]. 顯示控制框圖如圖3所示.

在圖3中, 系統(tǒng)設計與功能介紹如下:

(1)顯示功能

5位顯示(分別顯示重量的百、十、個、十分和百分位噸位(單位: 噸)), 需要5個LED數(shù)碼管; 用1片MC14489作為顯示驅動電路, 驅動5個LED數(shù)碼管顯示(采用動態(tài)掃描方式驅動共陰極LED數(shù)碼管).

(2)控制功能

① 清零. 按“清零鍵”, 數(shù)碼管顯示為“000.00”.

圖2 前置放大電路框圖

圖3 顯示控制系統(tǒng)框圖

② 復位. 按“復位鍵”可恢復通電啟動狀態(tài), 即顯示額定值. 一般用在“置零”無效和“死機”時.

(3)額定起重量設置

為了使用的需要和靈活性, 需對額定起重量進行重新設置. 用 3個四位的撥碼開關分別表示額定起重量的百、十、個位,理論上可以設置的額定起重量(量程)范圍:0～999(單位: 噸).

(4)起吊提示

加一個指示燈和繼電器, 提示有重物被吊起, 即已經(jīng)吊物時有專門提示.

(5)報警功能

① 預報警. 當起重量到達額定起重量的 90%時, 儀表發(fā)出預報警聲響, 預報警指示燈發(fā)亮, 以提醒操作人員注意.

② 超重報警. 當起重量到達額定起重量的105%時, 儀表發(fā)出與預報警聲響不同的超重報警聲響, 超重報警指示燈發(fā)亮.同時控制繼電器切斷起升電源, 阻止起重機繼續(xù)上升, 起到保護設備的作用.

圖4 主程序流程框圖

4 起重檢測控制器系統(tǒng)軟件設計

要實現(xiàn)新型起重控制器系統(tǒng)功能[6],除了硬件系統(tǒng)設計與實現(xiàn)外, 還需要進行程序設計. 主程序流程框圖如圖4所示.

5 結束語

隨著自動化控制技術的日益發(fā)展, 起重檢測控制器已由單一的稱量工具逐步演變成自動化生產中重要的組成部分, 向著自動化、智能化、集成化和信息化方向發(fā)展. 新的起重檢測控制器不僅要求具有起重顯示功能, 更需要有超重報警和控制功能, 能夠自動地進行自我保護.

[1]程望斌, 陳 進, 陳 新.新型無線感應技術在位置檢測中的應用[J].電子測量與儀器學報, 2010, 24(4): 379～384

[2]程望斌, 陳 進, 陳 新.感應無線技術研究及其在位置檢測中的應用[J].湖南理工學院學報, 2010, 23(4): 62～65

[3]熊學成.基于PLC的門式起重機地變頻調速控制系統(tǒng)[J]. 中國水運, 2008, 8(12): 135～136

[4]嚴向前, 王 箭, 迪禮拜爾, 等.PLC在25噸電動雙梁吊鉤橋式起重機電力拖拉系統(tǒng)中的應用[J].新疆石油天然氣, 2009, 5(1): 94～98

[5]李桂平, 張菲菠.淺談施工升降機起重量限制器[J].建筑機械化.2009, 19(8): 68～69

[6]羅洪生, 李洪應, 王英杰, 等.新型起重量限制器的應用[J]. 建筑機械化. 2009, 19(8): 70～71