智能起重機(jī)超載限制器

張 盛，王亞妮，艾鋮杰，李星燕

（1.硅湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 昆山 215332；2.成都宏天電傳工程有限公司，四川 成都 610036；3.榆林市供電公司，陜西 榆林 719000；4.天水電氣傳動(dòng)研究所有限責(zé)任公司，甘肅 天水 741020）

1 引言

近年來(lái)，工礦企業(yè)、施工現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常發(fā)生工傷事故，其中有很多是由于起重機(jī)和行車引起的燒毀電機(jī)、鋼繩裂斷等事故，因而對(duì)起重機(jī)和行車加裝超載限制器勢(shì)在必行。

智能起重機(jī)超載限制器主要用于對(duì)工礦企業(yè)和施工現(xiàn)場(chǎng)的起重機(jī)、行車進(jìn)行超載限制，它能有效地進(jìn)行勞動(dòng)保護(hù)，避免工傷事故的發(fā)生。

當(dāng)起重機(jī)超載限制器工作時(shí)，若起重機(jī)承受物體在額定值的90%以內(nèi)，則該限制器能顯示物體的實(shí)際重量；若物體的重量超過(guò)額定值的90%但在105%以內(nèi)，該限制器在顯示重物實(shí)際重量的同時(shí)發(fā)出聲光預(yù)警信號(hào)；若物體的重量達(dá)到或超過(guò)額定值的105%，該限制器將發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)自動(dòng)切斷起重機(jī)電源。該限制器還能自動(dòng)記錄超載次數(shù)，供勞動(dòng)部門檢查。

2 總體方案

根據(jù)上述介紹的工作原理和技術(shù)要求，可知該應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)典型的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集的對(duì)象是一路壓力（拉力），故選用壓力（拉力）傳感器進(jìn)行物理量的測(cè)量，控制對(duì)象是斷電及報(bào)警裝置，故選用繼電器及聲響電路進(jìn)行斷電及報(bào)警。

2.1 硬件設(shè)計(jì)

硬件電路如圖1所示，模擬信號(hào)放大部分選用運(yùn)算放大器OP07，A／D轉(zhuǎn)換器選用 MC14433，系統(tǒng)主機(jī)選用8031單片機(jī)，擴(kuò)充一片程序存儲(chǔ)器2716，地址及數(shù)據(jù)鎖存器選用74LS373，4線－7線譯碼器選用4511，驅(qū)動(dòng)器選用MC1413，基準(zhǔn)電壓源選用MC1403，數(shù)碼顯示部分選用BS212共陰數(shù)碼管，音響部分選用KD9561。

硬件系統(tǒng)上電工作后，由壓力（拉力）傳感器來(lái)的微弱電信號(hào)經(jīng)OP07放大后送到MC14433進(jìn)行A／D變換，MC14433送出的4位8421BCD碼及4位選通信號(hào)一起送到8031單片機(jī)的P1口，8031根據(jù)P1口來(lái)的信號(hào)進(jìn)行處理判別后送4511和MC 1413譯碼驅(qū)動(dòng)顯示。若采集到的物重達(dá)到或超過(guò)額定值的90%，則P3.0送出低電平驅(qū)動(dòng)聲光預(yù)警電路。若采集到的物重達(dá)到或超過(guò)額定值的105%，超載計(jì)數(shù)單元加1，由P3.1送出低電平，驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路，并由繼電器切斷起重機(jī)電源。硬件部分還設(shè)計(jì)了一個(gè)掉電保護(hù)電路，當(dāng)80C31系統(tǒng)的電源出現(xiàn)意外下降情況突然下降或消失時(shí)，可由掉電保護(hù)電路保護(hù)80C31內(nèi)存單元的內(nèi)容。

圖1 硬件電路圖

2.2 程序設(shè)計(jì)

根據(jù)前面介紹的工作原理和技術(shù)指標(biāo)，在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)之前，首先應(yīng)根據(jù)工作流程給出系統(tǒng)流程，如圖2所示。系統(tǒng)各段主要程序簡(jiǎn)介如下（以初始化程序?yàn)槔?/p>

2.2.1 初始化程序

初始化程序主要用于來(lái)確定堆棧、程序狀態(tài)字、對(duì)存儲(chǔ)單元清0、讓數(shù)碼管閃爍顯示全0十次。

圖2 系統(tǒng)流程圖

2.2.2 數(shù)據(jù)采集子程序

起重機(jī)在實(shí)際工作前，超載限制器應(yīng)先檢測(cè)出起重機(jī)掛鉤、承重繩等物體的重量，稱它為自重。當(dāng)起重機(jī)實(shí)際起吊重物時(shí)，檢測(cè)到的重量稱為毛重。物體的實(shí)際重量等于毛重減去自重。

2.2.3 自重值顯示程序

系統(tǒng)開(kāi)機(jī)工作后，首先調(diào)用數(shù)據(jù)采集子程序，獲得自重值，然后分別將它們送到27H和28H單元。自重值顯示程序是從27H單元和28H單元中提取千、百、十、個(gè)位值，再配上選通位后從數(shù)據(jù)總線輸出。為了能看到延續(xù)一定時(shí)間的自重值顯示，程序中應(yīng)使顯示部分循環(huán)一定的次數(shù)，并將每一位的顯示時(shí)間適當(dāng)延長(zhǎng)。

2.2.4 采集毛重程序

由于起重機(jī)或行車在吊起重物時(shí)存在一定的加速度，這會(huì)影響傳感器測(cè)得信號(hào)值的正確性。因此，在程序執(zhí)行完自重測(cè)量和顯示后，延時(shí)0.5s后再進(jìn)行毛重測(cè)量。同時(shí)采用兩次采樣，采樣間隔約0.5s。如果相隔0.5s的兩次采樣值的高2位相等，則表明測(cè)量值沒(méi)有受到加速度的影響，為正常值；否則，放棄第一次采樣值，并再進(jìn)行一次采樣比較，直到兩次采樣值相等為止。

2.2.5 預(yù)警或報(bào)警程序的判斷

在執(zhí)行該程序之前，在中斷服務(wù)程序中已將毛重值減去自重值，并將物體實(shí)際重量的千位、百位存于21H單元，十位和個(gè)位存于22H單元。該程序首先判斷物體重量是否達(dá)到或超過(guò)額定值的90%，如果達(dá)到或超過(guò)這一限值，預(yù)警黃燈亮，并使音響電路發(fā)出鳴叫。其次判斷物體重量是否達(dá)到或超過(guò)額定值的105%，如果超過(guò)這一限值，報(bào)警紅燈亮，并由音響電路發(fā)出報(bào)警聲，數(shù)碼管顯示當(dāng)前物體重量并不在變化，超載計(jì)數(shù)單元內(nèi)容加1。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上軟硬件設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)起重機(jī)超載限制的智能控制，可以大大降低事故的發(fā)生率。對(duì)工礦、建筑等行業(yè)的安全生產(chǎn)具有重要作用。另外，不僅是工礦工作中有起重機(jī)超載這樣的安全隱患，在交通方面也有很多超載示例，如司機(jī)為了自身利益，不顧自己和他人的安全，嚴(yán)重超載。所以起重機(jī)超載限制器，只需稍做修改，即可應(yīng)用到交通運(yùn)輸行業(yè)。

［1］何 雄.JSP網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)［M］.北京：人民郵電出版社，2000.

［2］李 華.MCS－51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1993.