起重機械安全監(jiān)控系統(tǒng)設計探討

朱朝平

摘要：起重機械在應用的過程中，錯誤的操作方式以及不恰當?shù)墓芾矶紩斐奢^為嚴重的后果，起重機械安全監(jiān)控系統(tǒng)在此時就顯得格外重要。本文先對起重機械的安全系統(tǒng)的總方案進行了介紹，然后對安全系統(tǒng)進行分析以及系統(tǒng)模型的建立進行闡述，最后對安全系統(tǒng)的具體實現(xiàn)加以說明。

關鍵詞：起重機械；安全監(jiān)控系統(tǒng)；多動態(tài)參數(shù)

所謂起重機械就是指用于垂直升降或者是水平移動重物的機電設備。根據(jù)國家質檢總局的頒布，起重機械主要分為：橋式起重機、門式起重機、塔式起重機等等。起重機械的使用在現(xiàn)在的工業(yè)生產(chǎn)以及建筑中都具有著十分重要的地位。如果出現(xiàn)起重機械使用不當?shù)默F(xiàn)象，就會造成十分嚴重的后果，輕則會使企業(yè)在經(jīng)濟上受到一定的損失，重則會傷及到人員的生命安全。所以，對于起重機械安全監(jiān)控系統(tǒng)的設計也就顯得格外重要。

一、起重機械安全監(jiān)控系統(tǒng)的總體設計方案

根據(jù)《起重機械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)》可以了解，在進行總方案設計的過程中要保證系統(tǒng)的總體精度要達到5%。同時把起重機械安全監(jiān)控系統(tǒng)分為三個部分，首先就是前置信號采集模塊，這一部分主要就是由RS485通信模塊、傳感器以及微傳感器構成，其主要作用就是對傳感器信號進行采集。又因為前置信號采集模塊具有遠距離傳輸以及增強傳感器信號抗干擾等能力，這就使得傳感器在傳輸?shù)倪^程中失真情況減弱，大大的提高了系統(tǒng)測量的準確度。然后是機載控制信號，這一部分主要是由微控制器、存儲模塊、無線通信模塊、顯示模塊等組成。機載控制信號主要是在起重機械的駕駛室內安裝，其主要作用就是對模塊信號進行采集、存儲、處理以及分析，并實現(xiàn)監(jiān)控的目的，所監(jiān)控到的結果會在顯示評上顯示，這樣就能夠做到遠程監(jiān)控。最后是起重機械動態(tài)穩(wěn)定分析，這一部分的主要作用是根據(jù)所監(jiān)控到的結果以及起重機械本身的參數(shù)來進行分析，并獲得相應時態(tài)的動態(tài)穩(wěn)定系數(shù)，這樣就能夠達到對起重機械平衡性進行分析的目的。

二、對安全監(jiān)控系統(tǒng)進行動態(tài)穩(wěn)定性分析并建立理論模型

（一）起重機械安全監(jiān)控系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定系數(shù)

所謂起重機械靜態(tài)穩(wěn)定就是指，只考慮起重機械的內部因素的作用，也就是自身重量與載荷，而不對其他外力進行考慮，例如風速、慣性等等。

（二）起重機械安全監(jiān)控系統(tǒng)的附加傾覆力矩

在起重機械安全監(jiān)控系統(tǒng)中，所謂的附加傾覆一般指的是：風力附加力矩、慣性附加力矩、變幅的影響以及向心力的影響。對于起重機械來說，在露天進行作業(yè)的情況時有發(fā)生，但工作時出現(xiàn)大風天氣就要對大風所帶的影響進行考慮。起重機械的本身體積就較大，當風載荷作用在起重機的機身、起重掉臂以及吊物上時，風向的不定時變化會對起重機械帶來不同的影響，會導致附加傾覆力矩的的產(chǎn)生。對于慣性附加力矩來說起重機械在進行運送重物的過程中，重物的會產(chǎn)生一定的慣性，這種慣性在一定程度上改變了傾覆力矩，使其在一定程度上有所增加。尤其是在起吊以及下制動的過程中，重物所產(chǎn)生的慣性較大，會影響起重機械的穩(wěn)定性。變幅影響就是起重機械在進行向上或是向下變幅的過程中，會對吊臂產(chǎn)生一個力，這個力會垂直作用在起重掉臂的端部，從而使傾覆力矩增加。向心力影響則是起重機械的變幅機構在做向心運動時，會產(chǎn)生一個向心力，而這個向心力會導致傾覆力矩的增加。

三、對安全監(jiān)控系統(tǒng)的設計及實現(xiàn)

（一）對安全監(jiān)控系統(tǒng)的硬件結構設計

在實現(xiàn)對安全監(jiān)控的硬件結構的設計中，主要分為兩個部分，首先就是對信號采集模塊的設計。對于起重機械來說，應該注意的問題就是信號在傳輸?shù)倪^程中會產(chǎn)生失真或者缺失。因為對于起重設備來說，在產(chǎn)生可傳感器信號之后要經(jīng)過一段長距離的傳輸，這樣就會造成剛剛所訴的那種情況。所以，在監(jiān)制點附近要安放一個采集模塊。眾所周知，模擬信號與數(shù)字信號相比較之下來說，沒有數(shù)字信號的一些不易失真、抗噪能力強等一些特點，所以在進行傳輸?shù)倪^程中，首先把模擬線號轉變?yōu)閿?shù)字信號，再輸入到微控制器中進行相應的處理。具有然后是對機載控制器模塊的設計，機載控制器的主要作用就是將其安裝在控制室內，接受所采集的信號，并對這些數(shù)據(jù)進行相應的計算和處理。對于微控制器來說，應該使用Cortext-M3內核的STM32F103VET6單片機，因為這樣才能夠更好的保證其數(shù)據(jù)處理的能力以及滿足計算和儲存等其他方面的要求。

（二）對安全監(jiān)控系統(tǒng)的軟件結構設計

對于安全監(jiān)控系統(tǒng)的軟件結構設計也主要分為兩個部分，首先是對主程序的設計，主程序主要是對數(shù)據(jù)進行接受，并將其進行發(fā)送，使數(shù)據(jù)能夠與顯示器做到同步。然后是穩(wěn)定性分析，主要作用就是對傳輸過來的數(shù)據(jù)進行計算。

（三）以門式起重機械為例，對系統(tǒng)設計進行闡述

在進行系統(tǒng)設計的過程中，主要是以編碼器、傳感器、實時數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)查詢以及報警處理著幾方面構成。在對于編碼器進行使用的過程中，系統(tǒng)主要是對兩個相差為90度相位差的通用性螺旋編碼器進行使用。編碼器在工作時，主要是將其連接到電機主動輪上。編碼器所采用的為NPN型集電極電路輸出，工作的電源DC12-24V，并且其分辨率為500線。傳感器是一種分辨率為12位二進制、11為二進制的輸入適配器，能夠有效的實現(xiàn)對指定電流或電壓的輸入。例如，當系統(tǒng)所用的風速與張力的傳感器均為4-20mA的電流信號時，風力傳感在4-20mA時，所對應的風速為0-30m/s，在傳感器中，4-20mA的電流與PLC中的D8261的0-4000所對應，所以在將數(shù)據(jù)傳給D1時，可利用D1*30/4000來對其計算。在進行實時數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)查詢過程時，主要是通過昆侖通態(tài)觸摸屏來進行實現(xiàn)，利用實時曲線能夠對信號進行實時顯示，通過歷史曲線能夠對之前的數(shù)據(jù)進行查詢。在報警處理過程中，主要是對所收集到的參數(shù)進行分析，得到安全參數(shù)后，再采取相應的措施，這樣就能夠更好的對事故進行排查。并且報警處理系統(tǒng)能夠防止碰撞事件的發(fā)生，當有車進入到吊具前方時，系統(tǒng)會進行報警，并實現(xiàn)對小車限速10%運行。

四、結語

綜上所述，在起重機械的安全監(jiān)控系統(tǒng)設計中，控制器能夠實現(xiàn)對項目進行實時監(jiān)控，如果發(fā)生意外情況，控制器能夠實現(xiàn)對控制電路進行切斷的功能。對于穩(wěn)定性而言，安全系統(tǒng)也是能夠實現(xiàn)對參數(shù)的監(jiān)控，保證起重機械安全穩(wěn)定的進行工作。現(xiàn)在社會經(jīng)濟發(fā)展的如此之快，工業(yè)也在不斷進步，各種大型起重機械的應用也讓人們認識到了起重機械安全監(jiān)控系統(tǒng)的重要性。只有在保證安全的前提下不斷的發(fā)展經(jīng)濟，國家才會變得更加的繁榮昌盛。

參考文獻：

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