基于信息融合的塔機運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

 

    關鍵詞：塔式起重機信息融合單片機狀態(tài)監(jiān)測

 

    目前在國產塔機上僅配置了力矩限制器、位置限制、速度限制器等裝置，其原理是當被監(jiān)測參數超過某限制值時斷電報警，實際上是一種安全保護裝置，其缺點是：

 

    （1）不能實進監(jiān)測塔機的運行參數，因而不能將塔機的運行狀態(tài)及進顯示給司機，以便及時調整。

 

    （2）運行參數的監(jiān)測基一是單獨進行，不能在計算機統(tǒng)一管理下對諸多參數實施同步監(jiān)測，協(xié)調處理，綜合判斷。

 

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

 

    多傳感器信息融合是80年代國外軍事和機器人領域率先提出來的一項高新技術，其基本原理是充分利用多個傳感器資源，對觀測到的有關同一目標的信息進行合理支配和使用，把多個傳感器在空間或時間上的冗余或互補信息依據某種準則進行組合，以獲得對被觀測目標的綜合的最佳估計。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：

 

    （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）能獲得單個傳感器無法感知的特征信息。

 

    我們針對目前國內塔機運行參數監(jiān)測儀器的不足，并考慮到塔機運行狀態(tài)的識別以及故障診斷的需要，利用了塔機的結構特點，在不改變塔機結構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技術的塔機運行關態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。

 

    1系統(tǒng)組成

 

    圖1是自繁榮昌盛式塔機的結構簡圖，塔機工作時的運行部分主要有起升機構1（見圖2），回轉機構2（見圖3）和小車變幅機構3（見圖4）。

 

    圖2起升機構

 

    1.電動機2.聯軸器3.制動器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轉換成電信號后送到A/D轉換器與單片機接口（見圖5）；導向輪11的轉角變化能反映起重物G的起吊位置和速度，光電傳感器10能將導向輪11的轉角變化檢測出來并轉換成電信號送到單片機INT0引角（見圖5）。

 

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

 

    1.電動機2.制動器3.少齒行星傳動減速器4.小齒輪5.回轉支承裝置6.電渦流傳感器

 

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

 

    1.起升卷揚2.塔機吊臂3.電渦流傳感器4.小車牽引卷揚5.變幅小車6.吊臂復桿

 

    2系統(tǒng)工作原理

 

    2.1起重理G檢測

 

    將拉力傳感器串接在定滑輪吊繩固定端的適當位置，由動態(tài)應變儀交吊重轉換為電壓信號，然后由A/D轉換器進行轉換，從而測量起吊的重量，當重量超過額定置時，保護裝置動作并發(fā)出報警信號。

 

    2.2變幅小車位置L及瞬間速度V1檢測

 

    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。小車運行時，當電渦流傳感器經過腹桿時會產生一負脈沖，通過對脈沖進行計數及任意兩個脈沖之間的時間差進行定進，可計算出小車的瞬時位置及速度（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與89C52的INT1相連，對該引角上的脈沖進行計數，可獲得小車通過腹桿的個數，由T1引腳對任意兩個脈沖的時間間隔進行定時，可檢測出小車經過兩個腹桿所用的時間，由P1.4、P1.5引腳檢測小車向前有向后運動。當小車速度超過最大允許值時，保護裝置動作，并發(fā)出報警信號。

 

    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——脈沖個數，S——兩腹桿間的距離，Δt——兩個脈沖間的時間距離。

 

    2.3吊重位置H及速度V2檢測

 

    將圖2中導向輪軸上安裝一圓盤，在圓盤上加工出若干個小孔，光電傳感器與圓盤垂直，當塔機起長時，每當小孔轉到與傳感器相對的位置，都會產生一個脈沖。由脈沖的個數及任意兩個脈沖之間的時間間隔，可計算出起升位置及速度。當起升速度超限時，保護裝置動作并發(fā)出報警信號。檢測進，由P1.1、P1.2檢測重物運動方向，由INT0檢測脈沖個數，由T0對任意兩個脈沖的時間間隔進行定時，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——每經過一個脈沖重物運動的距離起吊速度V2=(H1-H0)/Δt式中Δt——兩個脈沖間的時間間隔。

 

    2.4動態(tài)力矩M檢測

 

    當小車的位置及吊重檢測出來后，運行時的力矩為M=L×G。

 

    將運行時的動態(tài)力矩實進地顯示給司機，并與該位置時的額定力矩相比較，可控制小車的運動。當力矩超限時保護裝置動作，并發(fā)出報警信號。

 

    2.5塔機回轉角度α、回轉速度V3檢測

 

    在回轉機構的小齒輪上安裝一電渦傳感器，塔機回轉時，小齒輪每轉過一個齒都會產生一個脈沖，通過對脈沖計數及任意兩個脈沖時間間隔進行定時，可計算出塔臂回轉角度和速度。當回轉速度超限時，保護裝置動作，并發(fā)出報警信號。

 

    由P1.3、P1.7檢測塔機的回轉方向，由P3.0對脈沖進行計數要可得到回轉角度，由T2對脈沖之間的時間間隔進行定時，可計算出回轉的速度。

 

    回轉角度α1=α0±n×β，回轉速度V3=(α1-α0）×r/Δt

 

    式中α1——本次回轉角度，α0——上次回轉角度，n——回轉齒數，β——每回轉一齒對就的角度，r——回轉半徑。

 

    3基于多參數信息狀態(tài)的監(jiān)測原理

 

    我們研制的監(jiān)測系統(tǒng)是一種電子顯示監(jiān)測系統(tǒng)是一種電子顯示監(jiān)近系統(tǒng)，客觀存在通過塔機實際工作時所產生的信號和預先儲存的安全工作數值進行比較，達到報警保護目的。如圖6所示，塔機要作時，當起重量，工作幅度，小車運行速度等參數接近安全工作數值時，系統(tǒng)發(fā)出報警信號，正常工作時，安不斷地在司機室顯示上述各項監(jiān)測數值。

 

    4結語

 

    本系統(tǒng)已完成試驗開發(fā)階段，正時一步完善，推向實用，它的主要特點是：

 

    （1）能在一個顯示屏上隨時監(jiān)測到反映塔機運行狀態(tài)的多種運行參數：起重量，起重力矩，起升速度及位置，小車變幅位置及速度，塔臂回轉角度及速度等。

 

    （2）當被監(jiān)測參數超過設定限值時，可報警或斷電停機；并能自動記錄起重朵出現意外的運行參數狀態(tài)。

 

    （3）在此監(jiān)測系統(tǒng)上可以開發(fā)塔機故障診斷及運行管理軟件包。

 

    （4）利用信息融合技術，將各種監(jiān)測參數融合后，可以實現；空間定位，運行狀態(tài)識別及安全保護，典型故障診斷等先進技術。