單片機(jī)在臂架型起重機(jī)力矩限制器上的應(yīng)用

 

關(guān)鍵固：?jiǎn)纹瑱C(jī)起重機(jī)力矩限制器智能化起重機(jī)作為大型起重運(yùn)輸機(jī)械，操作不當(dāng)或超載，容易引起翻車、折臂等嚴(yán)重后果，國(guó)家規(guī)定對(duì)于16t以上的起重機(jī)要求安裝安全保護(hù)設(shè)備。臂架型起重機(jī)力矩限制器實(shí)時(shí)測(cè)量起重機(jī)的起重量、臂桿的長(zhǎng)度、臂桿轉(zhuǎn)過(guò)的角度等參數(shù)，由程序控制起重作業(yè)，進(jìn)行報(bào)警或強(qiáng)制停機(jī)。國(guó)外先進(jìn)的力矩限制器運(yùn)用模糊控制和專家系統(tǒng)，通過(guò)設(shè)置工作程序，自動(dòng)芫成起重作業(yè)，并且能對(duì)起重機(jī)械進(jìn)行全方位的監(jiān)控，但維護(hù)保養(yǎng)比較困難，并且與我國(guó)目前的起重機(jī)配套較困難。本文在研究國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有力矩限制器的基礎(chǔ)上，充分利用電子技術(shù)、傳感測(cè)試技術(shù)等方面的成果，運(yùn)用16位單片機(jī)80C196KC，研制了一種具有智能化的臂架型起重機(jī)力矩限制器，能夠?qū)崟r(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)、計(jì)算起重力矩，當(dāng)實(shí)測(cè)起重力矩達(dá)到設(shè)定起重力矩時(shí)，通過(guò)監(jiān)控力矩開(kāi)關(guān)信號(hào)，判斷力矩是否繼續(xù)增加，自動(dòng)控制起重機(jī)的液壓系統(tǒng)。所研制的臂架型起重機(jī)力矩限制器在某一型號(hào)的16t起重機(jī)上試用，滿足了起重作業(yè)安全保護(hù)的要求。

 

單片機(jī)16MHz晶振，有很高的操作速度和數(shù)據(jù)吞吐能力，內(nèi)部RAM488B，有24b的專用寄存器，CPU的操作直接面向256b的專用寄存器；80C196KC內(nèi)有一個(gè)逐次逼近型的A/D轉(zhuǎn)換器，共有8個(gè)輸入通道。

 

其輸入引腳ACH0ACH7與P0.0P0.7共享。內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器8b/10b可調(diào)，自帶采樣、保持電路，這樣減少了外圍電路，也減少了干擾和干擾源，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾性，并且縮小了控制板的尺寸，在本系統(tǒng)中采用10b轉(zhuǎn)換方式。該限制器80C196KC單片機(jī)采用8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線，其主要作用是采集傳感器信號(hào)、倍率設(shè)定值、數(shù)字輸入信號(hào)，按起重性能曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，輸出控制信號(hào)。

 

2工作原理當(dāng)實(shí)測(cè)起重力矩小于其相應(yīng)工況下的額定起重力矩時(shí)，起重機(jī)作業(yè)正常進(jìn)行；當(dāng)實(shí)測(cè)起重力矩達(dá)到其相應(yīng)工況下的額定起重力矩的90%時(shí)，報(bào)警裝置顯示黃色報(bào)警信號(hào)，開(kāi)始預(yù)報(bào)警；當(dāng)實(shí)測(cè)起重力矩等于或大于其相應(yīng)工況下的額定起重力矩時(shí)，力矩限制器保存實(shí)測(cè)起重量、臂桿長(zhǎng)度、臂桿轉(zhuǎn)過(guò)的角度、工作幅度以及當(dāng)前時(shí)間等超載數(shù)據(jù)，報(bào)警裝置顯示紅色報(bào)警信號(hào)，同時(shí)控制蜂鳴器打開(kāi)，以聲音報(bào)警。

 

當(dāng)實(shí)測(cè)起重力矩達(dá)到其相應(yīng)工況下的額定起重力矩，通過(guò)監(jiān)控力矩開(kāi)關(guān)信號(hào)，判斷力矩是否繼續(xù)增加，如果實(shí)測(cè)起重力矩向增加的方向運(yùn)動(dòng)，力矩限制器輸出控制信號(hào)控制起重機(jī)的液壓系統(tǒng)，自動(dòng)停止起重機(jī)作業(yè)；如果實(shí)測(cè)起重力矩向減少的方向運(yùn)動(dòng)，力矩限制器輸出控制信號(hào)控制起重機(jī)的液壓系統(tǒng)，起重機(jī)繼續(xù)作業(yè)。

 

該力矩限制器系統(tǒng)如所示，主要包拮16等。

 

接口電路單元由80C196KC單片機(jī)及外圍擴(kuò)展電路構(gòu)成，用來(lái)將采集的傳感器信號(hào)、倍率設(shè)定值和數(shù)字輸入信號(hào)，按起重性能曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，記錄違章數(shù)據(jù)，輸出控制信號(hào)。為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾性，設(shè)計(jì)了輸入控制模塊的接口電路、輸出控制模塊的接口電路及液晶顯示模塊接口電路。

 

80C196KC單片機(jī)內(nèi)部無(wú)ROM，因此擴(kuò)充（32KX8位）的EPROM程序存儲(chǔ)器芯片27256.部分接口電路單元電路見(jiàn)。

 

時(shí)鐘芯片DS12887內(nèi)置可充電的鋰電池，內(nèi)部信息碰單元碰厲蝴輸出控制單元單牌鵬元元充電電路能自動(dòng)對(duì)鋰電池充電，正常工作時(shí)保證時(shí)鐘數(shù)據(jù)10年內(nèi)不會(huì)失，內(nèi)部有114b的RAM；時(shí)鐘芯片在首次使用前必須初始化。

 

當(dāng)力矩限制器監(jiān)測(cè)實(shí)測(cè)起重力達(dá)到設(shè)定起重力矩時(shí)，80C196KC將超載作業(yè)的工作參數(shù)以及當(dāng)前時(shí)間存儲(chǔ)在DS12887內(nèi)部的RAM，114b的RAM能夠保存8次超載作業(yè)的工作參數(shù)以及當(dāng)前時(shí)間數(shù)據(jù)，其中實(shí)測(cè)起重量、臂桿長(zhǎng)度、臂桿轉(zhuǎn)過(guò)的角度和工作幅度，以及所對(duì)應(yīng)的時(shí)間數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)時(shí)按照整型類型16位）保存，時(shí)間數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)時(shí)按照字符類里8位）保存。

 

力矩限制器采用4組液晶顯示單元，在起重作業(yè)過(guò)程中分別用來(lái)顯示實(shí)測(cè)起重力矩、臂桿長(zhǎng)度、臂桿轉(zhuǎn)過(guò)的角度和工作幅度；檢查超載數(shù)據(jù)時(shí)，采用鍵盤中斷的方式，將存儲(chǔ)在DS12887內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)輸出到液晶顯示單元，超載作業(yè)的時(shí)間數(shù)據(jù)先在液晶顯示單元上顯示，然后顯示超載作業(yè)的工作參數(shù)數(shù)據(jù)。液晶模塊選用北京青云公司生產(chǎn)的通用儀器儀表液晶顯示模塊LCM045A，3線串口與單片機(jī)80C196KC連接，工作電壓為2752V，功耗低，工作溫度為-10C~60C，穩(wěn)定可靠，視角對(duì)比度可調(diào)，液晶模塊顯示清楚。

 

單片機(jī)輸出控制信號(hào)軟件設(shè)計(jì)是力矩限制器的重要內(nèi)容之一，采用C語(yǔ)言進(jìn)行模塊化軟件設(shè)計(jì)，軟件功能模塊有自檢及初始化模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、顯示控制模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、輸出控制模塊和鍵盤控制模塊。

 

程序運(yùn)行時(shí)，力矩限制器首先進(jìn)行程序自檢及初始化，然后對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在LCD上；如果實(shí)測(cè)起重力矩超載，軟件會(huì)根據(jù)所采集的信息，輸出聲音報(bào)警或光報(bào)警或強(qiáng)制停機(jī)等信號(hào)；軟件具有記錄超載數(shù)據(jù)的功能。

 

為保證力矩限制器的正常工作，設(shè)計(jì)故障自我診斷模塊，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)以代碼的形式在LCD上顯示。

 

41A/D轉(zhuǎn)換子程序模塊80C196KC可以同時(shí)引入8個(gè)不同的模擬量，A/D命令寄存器ADCOMMAND規(guī)定單片機(jī)模擬量輸入通道號(hào)、A/D轉(zhuǎn)換的位數(shù)10位或8位）以及啟一8微機(jī)應(yīng)用與智能化動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換的方式；轉(zhuǎn)換的結(jié)果存放在A/D結(jié)果寄存器內(nèi)ADRESULT，因?yàn)橹灰獑?dòng)一次A/D轉(zhuǎn)換，A/D的結(jié)果便被清零，因此，存放于A/D結(jié)果寄存器的某一次A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果必須及時(shí)轉(zhuǎn)移。

 

A/D轉(zhuǎn)換的計(jì)算公式：考電壓。

 

A/D轉(zhuǎn)換子程序的程序流程圖如所示。

 

4.2輸出控制模塊三極管放大后控制電磁閥導(dǎo)通或截止，電磁閥作為開(kāi)關(guān)裝置串聯(lián)在起重機(jī)液壓系統(tǒng)的電磁液動(dòng)閥上。當(dāng)實(shí)測(cè)起重力矩等于或大于其相應(yīng)工況下的額定起重力矩，查詢監(jiān)控力矩開(kāi)關(guān)信號(hào)，如果實(shí)測(cè)起重力矩向增加的方向運(yùn)動(dòng)，力矩限制器輸出信號(hào)控制電磁閥導(dǎo)通，因此起重機(jī)的液壓系統(tǒng)的電磁液動(dòng)閥卸荷，自動(dòng)停止起重作業(yè)；如果實(shí)測(cè)起重力矩向減少的方向運(yùn)動(dòng)，力矩限制器輸出信號(hào)控制起重機(jī)繼續(xù)作業(yè)。

 

43鍵盤中斷模塊鍵盤中斷模塊芫成人機(jī)交互功能，當(dāng)操作人員按下鍵盤時(shí)，能夠在液晶顯示單元上顯示所需要的信息。存儲(chǔ)在時(shí)鐘芯片DS12887的超載數(shù)據(jù)，通過(guò)中斷的方式，能在任何時(shí)刻，從指定的液晶顯示單元上顯示數(shù)據(jù)。

 

該力矩限制器采用16位單片機(jī)，數(shù)據(jù)處理能力增強(qiáng)，能自動(dòng)存儲(chǔ)超載狀態(tài)下的數(shù)據(jù)，提高了起重機(jī)操作的安全性。所研制的力矩限制器符合國(guó)家有關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)對(duì)傳感器重新進(jìn)行標(biāo)定，改變軟件設(shè)計(jì)和配備不同類型的傳感器，能夠適用于不同型號(hào)的起重運(yùn)輸機(jī)械。