劉洪具

摘 要：隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，橋式起重機(jī)的應(yīng)用日漸廣泛，很多行業(yè)在進(jìn)行一些體積或者質(zhì)量較大的貨物移動(dòng)時(shí)，都需要應(yīng)用橋式起重機(jī)。與此同時(shí)，橋式起重機(jī)的安全事故數(shù)量也連年遞增，給企業(yè)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，一方面由于設(shè)備較為昂貴，發(fā)生事故后設(shè)備損壞的維修成本較高，另外一方面企業(yè)的橋式起重機(jī)設(shè)備較少，一旦它發(fā)生事故將影響企業(yè)的正常運(yùn)行。因此，必須采取有效的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)橋式起重機(jī)安全的監(jiān)測(cè)。文章將結(jié)合實(shí)例，分析基于無(wú)線傳輸?shù)臉蚴狡鹬貦C(jī)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為相關(guān)工作者提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：無(wú)線傳輸；橋式起重機(jī)；安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TH215 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）34-0072-03

Abstract： With the development of modern industry， bridge crane is used more and more widely， many industries need to use bridge crane when moving some large volume or mass of goods. At the same time， the number of bridge crane safety accidents has been increasing year by year， which has caused huge economic losses to enterprises. On the one hand， because the equipment is more expensive， the maintenance cost of equipment damage after the accident is higher； On the other hand， the bridge crane equipment is less， once it accidents will affect the normal operation of the enterprise. Therefore， we must take effective methods to achieve the bridge crane safety monitoring. This paper will analyze the bridge crane safety monitoring system based on wireless transmission， and provide reference for related workers.

Keywords： wireless transmission； overhead crane； safety monitoring system

1 概述

近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，橋式起重機(jī)的應(yīng)用日漸廣泛。但是橋式起重機(jī)長(zhǎng)時(shí)間的使用不可避免的產(chǎn)生一些元件的損耗，很容易引發(fā)其出現(xiàn)各種各樣的故障，嚴(yán)重影響企業(yè)的正常生產(chǎn)運(yùn)行。傳統(tǒng)的橋式起重機(jī)在進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)過(guò)程中，采用人工定期巡檢，有線電纜的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，不僅無(wú)法精準(zhǔn)的掌握故障的具體位置，造成較大的人力資源浪費(fèi)，而且檢測(cè)裝置相對(duì)復(fù)雜，不易操作和后期維修。在橋式起重機(jī)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中應(yīng)用無(wú)線傳輸技術(shù)，不僅可以對(duì)橋式起重機(jī)的關(guān)鍵位置進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，而且能有效預(yù)測(cè)故障的位置相關(guān)信息，有效確保了設(shè)備和相關(guān)工作人員的安全，提高了故障監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性。因此，研究基于無(wú)線傳輸?shù)臉蚴狡鹬貦C(jī)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 橋式起重機(jī)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

本案中，在進(jìn)行橋式起重機(jī)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，系統(tǒng)主要對(duì)主梁、電氣控制以及鋼絲繩和起升機(jī)構(gòu)等部件進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)，以上設(shè)備分別設(shè)立監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)。主要監(jiān)測(cè)參數(shù)以及關(guān)鍵點(diǎn)位體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）主梁的監(jiān)測(cè)：根據(jù)對(duì)橋式起重機(jī)的分析研究，在主梁方面，主要故障點(diǎn)位置集中在跨中、左右端梁。其中在橋式起重機(jī)工作過(guò)程中，最大應(yīng)力位于主梁的跨中位置，而最大剪切力則位于左右端梁位置。所以，在采用安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)當(dāng)著重對(duì)以上兩個(gè)部位的應(yīng)力進(jìn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)。同時(shí)還需對(duì)跨中的上下?lián)隙冗M(jìn)行測(cè)試，保障主梁的安全狀況評(píng)估準(zhǔn)確。

（2）鋼絲繩的監(jiān)測(cè)：在橋式起重機(jī)當(dāng)中，頭體的對(duì)接、設(shè)備的轉(zhuǎn)載都離不開(kāi)鋼絲繩。在使用過(guò)程中一旦鋼絲繩產(chǎn)生故障，會(huì)嚴(yán)重影響起重機(jī)的正常運(yùn)行。因此需要對(duì)其進(jìn)行斷絲以及截面積損失的漏磁信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)的安全監(jiān)測(cè)。

（3）電氣控制系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)：由于電氣控制元件功率較小的特點(diǎn)，很容易受到光和熱的影響，出現(xiàn)黏連、熔焊等問(wèn)題，影響電氣控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。一般情況下，在橋式其中既安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，需要對(duì)電氣控制系統(tǒng)電路中以下元件進(jìn)行監(jiān)測(cè)：橋式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的時(shí)間延時(shí)繼電器；大小車的行程開(kāi)關(guān)元件。

（4）起升機(jī)構(gòu)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)：減速器運(yùn)行狀態(tài)與故障可通過(guò)溫度以及潤(rùn)滑油中磨粒含量和齒輪箱振動(dòng)等進(jìn)行判斷，由于測(cè)試技術(shù)條件有限，目前以提取齒輪振動(dòng)信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)減速器狀態(tài)的分析，它對(duì)減速器的狀態(tài)變化反映迅速、真實(shí)、全面。

如圖1所示，本案在進(jìn)行橋式起重機(jī)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)過(guò)程中，主要是將傳感器設(shè)置在各子系統(tǒng)的關(guān)鍵監(jiān)測(cè)位置，通過(guò)傳感器對(duì)橋式起重機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中關(guān)鍵位置的參數(shù)信息進(jìn)行收集，并將其存儲(chǔ)在單片機(jī)當(dāng)中，同時(shí)采用擴(kuò)展存儲(chǔ)器的方式，解決單片機(jī)的信息存儲(chǔ)量較少的缺點(diǎn)。當(dāng)相關(guān)工作人員需要對(duì)橋式起重機(jī)的運(yùn)行現(xiàn)狀進(jìn)行查看時(shí)，可以借助計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，利用無(wú)線傳輸網(wǎng)路，獲取單片機(jī)存儲(chǔ)器當(dāng)中的相關(guān)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，利用計(jì)算機(jī)的分析處理功能，對(duì)各子系統(tǒng)的運(yùn)行現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)估分析，將異常信息以警報(bào)的方式展現(xiàn)出來(lái)，便于相關(guān)安全管理工作人員及時(shí)的獲取橋式起重機(jī)的安全現(xiàn)狀，并盡快組織技術(shù)人員對(duì)預(yù)警位置進(jìn)行維修。

3 信號(hào)的采集與測(cè)量

本安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在進(jìn)行信號(hào)的采集和測(cè)量時(shí)，采用單片機(jī)進(jìn)行。信號(hào)的來(lái)源主要分為兩部分，一部分來(lái)源于設(shè)置在關(guān)鍵位置的傳感器所采集到的模擬信號(hào)，另外一部分來(lái)源于電子元件本身所產(chǎn)生的電信號(hào)（如圖2所示）。

如上圖，當(dāng)處于橋式起重機(jī)各關(guān)鍵位置的傳感器，采集到相關(guān)的模擬信號(hào)時(shí)，會(huì)首先對(duì)信號(hào)進(jìn)行初步的處理，包括放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換等；然后將新型號(hào)存儲(chǔ)到單片機(jī)的外置存儲(chǔ)器中；最后利用無(wú)線傳輸系統(tǒng)的收發(fā)電路，將主機(jī)所需要的相關(guān)信號(hào)數(shù)據(jù)，以無(wú)線信號(hào)的形式發(fā)送給主機(jī)，方便相關(guān)工作人員查看。

4 信號(hào)的無(wú)線傳輸

本案中的橋式起重機(jī)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在進(jìn)行信號(hào)的傳輸過(guò)程中，采用了無(wú)線傳輸?shù)姆绞?，采用無(wú)線收發(fā)芯片nRF401作為無(wú)線傳輸電路的核心元件。nRF401可以較好地實(shí)現(xiàn)單片機(jī)采集系統(tǒng)與單片機(jī)之間的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸功能。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，將單片機(jī)80C196KC的引腳CS接地處理，并將頻段調(diào)整到433.92MHZ，使其實(shí)現(xiàn)了與無(wú)線收發(fā)芯片nRF401的連接（如圖3所示）。一般情況下，無(wú)線收發(fā)芯片nRF401為了降低功耗，處于休眠狀態(tài)。

5 協(xié)議的單片機(jī)模擬

當(dāng)單片機(jī)處于并口協(xié)議狀態(tài)下時(shí)，系統(tǒng)主機(jī)處于查詢方式，而從機(jī)則處于終端方式。從機(jī)的相關(guān)SET信號(hào)，應(yīng)當(dāng)與其外部中斷引腳相連?？刂莆贿壿嬛档亩x：

#define READ O；

#define WRIT l；

#define DATA O；

#define ADDR 1。

5.1 主機(jī)并口協(xié)議程序

當(dāng)橋式起重機(jī)安全檢測(cè)系統(tǒng)的主機(jī)處于查詢方式下時(shí)，它會(huì)主動(dòng)和從機(jī)進(jìn)行通信連接，并實(shí)現(xiàn)對(duì)從機(jī)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀/寫操作。系統(tǒng)利用調(diào)用延時(shí)函數(shù)delay（），主機(jī)、從機(jī)可以有效的對(duì)SPI的傳輸速度進(jìn)行控制。相關(guān)用戶程序，只需要對(duì)PPI_ReadBuf（）和PPI_WritBuf（）函數(shù)進(jìn)行調(diào)用，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)從機(jī)中的相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行讀/寫操作。

5.2 從機(jī)并口協(xié)議程序

對(duì)于從機(jī)多機(jī)并口信號(hào)線，其中的A/D以及為W/R，都可以對(duì)單片機(jī)的任意I/O進(jìn)行使用。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)D0到D7的進(jìn)行了雙向并口的設(shè)計(jì)。但是由于SET受限于TNT引腳的使用限制，所以本橋式起重機(jī)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，還使用了引腳INTO。這樣，就可以通過(guò)中斷服務(wù)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)從機(jī)的多機(jī)并口協(xié)議，同時(shí)配合主機(jī)，實(shí)現(xiàn)了相關(guān)數(shù)據(jù)的讀/寫操作。

6 軟件實(shí)現(xiàn)

6.1 采集終端的軟件設(shè)計(jì)

當(dāng)單片機(jī)初始化之后，開(kāi)始進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)工作，首先對(duì)部件的制動(dòng)間隙采集程序進(jìn)行調(diào)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)制動(dòng)間隙的安全監(jiān)測(cè)，并將傳感器采集到的結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。然后當(dāng)服務(wù)器發(fā)出相關(guān)的指令后，會(huì)根據(jù)相關(guān)協(xié)議的規(guī)定，對(duì)終端進(jìn)入串口終端進(jìn)行判斷，確定是否是對(duì)該終端發(fā)出的指令。當(dāng)判定結(jié)果為是時(shí)，則將采集到的結(jié)果傳遞給上位機(jī)；當(dāng)判定的結(jié)果為不是時(shí)，則進(jìn)行中斷跳出，繼續(xù)等待一下個(gè)指令。對(duì)于無(wú)線傳輸橋式起重機(jī)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)而言，其采集終端的軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中，基本流程如圖4。

6.2 服務(wù)器的軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的服務(wù)器程序，采用Visual C++ 6.0開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)而成，主要包含了用戶的操作界面、數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)分析以、報(bào)表生成以及終端數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔糠?。其中?duì)于后臺(tái)的數(shù)據(jù)管理，則使用Access 2003進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。從而便于服務(wù)器程序與數(shù)據(jù)庫(kù)之間的數(shù)據(jù)共聯(lián)。

服務(wù)器在進(jìn)行工作過(guò)程中，首先發(fā)起連接信息，然后按照相關(guān)的順序，對(duì)每一個(gè)終端的相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集，最后實(shí)現(xiàn)所有的終端信息的采集。本服務(wù)器的操作用戶可以在系統(tǒng)中設(shè)定固定的采集時(shí)間，也可以根據(jù)需要進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集工作，也可以選取指定的終端進(jìn)行相關(guān)信息的采集工作。

7 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，橋式起重機(jī)在各行各業(yè)中的應(yīng)用日漸廣泛。本文基于無(wú)線通信技術(shù)，對(duì)橋式起重機(jī)的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，改變了傳統(tǒng)的人為檢測(cè)判斷或者有線電纜監(jiān)測(cè)方式，提升了橋式起重機(jī)故障監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性，保障了設(shè)備和相關(guān)技術(shù)人員的安全。因此，相關(guān)企業(yè)應(yīng)當(dāng)重視無(wú)線傳輸技術(shù)的應(yīng)用，通過(guò)在線監(jiān)測(cè)功能的實(shí)現(xiàn)，確保橋式起重機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，保障企業(yè)的正常生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]舒文杰.起重機(jī)無(wú)線監(jiān)測(cè)及安全評(píng)估研究[D].武漢科技大學(xué)，2015.

[2]強(qiáng)寶民，李洪光.基于無(wú)線傳輸?shù)臉蚴狡鹬貦C(jī)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2008（5）：41-43.

[3]李洪光，強(qiáng)寶民.基于無(wú)線傳輸?shù)臉蚴狡鹬貦C(jī)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2009（11）：77-80.

[4]岳文 ，常中龍，騰啟斯，等.一種起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)：CN，CN202657850U[P].2013.

[5]楊瑞剛，渠曉剛，劉暢.基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的大型橋式起重機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)裝置：CN202245796U[P].2012.