劉洪具

摘 要：隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，橋式起重機的應(yīng)用日漸廣泛，很多行業(yè)在進行一些體積或者質(zhì)量較大的貨物移動時，都需要應(yīng)用橋式起重機。與此同時，橋式起重機的安全事故數(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)的橋式起重機設(shè)備較少，一旦它發(fā)生事故將影響企業(yè)的正常運行。因此，必須采取有效的方法實現(xiàn)對橋式起重機安全的監(jiān)測。文章將結(jié)合實例，分析基于無線傳輸?shù)臉蚴狡鹬貦C安全監(jiān)測系統(tǒng)，為相關(guān)工作者提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：無線傳輸；橋式起重機；安全監(jiān)測系統(tǒng)

中圖分類號：TH215 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：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，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，橋式起重機的應(yīng)用日漸廣泛。但是橋式起重機長時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)運行。傳統(tǒng)的橋式起重機在進行安全監(jiān)測過程中，采用人工定期巡檢，有線電纜的方式進行數(shù)據(jù)傳輸，不僅無法精準(zhǔn)的掌握故障的具體位置，造成較大的人力資源浪費，而且檢測裝置相對復(fù)雜，不易操作和后期維修。在橋式起重機安全監(jiān)測系統(tǒng)中應(yīng)用無線傳輸技術(shù)，不僅可以對橋式起重機的關(guān)鍵位置進行實時的監(jiān)測，而且能有效預(yù)測故障的位置相關(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)測的準(zhǔn)確性。因此，研究基于無線傳輸?shù)臉蚴狡鹬貦C安全監(jiān)測系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實意義。

2 橋式起重機安全監(jiān)測系統(tǒng)總體方案設(shè)計

本案中，在進行橋式起重機安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計時，系統(tǒng)主要對主梁、電氣控制以及鋼絲繩和起升機構(gòu)等部件進行安全監(jiān)測，以上設(shè)備分別設(shè)立監(jiān)測子系統(tǒng)。主要監(jiān)測參數(shù)以及關(guān)鍵點位體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）主梁的監(jiān)測：根據(jù)對橋式起重機的分析研究，在主梁方面，主要故障點位置集中在跨中、左右端梁。其中在橋式起重機工作過程中，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)測系統(tǒng)時，應(yīng)當(dāng)著重對以上兩個部位的應(yīng)力進行參數(shù)監(jiān)測。同時還需對跨中的上下?lián)隙冗M行測試，保障主梁的安全狀況評估準(zhǔn)確。

（2）鋼絲繩的監(jiān)測：在橋式起重機當(dāng)中，頭體的對接、設(shè)備的轉(zhuǎn)載都離不開鋼絲繩。在使用過程中一旦鋼絲繩產(chǎn)生故障，會嚴(yán)重影響起重機的正常運行。因此需要對其進行斷絲以及截面積損失的漏磁信號進行實時的安全監(jiān)測。

（3）電氣控制系統(tǒng)的監(jiān)測：由于電氣控制元件功率較小的特點，很容易受到光和熱的影響，出現(xiàn)黏連、熔焊等問題，影響電氣控制系統(tǒng)的正常運行。一般情況下，在橋式其中既安全監(jiān)測系統(tǒng)中，需要對電氣控制系統(tǒng)電路中以下元件進行監(jiān)測：橋式起重機起升機構(gòu)的時間延時繼電器；大小車的行程開關(guān)元件。

（4）起升機構(gòu)系統(tǒng)監(jiān)測：減速器運行狀態(tài)與故障可通過溫度以及潤滑油中磨粒含量和齒輪箱振動等進行判斷，由于測試技術(shù)條件有限，目前以提取齒輪振動信號來實現(xiàn)對減速器狀態(tài)的分析，它對減速器的狀態(tài)變化反映迅速、真實、全面。

如圖1所示，本案在進行橋式起重機安全監(jiān)測系統(tǒng)過程中，主要是將傳感器設(shè)置在各子系統(tǒng)的關(guān)鍵監(jiān)測位置，通過傳感器對橋式起重機在運行過程中關(guān)鍵位置的參數(shù)信息進行收集，并將其存儲在單片機當(dāng)中，同時采用擴展存儲器的方式，解決單片機的信息存儲量較少的缺點。當(dāng)相關(guān)工作人員需要對橋式起重機的運行現(xiàn)狀進行查看時，可以借助計算機系統(tǒng)，利用無線傳輸網(wǎng)路，獲取單片機存儲器當(dāng)中的相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用計算機的分析處理功能，對各子系統(tǒng)的運行現(xiàn)狀進行評估分析，將異常信息以警報的方式展現(xiàn)出來，便于相關(guān)安全管理工作人員及時的獲取橋式起重機的安全現(xiàn)狀，并盡快組織技術(shù)人員對預(yù)警位置進行維修。

3 信號的采集與測量

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

如上圖，當(dāng)處于橋式起重機各關(guān)鍵位置的傳感器，采集到相關(guān)的模擬信號時，會首先對信號進行初步的處理，包括放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換等；然后將新型號存儲到單片機的外置存儲器中；最后利用無線傳輸系統(tǒng)的收發(fā)電路，將主機所需要的相關(guān)信號數(shù)據(jù)，以無線信號的形式發(fā)送給主機，方便相關(guān)工作人員查看。

4 信號的無線傳輸

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

5 協(xié)議的單片機模擬

當(dāng)單片機處于并口協(xié)議狀態(tài)下時，系統(tǒng)主機處于查詢方式，而從機則處于終端方式。從機的相關(guān)SET信號，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 主機并口協(xié)議程序

當(dāng)橋式起重機安全檢測系統(tǒng)的主機處于查詢方式下時，它會主動和從機進行通信連接，并實現(xiàn)對從機中的數(shù)據(jù)進行讀/寫操作。系統(tǒng)利用調(diào)用延時函數(shù)delay（），主機、從機可以有效的對SPI的傳輸速度進行控制。相關(guān)用戶程序，只需要對PPI_ReadBuf（）和PPI_WritBuf（）函數(shù)進行調(diào)用，就可以實現(xiàn)對從機中的相關(guān)數(shù)據(jù)，進行讀/寫操作。

5.2 從機并口協(xié)議程序

對于從機多機并口信號線，其中的A/D以及為W/R，都可以對單片機的任意I/O進行使用。在實際設(shè)計過程中，對D0到D7的進行了雙向并口的設(shè)計。但是由于SET受限于TNT引腳的使用限制，所以本橋式起重機安全監(jiān)測系統(tǒng)中，還使用了引腳INTO。這樣，就可以通過中斷服務(wù)程序來實現(xiàn)從機的多機并口協(xié)議，同時配合主機，實現(xiàn)了相關(guān)數(shù)據(jù)的讀/寫操作。

6 軟件實現(xiàn)

6.1 采集終端的軟件設(shè)計

當(dāng)單片機初始化之后，開始進行安全監(jiān)測工作，首先對部件的制動間隙采集程序進行調(diào)動，實現(xiàn)對制動間隙的安全監(jiān)測，并將傳感器采集到的結(jié)果進行實時顯示。然后當(dāng)服務(wù)器發(fā)出相關(guān)的指令后，會根據(jù)相關(guān)協(xié)議的規(guī)定，對終端進入串口終端進行判斷，確定是否是對該終端發(fā)出的指令。當(dāng)判定結(jié)果為是時，則將采集到的結(jié)果傳遞給上位機；當(dāng)判定的結(jié)果為不是時，則進行中斷跳出，繼續(xù)等待一下個指令。對于無線傳輸橋式起重機安全監(jiān)測系統(tǒng)而言，其采集終端的軟件設(shè)計過程中，基本流程如圖4。

6.2 服務(wù)器的軟件設(shè)計

本系統(tǒng)的服務(wù)器程序，采用Visual C++ 6.0開發(fā)設(shè)計而成，主要包含了用戶的操作界面、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)分析以、報表生成以及終端數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔糠?。其中對于后臺的數(shù)據(jù)管理，則使用Access 2003進行開發(fā)設(shè)計。從而便于服務(wù)器程序與數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)共聯(lián)。

服務(wù)器在進行工作過程中，首先發(fā)起連接信息，然后按照相關(guān)的順序，對每一個終端的相關(guān)數(shù)據(jù)信息進行采集，最后實現(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)定固定的采集時間，也可以根據(jù)需要進行實時的數(shù)據(jù)采集工作，也可以選取指定的終端進行相關(guān)信息的采集工作。

7 結(jié)束語

綜上所述，隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，橋式起重機在各行各業(yè)中的應(yīng)用日漸廣泛。本文基于無線通信技術(shù)，對橋式起重機的安全監(jiān)測系統(tǒng)進行了設(shè)計，改變了傳統(tǒng)的人為檢測判斷或者有線電纜監(jiān)測方式，提升了橋式起重機故障監(jiān)測準(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)重視無線傳輸技術(shù)的應(yīng)用，通過在線監(jiān)測功能的實現(xiàn)，確保橋式起重機的安全穩(wěn)定運行，保障企業(yè)的正常生產(chǎn)。

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