單片機在臂架型起重機力矩限制器上的應用

 

    關鍵固：單片機起重機力矩限制器智能化起重機作為大型起重運輸機械，操作不當或超載，容易引起翻車、折臂等嚴重后果，國家規定對于16t以上的起重機要求安裝安全保護設備。臂架型起重機力矩限制器實時測量起重機的起重量、臂桿的長度、臂桿轉過的角度等參數，由程序控制起重作業，進行報警或強制停機。國外先進的力矩限制器運用模糊控制和專家系統，通過設置工作程序，自動芫成起重作業，并且能對起重機械進行全方位的監控，但維護保養比較困難，并且與我國目前的起重機配套較困難。本文在研究國內外現有力矩限制器的基礎上，充分利用電子技術、傳感測試技術等方面的成果，運用16位單片機80C196KC，研制了一種具有智能化的臂架型起重機力矩限制器，能夠實時自動監測、計算起重力矩，當實測起重力矩達到設定起重力矩時，通過監控力矩開關信號，判斷力矩是否繼續增加，自動控制起重機的液壓系統。所研制的臂架型起重機力矩限制器在某一型號的16t起重機上試用，滿足了起重作業安全保護的要求。

 

    單片機16MHz晶振，有很高的操作速度和數據吞吐能力，內部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內有一個逐次逼近型的A/D轉換器，共有8個輸入通道。

 

    其輸入引腳ACH0ACH7與P0.0P0.7共享。內部的A/D轉換器8b/10b可調，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，增加了系統的穩定性和抗干擾性，并且縮小了控制板的尺寸，在本系統中采用10b轉換方式。該限制器80C196KC單片機采用8位地址/數據復用總線，其主要作用是采集傳感器信號、倍率設定值、數字輸入信號，按起重性能曲線進行數據處理，輸出控制信號。

 

    2工作原理當實測起重力矩小于其相應工況下的額定起重力矩時，起重機作業正常進行；當實測起重力矩達到其相應工況下的額定起重力矩的90%時，報警裝置顯示黃色報警信號，開始預報警；當實測起重力矩等于或大于其相應工況下的額定起重力矩時，力矩限制器保存實測起重量、臂桿長度、臂桿轉過的角度、工作幅度以及當前時間等超載數據，報警裝置顯示紅色報警信號，同時控制蜂鳴器打開，以聲音報警。

 

    當實測起重力矩達到其相應工況下的額定起重力矩，通過監控力矩開關信號，判斷力矩是否繼續增加，如果實測起重力矩向增加的方向運動，力矩限制器輸出控制信號控制起重機的液壓系統，自動停止起重機作業；如果實測起重力矩向減少的方向運動，力矩限制器輸出控制信號控制起重機的液壓系統，起重機繼續作業。

 

    該力矩限制器系統如所示，主要包拮16等。

 

    接口電路單元由80C196KC單片機及外圍擴展電路構成，用來將采集的傳感器信號、倍率設定值和數字輸入信號，按起重性能曲線進行數據處理，記錄違章數據，輸出控制信號。為提高系統的穩定性和抗干擾性，設計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單片機內部無ROM，因此擴充（32KX8位）的EPROM程序存儲器芯片27256.部分接口電路單元電路見。

 

    時鐘芯片DS12887內置可充電的鋰電池，內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對鋰電池充電，正常工作時保證時鐘數據10年內不會失，內部有114b的RAM；時鐘芯片在首次使用前必須初始化。

 

    當力矩限制器監測實測起重力達到設定起重力矩時，80C196KC將超載作業的工作參數以及當前時間存儲在DS12887內部的RAM，114b的RAM能夠保存8次超載作業的工作參數以及當前時間數據，其中實測起重量、臂桿長度、臂桿轉過的角度和工作幅度，以及所對應的時間數據在存儲時按照整型類型16位）保存，時間數據在存儲時按照字符類里8位）保存。

 

    力矩限制器采用4組液晶顯示單元，在起重作業過程中分別用來顯示實測起重力矩、臂桿長度、臂桿轉過的角度和工作幅度；檢查超載數據時，采用鍵盤中斷的方式，將存儲在DS12887內部RAM的數據輸出到液晶顯示單元，超載作業的時間數據先在液晶顯示單元上顯示，然后顯示超載作業的工作參數數據。液晶模塊選用北京青云公司生產的通用儀器儀表液晶顯示模塊LCM045A，3線串口與單片機80C196KC連接，工作電壓為2752V，功耗低，工作溫度為-10C~60C，穩定可靠，視角對比度可調，液晶模塊顯示清楚。

 

    單片機輸出控制信號軟件設計是力矩限制器的重要內容之一，采用C語言進行模塊化軟件設計，軟件功能模塊有自檢及初始化模塊、A/D轉換模塊、顯示控制模塊、數據存儲模塊、輸出控制模塊和鍵盤控制模塊。

 

    程序運行時，力矩限制器首先進行程序自檢及初始化，然后對模擬信號進行A/D轉換，將采集的數據實時顯示在LCD上；如果實測起重力矩超載，軟件會根據所采集的信息，輸出聲音報警或光報警或強制停機等信號；軟件具有記錄超載數據的功能。

 

    為保證力矩限制器的正常工作，設計故障自我診斷模塊，當發生故障時以代碼的形式在LCD上顯示。

 

    41A/D轉換子程序模塊80C196KC可以同時引入8個不同的模擬量，A/D命令寄存器ADCOMMAND規定單片機模擬量輸入通道號、A/D轉換的位數10位或8位）以及啟一8微機應用與智能化動A/D轉換的方式；轉換的結果存放在A/D結果寄存器內ADRESULT，因為只要啟動一次A/D轉換，A/D的結果便被清零，因此，存放于A/D結果寄存器的某一次A/D轉換結果必須及時轉移。

 

    A/D轉換的計算公式：考電壓。

 

    A/D轉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通或截止，電磁閥作為開關裝置串聯在起重機液壓系統的電磁液動閥上。當實測起重力矩等于或大于其相應工況下的額定起重力矩，查詢監控力矩開關信號，如果實測起重力矩向增加的方向運動，力矩限制器輸出信號控制電磁閥導通，因此起重機的液壓系統的電磁液動閥卸荷，自動停止起重作業；如果實測起重力矩向減少的方向運動，力矩限制器輸出信號控制起重機繼續作業。

 

    43鍵盤中斷模塊鍵盤中斷模塊芫成人機交互功能，當操作人員按下鍵盤時，能夠在液晶顯示單元上顯示所需要的信息。存儲在時鐘芯片DS12887的超載數據，通過中斷的方式，能在任何時刻，從指定的液晶顯示單元上顯示數據。

 

    該力矩限制器采用16位單片機，數據處理能力增強，能自動存儲超載狀態下的數據，提高了起重機操作的安全性。所研制的力矩限制器符合國家有關的技術標準，通過對傳感器重新進行標定，改變軟件設計和配備不同類型的傳感器，能夠適用于不同型號的起重運輸機械。