程望斌 , 粟向軍, 肖 柳, 郭彩云, 符藝丹, 張松祥

(湖南理工學(xué)院 信息與通信工程學(xué)院, 湖南 岳陽(yáng) 414006)

引言

現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展帶動(dòng)了檢測(cè)與控制技術(shù)的日益更新[1], 建筑、機(jī)械、運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)對(duì)起重檢測(cè)控制器的需求量不斷增大, 同時(shí)對(duì)起重檢測(cè)控制器的安全性和可靠性[2]也提出了更高的要求. 起重檢測(cè)控制器是一種通過(guò)檢測(cè)并顯示起吊物件重量, 當(dāng)起重機(jī)械超負(fù)荷作業(yè)時(shí)能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)自我保護(hù)的電子裝置.

許多國(guó)家已明文規(guī)定所有橋式和門式起重機(jī)都要裝設(shè)超負(fù)荷限制器. 稱量裝置除了預(yù)防起重量超載以外, 還要保證記錄重量的準(zhǔn)確性. 目前我國(guó)常用的起重檢測(cè)控制儀是由丹東市三友電器廠生產(chǎn)的, 包括電阻應(yīng)變式傳感器網(wǎng)絡(luò)和微機(jī)控制顯示儀表兩部分, 其中傳感器系統(tǒng)包括電阻橋和信號(hào)放大兩部分, 用于起重機(jī)械的超載保護(hù).

1 起重檢測(cè)控制器設(shè)計(jì)原理及特點(diǎn)

起重檢測(cè)控制器的基本原理: 起重機(jī)的載荷通過(guò)電阻應(yīng)變式負(fù)荷傳感器進(jìn)行檢測(cè), 當(dāng)起重機(jī)吊起重物后, 傳感器受壓產(chǎn)生與載荷成正比例的毫伏級(jí)電壓, 經(jīng)放大后變成伏特級(jí)的電壓信號(hào), 再通過(guò)四芯電纜送入后級(jí)電路進(jìn)行處理. 由于傳感器與后級(jí)PLC(Programmable Login Controller, 可編程控制器)[3,4]電路之間的連接電纜長(zhǎng)度需要數(shù)十米,使用中發(fā)現(xiàn)存在如下問(wèn)題: (1)工礦環(huán)境中的干擾問(wèn)題. 使用環(huán)境中的強(qiáng)干擾使得傳感器輸出的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)電纜傳輸后的電壓有時(shí)出現(xiàn)劇烈波動(dòng), 從而引起后級(jí)電路出現(xiàn)誤判; (2)與后級(jí)電路的接口問(wèn)題. 原傳感器使用的是6V±供電, 而實(shí)際應(yīng)用項(xiàng)目中機(jī)柜供電是15V±, 需要變壓后饋電. 起重檢測(cè)控制器壓力傳感器部分實(shí)物圖如圖1所示.

起重檢測(cè)控制器的最大特點(diǎn): 有效地同起重機(jī)械的具體結(jié)構(gòu)形式相結(jié)合, 確保壓力傳感器和控制顯示儀表的使用不影響起重機(jī)的安全性. 起重檢測(cè)控制器主要由傳感器、控制顯示儀表兩部分組成, 其中傳感器用于檢測(cè)起吊物件重量, 控制顯示儀表則根據(jù)起吊重量進(jìn)行判別,輸出相應(yīng)的狀態(tài)控制信號(hào). 傳感器的質(zhì)量直接關(guān)系到控制儀的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性及工作性能, 而傳感器現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的條件通常比實(shí)驗(yàn)室條件復(fù)雜得多, 特別是在工業(yè)過(guò)程的計(jì)量和檢測(cè)中, 環(huán)境、溫度、濕度和大氣壓均會(huì)發(fā)生明顯的變化, 同時(shí)在安裝過(guò)程中也會(huì)發(fā)生過(guò)載、偏載或其它非正式載荷, 有時(shí)還會(huì)存在嚴(yán)重的粉塵和腐蝕性氣體, 這些因素均會(huì)帶來(lái)附加誤差, 若儀器缺少抗御能力, 實(shí)際使用的精度將大大降低, 有時(shí)甚至無(wú)法工作.

圖1 壓力傳感器實(shí)物圖

2 起重檢測(cè)控制器前置放大電路設(shè)計(jì)

為了減小信號(hào)在傳輸環(huán)境中的干擾, 我們把之前的電壓傳輸信號(hào)改為采用電流傳輸信號(hào). 使用0～20mA的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn), 在對(duì)電阻橋輸出的毫伏級(jí)電壓進(jìn)行放大之后, 變成伏特級(jí)的電壓, 再將其轉(zhuǎn)變成 0～20mA 的電流, 通過(guò)電纜傳輸. 同時(shí)增加二級(jí)穩(wěn)壓電路, 可以將通過(guò)電纜傳送過(guò)來(lái)的±15V電壓變成±6V電壓, 供給電阻應(yīng)變式傳感器橋, 以保證傳感器橋供電的平穩(wěn)性. 前置放大電路框圖如圖 2所示.

3 起重檢測(cè)控制器顯示控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

起重控制器還具有起重顯示與超重自動(dòng)控制功能[5]. 顯示控制框圖如圖3所示.

在圖3中, 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與功能介紹如下:

(1)顯示功能

5位顯示(分別顯示重量的百、十、個(gè)、十分和百分位噸位(單位: 噸)), 需要5個(gè)LED數(shù)碼管; 用1片MC14489作為顯示驅(qū)動(dòng)電路, 驅(qū)動(dòng)5個(gè)LED數(shù)碼管顯示(采用動(dòng)態(tài)掃描方式驅(qū)動(dòng)共陰極LED數(shù)碼管).

(2)控制功能

① 清零. 按“清零鍵”, 數(shù)碼管顯示為“000.00”.

圖2 前置放大電路框圖

圖3 顯示控制系統(tǒng)框圖

② 復(fù)位. 按“復(fù)位鍵”可恢復(fù)通電啟動(dòng)狀態(tài), 即顯示額定值. 一般用在“置零”無(wú)效和“死機(jī)”時(shí).

(3)額定起重量設(shè)置

為了使用的需要和靈活性, 需對(duì)額定起重量進(jìn)行重新設(shè)置. 用 3個(gè)四位的撥碼開關(guān)分別表示額定起重量的百、十、個(gè)位,理論上可以設(shè)置的額定起重量(量程)范圍:0～999(單位: 噸).

(4)起吊提示

加一個(gè)指示燈和繼電器, 提示有重物被吊起, 即已經(jīng)吊物時(shí)有專門提示.

(5)報(bào)警功能

① 預(yù)報(bào)警. 當(dāng)起重量到達(dá)額定起重量的 90%時(shí), 儀表發(fā)出預(yù)報(bào)警聲響, 預(yù)報(bào)警指示燈發(fā)亮, 以提醒操作人員注意.

② 超重報(bào)警. 當(dāng)起重量到達(dá)額定起重量的105%時(shí), 儀表發(fā)出與預(yù)報(bào)警聲響不同的超重報(bào)警聲響, 超重報(bào)警指示燈發(fā)亮.同時(shí)控制繼電器切斷起升電源, 阻止起重機(jī)繼續(xù)上升, 起到保護(hù)設(shè)備的作用.

圖4 主程序流程框圖

4 起重檢測(cè)控制器系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

要實(shí)現(xiàn)新型起重控制器系統(tǒng)功能[6],除了硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)外, 還需要進(jìn)行程序設(shè)計(jì). 主程序流程框圖如圖4所示.

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著自動(dòng)化控制技術(shù)的日益發(fā)展, 起重檢測(cè)控制器已由單一的稱量工具逐步演變成自動(dòng)化生產(chǎn)中重要的組成部分, 向著自動(dòng)化、智能化、集成化和信息化方向發(fā)展. 新的起重檢測(cè)控制器不僅要求具有起重顯示功能, 更需要有超重報(bào)警和控制功能, 能夠自動(dòng)地進(jìn)行自我保護(hù).

[1]程望斌, 陳 進(jìn), 陳 新.新型無(wú)線感應(yīng)技術(shù)在位置檢測(cè)中的應(yīng)用[J].電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào), 2010, 24(4): 379～384

[2]程望斌, 陳 進(jìn), 陳 新.感應(yīng)無(wú)線技術(shù)研究及其在位置檢測(cè)中的應(yīng)用[J].湖南理工學(xué)院學(xué)報(bào), 2010, 23(4): 62～65

[3]熊學(xué)成.基于PLC的門式起重機(jī)地變頻調(diào)速控制系統(tǒng)[J]. 中國(guó)水運(yùn), 2008, 8(12): 135～136

[4]嚴(yán)向前, 王 箭, 迪禮拜爾, 等.PLC在25噸電動(dòng)雙梁吊鉤橋式起重機(jī)電力拖拉系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].新疆石油天然氣, 2009, 5(1): 94～98

[5]李桂平, 張菲菠.淺談施工升降機(jī)起重量限制器[J].建筑機(jī)械化.2009, 19(8): 68～69

[6]羅洪生, 李洪應(yīng), 王英杰, 等.新型起重量限制器的應(yīng)用[J]. 建筑機(jī)械化. 2009, 19(8): 70～71