基于信息融合的塔機運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)_secret

1、基于信息融合的塔機運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)摘 要：信息融合技術(shù)是一項跨學科的新技術(shù)，本文將信息融合的思想引入到塔式起重機運行狀態(tài)監(jiān)測中。介紹了基于信息融合和單片機技術(shù)的塔機運行狀態(tài)監(jiān)與自動保護系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，工作原理及特點。關(guān)鍵字：塔式起重機 信息融合 單片機 狀態(tài)監(jiān)測目前在國產(chǎn)塔機上僅配置了力矩限制器、位置限制、速度限制器等裝置，其原理是當被監(jiān)測參數(shù)超過某限制值時斷電報警，實際上是一種安全保護裝置，其缺點是： （1）不能實進監(jiān)測塔機的運行參數(shù)，因而不能將塔機的運行狀態(tài)及進顯示給司機，以便及時調(diào)整。 （2）運行參數(shù)的監(jiān)測基一是單獨進行，不能在計算機統(tǒng)一管理下對諸多參數(shù)實施同步監(jiān)測，協(xié)調(diào)處理，綜合判斷。 （

2、3）這些保護裝置長期使用后其自身的可靠性大大降低，是旦失靈，司機又無法知道。 多傳感器信息融合是80年代國外軍事和機器人領(lǐng)域率先提出來的一項高新技術(shù)，其基本原理是充分利用多個傳感器資源，對觀測到的有關(guān)同一目標的信息進行合理支配和使用，把多個傳感器在空間或時間上的冗余或互補信息依據(jù)某種準則進行組合，以獲得對被觀測目標的綜合的最佳估計。與單一傳感器系統(tǒng)相比，多傳感器信息融合系統(tǒng)具有以下優(yōu)點： （1）信息量大。大量的信息的融合和綜合能減小系統(tǒng)的不確定性，從而提高精度。 （2）很好的容錯性。在傳感器有誤差或失效的情況下，也能有較高的可靠性。 （3）能獲得單個傳感 器無法感知的特征信息。 我們針對目前國

3、內(nèi)塔機運行參數(shù)監(jiān)測儀器的不足，并考慮到塔機運行狀態(tài)的識別以及故障診斷的需要，利用了塔機的結(jié)構(gòu)特點，在不改變塔機結(jié)構(gòu)和不增加許多輔助裝置的前提下，研制了基于信息融合和單片機技術(shù)的塔機運行關(guān)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。 1 系統(tǒng)組成 圖1是自繁榮昌盛式塔機的結(jié)構(gòu)簡圖，塔機工作時的運行部分主要有起升機構(gòu)1（見圖2），回轉(zhuǎn)機構(gòu)2（見圖3）和小車變幅機構(gòu)3（見圖4）。 圖2 起升機構(gòu) 1.電動機 2.聯(lián)軸器 3.制動器 4.減速器 5.卷筒 6.吊鉤 7.滑輪組 8.離合器 9.拉力傳感器 10.光電傳感器 11.導(dǎo)向輪 圖2中，安裝在滑輪組7上的拉力傳感器9將起重量G轉(zhuǎn)換成電信號后送到A/D轉(zhuǎn)換器與單片機接口（見圖5

4、）；導(dǎo)向輪11的轉(zhuǎn)角變化能反映起重物G的起吊位置和速度，光電傳感器10能將導(dǎo)向輪11的轉(zhuǎn)角變化檢測出來并轉(zhuǎn)換成電信號送到單片機INT0引角（見圖5）。 圖3中，電動機1通過減速器3和小齒輪4驅(qū)動回轉(zhuǎn)支承裝置5中的大齒輪回轉(zhuǎn)，帶動上部旋轉(zhuǎn)，小齒輪4的轉(zhuǎn)角變化能反映塔機的回轉(zhuǎn)角度和速度的變化，電渦流傳感器6能把小齒輪4的角度變化檢測出并變換成電信號送到單片機P3.0引腳（見圖5）。 1.電動機 2.制動器 3.少齒行星傳動減速器 4.小齒輪 5.回轉(zhuǎn)支承裝置 6.電渦流傳感器圖4中，變幅小車狀有電渦流傳感器3，當變幅小車在塔機吊臂上行走時，電流傳感器能檢測到吊臂上等間隔布置的腹桿數(shù)并送到單片機IN

5、T1引腳（見圖5）。 1.起升卷揚 2.塔機吊臂 3.電渦流傳感器 4.小車牽引卷揚 5.變幅小車 6.吊臂復(fù)桿2 系統(tǒng)工作原理 2.1 起重理G檢測 將拉力傳感器串接在定滑輪吊繩固定端的適當位置，由動態(tài)應(yīng)變儀交吊重轉(zhuǎn)換為電壓信號，然后由A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換，從而測量起吊的重量，當重量超過額定置時，保護裝置動作并發(fā)出報警信號。 2.2 變幅小車位置L及瞬間速度V1檢測 在變幅小車上安全電渦流傳感器（見圖4），傳感器與吊臂上的腹桿垂直。小車運行時，當電渦流傳感器經(jīng)過腹桿時會產(chǎn)生一負脈沖，通過對脈沖進行計數(shù)及任意兩個脈沖之間的時間差進行定進，可計算出小車的瞬時位置及速度（吊臂上任意兩腹桿間的距離是

6、相等的）。如圖5所示，將電渦流傳感器輸出信號與89C52的INT1相連，對該引角上的脈沖進行計數(shù)，可獲得小車通過腹 桿的個數(shù)，由T1引腳對任意兩個脈沖的時間間隔進行定時，可檢測出小車經(jīng)過兩個腹桿所用的時間，由P1.4、P1.5引腳檢測小車向前有向后運動。當小車速度超過最大允許值時，保護裝置動作，并發(fā)出報警信號。 小車位置L1=L0nS,小車速度V1=(L1-L0)/t 式中L1本次脈沖小車位置，L0上次脈沖小車位置，n脈沖個數(shù)，S兩腹桿間的距離，t 兩個脈沖間的時間距離。 2.3 吊重位置H及速度V2檢測 將圖2中導(dǎo)向輪軸上安裝一圓盤，在圓盤上加工出若干個小孔，光電傳感器與圓盤垂直，當塔機起長

7、時，每當小孔轉(zhuǎn)到與傳感器相對的位置，都會產(chǎn)生一個脈沖。由脈沖的個數(shù)及任意兩個脈沖之間的時間間隔，可計算出起升位置及速度。當起升速度超限時，保護裝置動作并發(fā)出報警信號。檢測進，由P1.1、P1.2檢測重物運動方向，由INT0檢測脈沖個數(shù)，由T0對任意兩個脈沖的時間間隔進行定時，見圖5。 起吊位置H1=H0nl 式中H1本次脈沖重物位置，H0上次脈沖重物位置，l每經(jīng)過一個脈沖重物運動的距離起吊速度V2=(H1-H0)/t 式中t 兩個脈沖間的時間間隔。 2.4 動態(tài)力矩M檢測 當小車的位置及吊重檢測出來后，運行時的力矩為M=LG。 將運行時的動態(tài)力矩實進地顯示給司機，并與該位置時的額定力矩相比較，

8、可控制小車的運動。當力矩超限時保護裝置動作，并發(fā)出報警信號。 2.5 塔機回轉(zhuǎn)角度、回轉(zhuǎn)速度V3檢測 在回轉(zhuǎn)機構(gòu)的小齒輪上安裝一電渦傳感器，塔機回轉(zhuǎn)時，小齒輪每轉(zhuǎn)過一個齒都會產(chǎn)生一個脈沖，通過對脈沖計數(shù)及任意兩個脈沖時間間隔進行定時，可計算出塔臂回轉(zhuǎn)角度和速度。當回轉(zhuǎn)速度超限時，保護裝置動作，并發(fā)出報警信號。 由P1.3、P1.7檢測塔機的回轉(zhuǎn)方向，由P3.0對脈沖進行計數(shù)要可得到回轉(zhuǎn)角度，由T2對脈沖之間的時間間隔進行定時，可計算出回轉(zhuǎn)的速度。 回轉(zhuǎn)角度1=0n，回轉(zhuǎn)速度V3=(1-0）r/t 式中1本次回轉(zhuǎn)角度，0上次回轉(zhuǎn)角度，n回轉(zhuǎn)齒數(shù)，每回轉(zhuǎn)一齒對就的角度，r回轉(zhuǎn)半徑。 3 基于多參數(shù)信息狀態(tài)的監(jiān)測原理 我們研制的監(jiān)測系統(tǒng)是一種電子顯示監(jiān)測系統(tǒng)是一種電子顯示監(jiān)近系統(tǒng)，客觀存在通過塔機實際工作時所產(chǎn)生的信號和預(yù)先儲存的安全工作數(shù)值進行比較，達到報警保護目的。如圖6所示，塔機要作時，當起重量，工作幅度，小車運行速度等參數(shù)接近安全工作數(shù)值時，系統(tǒng)發(fā)出報警信號，正常工作時，安不斷地在司機室顯示上述各項監(jiān)測數(shù)值 。 4 結(jié)語 本系統(tǒng)已完成試驗開發(fā)階段，正時一步完善，推向?qū)嵱?，它的主要特點是： （1）能在一個顯示屏上隨時監(jiān)測到反映塔機運行狀態(tài)的多種運行參數(shù)：起重量，起重力矩，起升速度及位置，小車變幅位置及速度，塔臂回轉(zhuǎn)角度及