设计起重机力矩限制器控制系统。
关键词 力矩限制器；控制系统；单片机
中图分类号：TP368.1 文献标识码：B 文章编号：1671-489X(2011)30-0106-02
Crane Torque Limiter Chip Control System Analysis//Xu Deliang1, Ma Zhonghai2
Abstract The torque limiter works crane, crane using AT89C52 microcontroller design torque limiter control system.
Key words torque limiter works; control system; computer on a chip
Author’s address
1 Fushun Vocational and Technical College, Fushun, Liaoning, China 113006
2 Fushun Excavator Manufacturing Co., Ltd., Fushun, Liaoning, China 113006
1 前言
起重机是一种蕴含多种危险因素的大型机电设备，操作不当或超载，容易引起倾覆、折臂等事故，不论是对现场作业人员，还是对起吊对象以及起重机本身，危害都很大。力矩限制器就是防止这类事故的重要安全设备。力矩限制器是一种起重机操作辅助装置，当起重机出现可能会给机器及人身造成伤害的过载情况时，它会给起重机操作者发出警告，保证起重机更安全、可靠地工作。
2 力矩限制器工作原理
根据工作前设定的机械状态参数和工作中检测到的机械状态参数，检索出预存在存贮器内的机械当前状态下允许的最大的载荷，以此为标准，将检测到的实际载荷与其比较，从而判定机械的工作状态是否安全。传感器检测到的电压信号，经过多级放大后再进行模/数转换成数字信号，提供给CPU，由CPU完成数据的检索、比较、显示，并在起重载荷超载时发出报警，同时发送停止指令给执行机构。
力矩限制器工作框图如图1所示。
3 单片机AT89C52力矩限制器控制系统
3.1 系统组成及功能
系统主要由压力传感器、角度传感器、测量及数据传输与处理系统等组成。来自外界的待测信号——主/副钩起吊重量及相应的动作幅度，它们分别经各自的传感器检测并处理后，通过电缆传输到控制器内，经A/D转换后读入AT89C52，进行相应的运算处理后输出控制和显示。
该系统主要有3个方面的功能。1）实现起重机起重力矩的安全检测，实时显示起重机的工作幅度、实际起重量、额定起重量。2）设置预警、报警方式，有预警告灯、过载警告灯、蜂鸣器。当起重机承载力矩达到起重机额定承载力矩的90%时，黄色的预警指示灯点亮，表明这时已接近过载状态；当起重机实际承载力矩达到起重机额定承载力矩的100%时，红色警告灯点亮，同时蜂鸣器鸣响，吊钩的起升、向下变幅等动作必须停止；随着放下起重物或向上变幅操作，该状态可自动解除；按下这个按钮可使蜂鸣器的报警声停止。3）对危险、超载等异常工作情况进行记录，以便查询，作为事故原因分析的依据。
3.2 系统硬件
如图2所示，有系统单片机AT89C52、数据采集通道、数据记录显示、键盘等部分。
1）数据采集通道。数据采集通道中使用拉力传感器、角度传感器、压力传感器，它们分别采集主/副钩起重量及其相应工作幅度信号，放大后利用V/I转换电路将微弱电压信号转换成4～20 mA电流信号。该电流信号送到主控制器后，选用专用芯片RCV420实现4～20 mA电流信号和0～5 V电压信号的精确转换，最后将电压信号送入A/D转换器进行转换。
数据采集A/D转换器选用多量程、多路模拟输入通道、12位A/D转换器MAX197。起重量、吊臂角度电压信号送入A/D转换器的CH0、CH1、CH2通道，可编程选择某通道，将模拟量转换成相应的数字量，再由单片机读入进行运算处理。
2）输出控制接口。在起重机工作过程中，当实际起重量达到起重机额定承载力矩的90%时，用位操作通过P1.5口控制预警指示灯发出预警信号；当实际起重量达到起重机额定承载力矩的100%或工作幅度超过幅度上、下限时，用位操作通过P1.6口控制系统发出声光报警，同时切断起重机向危险方向的动作，但允许向安全方向的动作。
3.3 软件设计
采用模块化结构设计，系统软件由主程序、中断服务程序和功能子程序组成。
1）主程序：完成对系统的初始化，进行硬件自检，对存储器、模拟量、开关量I/O口进行检查，如果出现故障，进行声光报警。主程序流程图如图3所示。
2）中断服务程序：用T0作定时器，定时采集起重量和吊臂倾角数据，定时时间到，则转入中断服务程序。采样子程序完成起重量、吊臂倾角进行采样，数据处理子程序计算出时间起重量和工作幅度值送去显示并存储，然后根据当前实际工作幅度，查表求出对应的额定起重量。比较实际起重量与额定起重量的大小，判断是否过载。
3）键盘管理子程序：当硬件自检通过后，开始扫描键盘，若有键按下，调用键盘中断服务子程序响应键盘输入。该子程序主要完成历史数据的查询和系统参数的设定。
参考文献
[1]皮红梅,杨松,李英顺.用单片机技术实现起重机力限器的设计[J].吉林化工学院学报,2003,20(2):70-72.
[2]王安敏,何兆民,张学强.基于AT89C52单片机的起重机力矩限制器[J].仪表技术与传感器,2008(6):24-25,60.
[3]周洪,胡文山,吴邦春.新型起重机力矩限制器的研制[J].仪表技术与传感器,2004(10):31-32,37.
