研讨浅析塔式起重机安全监控系统

论文导读：
【摘 要】 本文浅析了一种8051单片机控制的塔式起重机安全监控系统，介绍了其主要组成、工作原理、软硬件设计、及系统调试。系统能够通过触摸屏实时直观的显示现场采集来的数据。系统软件设计采用C语言，通过用户界面对超出安全范围的数据给出报警信息，从而提高塔机工作的安全性。
【关键词】 塔式起重机 单片机 监控系统 触摸屏
塔式起重机作为目前工业和民用建筑工地上不可缺少的机械设备之一，越来越多的出现在人们的视线中。近年来，超载、超限引发的塔机倾覆、结构断裂事故越来越多，造成了严重的人员伤亡和经济损失。本文所述塔式起重机安全监控系统，将单片机作为控制核心，可实时监视塔式起重机的多项工作参数，如起吊高度、起吊重量、变幅距离等，具有超限前预警、超限报警等功能。
1 安全监控系统的组成及工作原理
根据起重机安全保护系统的具体要求，安全保护系统主要由状态数据的采集、数据处理、工况的显示报警和起重机的控制四部分组成。数据采集部分一般由传感器（如压力、角度传感器）、限位器（如回传角度、变幅限位器）和数据采集电路组成；数据处理采用STC89C51单片机来实现，该单片机厂家型号多，便宜，软件支持好，是串口ISP，相对AT89S的并口ISP来说，使用方便，因为，大多数计算机尤其笔记本大多都带一个串口；工况的显示报警由触摸屏和报警装置组成。安全监控系统的组成如图1所示。
根据要求，传感器和限位器分别安装在起重机的相应位置，在起重机运行过程中，实时监测参数的变化并由A/D转换电路之后，送入单片机中，调用预先编写的程序对信号进行处理计算，再与单片机中存储的塔吊工作特性表（额定限值）进行比较，判断结果由控制单元对塔吊实施安全保护控制，当超载或超限时，发出声光报警，同时触摸屏显示塔吊的实际起重量、额定起重量、负荷率等工作数据。
2 安全监控系统主要性能参数

2.1 起吊高度限制

选用QCX型起升高度限制器，能够有效防止设备冲顶、出轨、坠落等事故的发生。根据起重机卷筒有效工作圈数选定型号（QCX/A/B/C型）。

2.2 起吊重量监测

塔机的重量信号是用轴销式测力传感器进行检测的。轴销式测力传感器轻巧、方便、安装简单，在选用时要考虑到很多因素，实际使用中，主要从使用环境、传感器的量程、测量精度因素考虑。另外，测力传感器的灵敏度、最大分度数、最小检定分度值等也是传感器选用中必须考虑的指标。当起重机械起吊重物时，重量传输到定滑轮轴上安装的传感器使传感器产生微量电压变化，经仪表放大器放大后经转换器变成数字信号，经钢丝绳对滑轮产生的合由测力传感器间接测量获得，处理后换算成重量值，该值与额定起重量比较如达到90%的额定值时进行预警，当达到110%的额定值时切断电源并发出声光报警。

2.3 位移监测

位移传感器用来检测高度、幅度和回转角度等信号，使用的传感器主要有电位器、旋转编码器、接近开关和霍尔传感器等，通过检测起升卷筒、变幅卷筒的旋转量，或者将起升绳、变幅绳的源于：论文格式模板www.7ctime.com
移动以及回转支承的运动转换为位移传感器易于检测的旋转运动，从而计算出相应的位移信号。
3 软件设计

3.1 软件设计主程序流程图如图2所示

3.2 软件设计，主要分为3部分。

（1）上位机部分：组态控制界面的设计；（2）下位机部分：单片机系统初始化程序、信号采集处理程序、紧急事故处理程序、驱动程序等设计，采用C语言编程；（3）通信部分：触摸屏通信程序设计、单片机通信程序设计。
4 系统安装调试
系统安装完成后，要对安装的监控系统进行精度调整和超载动作试验，以确保系统正常运行。准备已知重量的重物和标准卷尺，校准和测试实际吊臂的工作幅度、塔吊的空钩载荷、校准塔吊的吊重载荷（各吊钩分别起吊最大额定起重量的30%～90%的重物一次）、预警功能试验（分别起吊最大额定起重量的90%～100%的重物三次）、报警和切断功能试验（起吊额定限值105%～110%的重物三次），达到设计功能调试结束。
5 结语
经工程现场应用，本系统具有较高的精度、实时性、可靠性和经济性，不仅可以实时显示塔机工作状态，还具有预警和超限保护功能，具有很强的实用性和指导意义。
参考文献
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吕广明，王铁军.基于DSP的塔机工况参数数据采集系统.建筑工业化，2011（04）55-57.