单片机在臂架型起重机力矩限制器上的应用_图文

1、微机应用与智能化Microcomputer Applications工程机械第38卷2007年9月起重机作为大型起重运输机械,操作不当或超载,容易引起翻车、折臂等严重后果,国家规定对于16t以上的起重机要求安装安全保护设备。臂架型起重机力矩限制器实时测量起重机的起重量、臂杆的长度、臂杆转过的角度等参数,由程序控制起重作业,进行报警或强制停机1。国外先进的力矩限制器运用模糊控制和专家系统,通过设置工作程序,自动完成起重作业,并且能对起重机械进行全方位的监控,但维护保养比较困难,并且与我国目前的起重机配套较困难。本文在研究参考国内外现有力矩限制器的基础上,充分利用电子技术、传感测试技术等方面的成果

2、,运用16位单片机80C196KC,研制了一种具有智能化的臂架型起重机力矩限制器,能够实时自动监测、计算起重力矩,当实测起重力矩达到设定起重力矩时,通过监控力矩开关信号,判断力矩是否继续增加,自动控制起重机的液压系统。所研制的臂架型起重机力矩限制器在某一型号的16t起重机上试用,满足了起重作业安全保护的要求。180C196KC单片机280C196KC是高性能的16位单片机,可以采用16MHz晶振,有很高的操作速度和数据吞吐能力,内部RAM488B,有24b的专用寄存器,CPU的操作直接面向256b的专用寄存器;80C196KC内有一个逐次逼近型的A/D转换器,共有8个输入通道。其输入引脚ACH

3、0ACH7与P0.0P0.7共享。内部的A/D转换器8b/10b可调,自带采样、保持电路,这样减少了外围电路,也减少了干扰和干扰源,增加了系统的稳定性和抗干扰性,并且缩小了控制板的尺寸,在本系统中采用10b转换方式。该限制器80C196KC单片机采用8位地址/数据复用总线,其主要作用是采集传感器信号、倍率设定值、数字输入信号,按起重性能曲线进行数据处理,输出控制信号。2工作原理当实测起重力矩小于其相应工况下的额定起重力矩时,起重机作业正常进行;当实测起重力矩达到其相应工况下的额定起重力矩的90%时,报警装置显示黄色报警信号,开始预报警;当实测起重力矩等于或大于其相应工况下的额定起重力矩时,力矩

4、限制器保存实测起重量、臂杆长度、臂杆转过的角度、工作幅度以及当前时间等超载数据,报警装置显示红色报警信号,同时控制蜂鸣器打开,以声音报警。当实测起重力矩达到其相应工况下的额定起重力矩,通过监控力矩开关信号,判断力矩是否继续增加,如果实测起重力矩向增加的方向运动,力矩限制器输出控制信号控制起重机的液压系统,自动停止起重机作业;如果实测起重力矩向减少的方向运动,力矩限制器输出控制信号控制起重机的液压系统,起重机继续作业。单片机在臂架型起重机力矩限制器上的应用鲁东大学交通学院梁桂航于京诺宋进桂李栋!"!"!"!"摘要:起重机作为大型起重运输机械,如果操作不当,

5、可能导致起重机侧倾甚至倾覆等事故,为了防止起重机倾覆事故的发生,国家规定使用16t以上的起重机必须安装力矩限制器。运用80C196KC16位单片机研制臂架型起重机力矩限制器,包括硬件电路和软件的设计。所研制的臂架型力矩限制器能够实时监测起重机械的起重力矩数据,将超载工况下的工作参数以及相对应的时间数据实时存储,并且在断电的状态下存储的数据不会丢失,同时能够发出声光报警;通过监控力矩开关信号,判断力矩是否继续增加,自动控制起重机的液压系统,使起重机停止起重作业。利用电子技术、传感测试技术等方面的成果,在不改变该力矩限制器硬件的基础上,修改软件参数,可运用于不同型号的起重机械。关键词:单片机起重机

6、力矩限制器智能化6微机应用与智能化Microcomputer Applications第38卷2007年9月工程机械图1硬件组成图2部分接口电路单元3系统组成3、4该力矩限制器系统如图1所示,主要包括:16位单片机80C196KC 、32K 存储器27256、时钟芯片DS12887、LCD 、80C196KC 单片机接口电路单元5接口电路单元由80C196KC 单片机及外围扩展电路构成,用来将采集的传感器信号、倍率设定值和数字输入信号,按起重性能曲线进行数据处理,记录违章数据,输出控制信号。为提高系统的稳定性和抗干扰性,设计了输入控制模块的接口电路、输出控制模块的接口电路及液晶显示模块接口电路

7、。80C196KC 单片机内部无ROM,因此扩充(32K ×8位的EPROM 程序存储器芯片27256。部分接口电路单元电路见图2。3.2信息存储单元6时钟芯片DS 12887内置可充电的锂电池,内部充电电路能自动对锂电池充电,正常工作时保证时钟数据10年内不会丢失,内部有114b 的RAM ;时钟芯片在首次使用前必须初始化。DS12887与80C196KC 的连接电路图见图2,当力矩限制器监测实测起重力达到设定起重力矩时,80C196KC 将超载作业的工作参数以及当前时间存储在DS12887内部的RAM ,114b 的RAM 能够保存8次超载作业的工作参数以及当前时间数据,其中实测

8、起重量、臂杆长度、臂杆转过的角度和工作幅度,以及所对应的时间数据在存储时按照整型类型(16位保存,时间数据在存储时按照字符类型(8位保存。3.3输入和输出单元7输入电路单元是传感器输入信号、数字输入信号与80C196KC 单片机接口电路单元的接口板,具有信号的滤波、放大、隔离等功能。模拟信号输入电路见图3,数字信号输入电路见图4。输出电路单元是单片机输出控制信号与80C196KC 单片机接口电路单元的接口板,具有信号隔离、功率放大的作用。由于起重机械的工作环境比较恶劣,在电源管理方面,采用2个DC-DC 电源隔离模块,一路转换电源供传感器使用,另一路转换电源供主控制器使用。输出控制电路将单片机

9、的输出信号隔离、功率放大,驱动电磁阀。输出控制电路见图5。该电路中由于驱动继电器需要较大的电流,7微机应用与智能化Microcomputer Applications工程机械第38卷2007年9月图4数字信号输入单元图3模拟信号输入单元图5输出控制单元原理图采用三极管放大以增加驱动电流;为防止高频干扰对光耦合器输出端的影响,在输出端一侧加1个滤波电容;由于继电器的工作方式是吸合方式,在开关的瞬间,触点容易产生火花引起干扰,并且继电器的线圈是感性负载,在关断的瞬间,电感会产生较大感应电动势,感应电动势过高会造成三极管的集-射极间的电压过高而损坏,因此增加1个反接的保护二极管,用于反向放电。为便于

10、直观判断出相应工况下的力矩变化情况,将实测起重力矩占相应工况下额定值的百分比,用点亮LED 的个数表示。利用地址锁存器74HC377对数据的锁存功能,控制要显示的LED 的个数,动态显示载荷变化情况。3.4液晶显示单元8力矩限制器采用4组液晶显示单元,在起重作业过程中分别用来显示实测起重力矩、臂杆长度、臂杆转过的角度和工作幅度;检查超载数据时,采用键盘中断的方式7,将存储在DS12887内部RAM 的数据输出到液晶显示单元,超载作业的时间数据先在液晶显示单元上显示,然后显示超载作业的工作参数数据。液晶模块选用北京青云公司生产的通用仪器仪表液晶显示模块LCM045A ,3线串口与单片机80C19

11、6KC 连接,工作电压为2.75.2V ,功耗低,工作温度为-1060,稳定可靠,视角对比度可调,液晶模块显示清楚。4软件设计9软件设计是力矩限制器的重要内容之一,采用C 语言进行模块化软件设计,软件功能模块有自检及初始化模块、A/D 转换模块、显示控制模块、数据存储模块、输出控制模块和键盘控制模块。程序运行时,力矩限制器首先进行程序自检及初始化,然后对模拟信号进行A/D 转换,将采集的数据实时显示在LCD 上;如果实测起重力矩超载,软件会根据所采集的信息,输出声音报警或光报警或强制停机等信号;软件具有记录超载数据的功能。为保证力矩限制器的正常工作,设计故障自我诊断模块,当发生故障时以代码的形

12、式在LCD 上显示。80C196KC 可以同时引入8个不同的模拟量,A/D 命令寄存器AD_COMM AND 规定单片机模拟量输入通道号、A/D 转换的位数(10位或8位以及启8微机应用与智能化Microcomputer Applications第38卷2007年9月工程机械动A/D 转换的方式;转换的结果存放在A/D 结果寄存器内AD_RESULT ,因为只要启动一次A/D 转换,A/D 的结果便被清零,因此,存放于A/D 结果寄存器的某一次A/D 转换结果必须及时转移。A/D 转换的计算公式:D=1023×(V 1-V 0V 2-V 0式中:V 1为输入通道的电压;V 0为A/D

13、 转换的模拟地;V 2为A/D 转换的模拟参考电压。输出控制模块单片机80C196KC 的输出信号经过三极管放大后控制电磁阀导通或截止,电磁阀作为开关装置串联在起重机液压系统的电磁液动阀上。当实测起重力矩等于或大于其相应工况下的额定起重力矩,查询监控力矩开关信号,如果实测起重力矩向增加的方向运动,力矩限制器输出信号控制电磁阀导通,因此起重机的液压系统的电磁液动阀卸荷,自动停止起重作业;如果实测起重力矩向减少的方向运动,力矩限制器输出信号控制起重机继续作业。键盘中断模块完成人机交互功能,当操作人员按下键盘时,能够在液晶显示单元上显示所需要的信息。存储在时钟芯片DS12887的超载数据,通过中断的

14、方式,能在任何时刻,从指定的液晶显示单元上显示数据。该力矩限制器采用16位单片机,数据处理能力增强,能自动存储超载状态下的数据,提高了起重机操作的安全性。所研制的力矩限制器符合国家有关的技术标准,通过对传感器重新进行标定,改变软件设计和配备不同类型的传感器,能够适用于不同型号的起重运输机械。参考文献发D.大连:大连理工大学,2001.2刘复华.8×C196KX 单片机及其应用系统设计M .北京:清华大学出版社,2002:97-106.用J.国外电子元器件,2003(4.4王幸之.单片机应用系统抗干扰技术M .北京:北京航空航天大学出版社,2000:101-165.电液悬挂控制系统J.

15、中国农业大学学报,2002,7(6:68-71.6周兴华.实时时钟芯片DS12887特点与应用J.电子世界,2005(7.7何立民.M CS-51系列单片机实用系统设计系统配置与接口技术M .北京:北京航空航天大学出版社,1992:138-149.8李华.M CS-51系列单片机实用接口技术M .北京:北京航空航天大学出版社,1993:287-297.9程军.Intel 80C196单片机应用实践与C 语言开发M .北京:北京航空航天大学出版,2001:130-140.通信地址:烟台市芝罘区红旗中路186号鲁东大学交通学院(264025(收稿日期:2007-02-27图6A/D 转换子程序流程

16、图9Construction Machinery and EquipmentVol.38No.9Abstracts in English!Acquisition of Assembly Information of Hydraulic Torque Con-verter and Research on Its Automatic AssemblyVirtual assembly is a key technique used to increase assembly quality and improve assembly process.Through an analysis to asse

17、mbly models widely used currently,a product assembly model that describes product assembly information by layers according to component layer and feature layer is de-termined in association with the expression of product assembly model in Pro/E.Product assembly information is acquired through direct

18、 accessing the internal data of CAD model by employing API function with Pro/Toolkit as development tool and Visual C+as programming language.First,basic models that share the common attributes of stored component models and assembly models are set up in Visual C+,assembly models and compo-nent mode

19、ls inherit the data members in the basic models;constrain mod-els are established at the same time and corresponding relationships be-tween constrain models and constrain members in Pro/E system are set up.Then,assembly information of an assembled product body is picked up with recursive algorithm a

20、nd a simple and clear related assembly matrix is established using interaction functions among parts and components,which provides assembly information data for assembly process planning and the model tree is reconstructed with API function in Pro/Toolkit.Position and posture relations between basic

21、 assembly model and other part module are obtained through assembly constrains and the reality of virtual assembly is ensured through acquiring the physical properties of components.Lastly,automatic assembly is realized using API in Pro/Toolkit in association of actual assembly characteristics of hy

22、draulic torque converter.Keywords:Virtual assembly Assembly modelAssembly planning Hydraulic torque converter Pro/Toolkit API functionApplication of SCM to Moment Limiter on Lattice Type Cranes As a large material handling equipment,transverse tilting or even overturn failures of a crane may occur i

23、n case of improper operations.In order to prevent overturn failure of cranes,installation of moment limiters is a man-date for all cranes larger than 16t in national standards.A moment limiter is developed with 80C196KC16SCM for lattice type cranes and its hard-ware circuit and software are designed

24、.The moment limiter monitors hoist-ing moment data for cranes in real time and stores the operating parameters and related time data during over-loaded.The stored data will not disap-pear even during power interruption and an acoustic or sonic alarm will signal at the same time.The moment switch sig

25、nal is monitored to judge the continuous increase of moment and the hydraulic system is controlled au-tomatically to stop the operation.Applying the achievements of electronic technology and sensing measurement technology,the limiter can be applied to different types of cranes after modifying its so

26、ftware on the basis of no hardware modification.Keywords:SCM Crane Moment limiter IntelligentizationAnalysis on Installation Clearance Adjustment for Forklift Coun-terweight and ApplicationStability,firmness of counterweight installation,even clearances between counterweight and machine frame and re

27、ar outrigger of top protective structure are all important indexes to verify forklift's safety and appearance.Causes of uneven clearances between counterweight and machine frame,rear outrigger of head guarding frame are discussed.The clearances ad-justment is analyzed and studied by site observa

28、tion and movement simu-lation with 3D drawings.Four kinds of structure types for clearance ad-justment between counterweight support plates and counterweight are pro-vided,they are unequal-side trapezoidal counterweight support plate +shim plate,right angle trapezoid counterweight support plate +shi

29、m plate,equal-side trapezoidal counterweight support plate +shim plate and rect-anglar block counterweight support plate +shim plate.Their movement situations are analyzed and calculated.Loading analysis is conducted aim-ing at typical structure,advantages and disadvantages of various adjust-ment me

30、thods are compared.Results show that there are more disadvan-tages than advantages of rectanglar counterweight support plate so it is not advisable to apply.Considering production cost and convenience of practi-cal operation,right angle trapezoid counterweight support plate +shim plate structure is

31、recommended.Keywords:Counterweight plate Shim plateCounterweight Clearance AdjustmentDiscussion on Operating Mechanism of Vibratory Compactor The structure of operating mechanism on a vibratory compactor plays an important role for the compactor's performances.Conventional operating mechanism is a single shaft,circumferential exciter,which changes the amplitudes of operating mechanism through changing rotating direction of the mechanism and there are generally only two amplitudes and two fre-quencies.In addition,th