仪表设计资料.doc

大连理工大学研究生作业作业题目: 仪表设计大作业课程名称: 仪表设计学号: 314 040 67 姓名: 董文创完成时间: 201 5- 06-09 作业成绩:授课教师: 刘欣教授起重机力矩限制器系统设计 1. 前言起重机是指在一定范围内垂直提升和水平搬运重物的多动作起重机械。有非常广泛的应用。在工作时,如果提升的载荷超过额定载荷,则会发生倾覆,产生事故,所以使用力矩限制器来控制保护起重机安全工作。力矩限制器中的测量系统就显得十分重要。另外,作为安全保护装置的力矩限制器必须具有很高的可靠性、稳定性和检测精度,在此,本文采用单片机为处理器研制了起重机力矩限制器系统,其中,系统中采用了一些新技术和方法,使其测试精度和抗干扰性能得到了提高。起重机的力矩限制器系统是一个完全由计算机控制的独立的安全操作系统, 它能够自动的检测出起重机所吊载的质量以及起重臂所处的角度,并能实时的显示出其额定载重量和实际载荷、工作半径、起重臂所处的角度等数据来实时监控检测起重机的工做状况,自带诊断功能,快速危险状况报警及安全控制,并且具有黑匣子功能,自动记作业时的危险工况,为事故分析处理提供依据。如图 1 图1 2. 系统设计如图 2所示,为一台起重机,可伸缩臂长为 L,臂架与水平线的可变角度为 A, 上车回转中心到臂架顶滑轮的水平距离为 R(幅度)为防止起重机倾翻。要设计出力矩系统,随时检测起重机的实际吊重与该工况的允许吊重相比较,当实际吊重接近或达到允许吊重时,系统报警并控制起重机停止向危险方向(重物起升、幅度增大)动作! 图2 根据以上要求, 设定如下具体要求:( 1) 当实际载荷为额定载荷的 90% 以下的时候,显示器的“正常”灯亮;当实际载荷达到额定载荷的 90% 时,显示器的“90% ”灯亮, 同时力矩限制器主机上蜂鸣器开始发出报警信号;(2)当实际载荷达到额定载荷的 100% 时,显示器“100% ”灯亮,同时力矩限制器主机上蜂鸣器开始加快鸣叫报警;(3)当实际载荷超过 100% 时,显示器“>100%”灯亮, 同时力矩限制器主机上蜂鸣器长鸣报警,其内部的继电器动作,使起升动作以及起重臂增大工作半径的操作自动停止,防止司机误操作和盲目操作造成的事故。要完成以上功能,则力矩限制器系统应包括显示器、单片机计算控制箱、能反映吊重的压力传感器、位移传感器。 3 系统整体布局本文采用 80C196KC 单片机为主控制器。系统整体布局示意图 4 传感器布置即传动方案 1- 接线头 2- 导线盒 1 3- 导线 4- 激光位移传感器信号接收端 5- 激光位移传感器信号发射端测量臂长传动方案图其中导线盒 1 采用类似于可收缩式卷尺的原理设计,导线采用单芯形式即可,接线头采用针孔插入式插头,可以插入仪表的相应插孔。 1- 接线头 2- 导线盒 2 3- 导线 4- 缆线 5- 压力传感器 6- 重物测量吊重方案图接线盒 2 与接线盒 1 的设计方法相同,导线与接线头也均与测量臂长的方案相同。 1 2 3 4 5 1 2 4 3 56 1- 接线头 2- 导线盒 3 3- 导线 4- 激光位移传感器信号接收端 5- 激光位移传感器信号发射端 6- 重锤测量角度传动方案图接线盒 3 与接线盒 1 的设计方法相同, 导线与接线头也均与测量臂长的方案相同。其中 L 是固定长度,测得重锤线的长度 S ,利用公式 L SA arcsin ?得到角度大小。起重机臂架受理与变形图其中: 直线 OC 为变形前的臂架, 曲线 OC 为变形后的臂架;S 为臂架头部合力在变形方向的分力( N ); G 臂架自身重力( N ); 1?为臂架根部角度( rad );2?为臂架头部角度( rad );3?为臂架变形角度( rad ) ;OB 为测量幅度( m) ;OD 为实际幅度( m )。 1 245 6 3SDB A C2? 1? G 3? O 5 系统接口电路图主控制接口电路图模拟信号输入单元电路图数字信号输入单元电路图输出控制单元原理图 6 软件流程图软件流程图 键盘管理子程序本文采用键盘\显示芯片 8279 通过中断方式实现人机对话,主要完成了历史记录数据的查询与传送和系统工作参数的设置。该系统具有“黑匣子”的功能特点,当出现超载报警限动等异常情况时,系统将会把当前的工作幅度、额定起重量、实际起重量及其发生的时间写入 X5045 ,作为事故发生原因分析的原始数据, 用户可通过面板上的按键查询。一般力矩限制器采用硬件调零、标定。为方便用户,本系统采用软件调零和标定,标定参数保存在 X5045 中,开机时由初始化程序读出,用户可通过设置在面板上的按键进行调零和修改,然后保存在 X504 5 中的标定参数。主要参数的修改须输入密码方能进行,可有效防止非法操作,保证系统正常安全地