基于無線傳輸的橋式起重機安全監測系統分析

劉洪具

摘 要：隨著現代工業的發展，橋式起重機的應用日漸廣泛，很多行業在進行一些體積或者質量較大的貨物移動時，都需要應用橋式起重機。與此同時，橋式起重機的安全事故數量也連年遞增，給企業造成了巨大的經濟損失，一方面由于設備較為昂貴，發生事故后設備損壞的維修成本較高，另外一方面企業的橋式起重機設備較少，一旦它發生事故將影響企業的正常運行。因此，必須采取有效的方法實現對橋式起重機安全的監測。文章將結合實例，分析基于無線傳輸的橋式起重機安全監測系統，為相關工作者提供參考借鑒。

關鍵詞：無線傳輸；橋式起重機；安全監測系統

中圖分類號：TH215 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）34-0072-03

Abstract： With the development of modern industry， bridge crane is used more and more widely， many industries need to use bridge crane when moving some large volume or mass of goods. At the same time， the number of bridge crane safety accidents has been increasing year by year， which has caused huge economic losses to enterprises. On the one hand， because the equipment is more expensive， the maintenance cost of equipment damage after the accident is higher； On the other hand， the bridge crane equipment is less， once it accidents will affect the normal operation of the enterprise. Therefore， we must take effective methods to achieve the bridge crane safety monitoring. This paper will analyze the bridge crane safety monitoring system based on wireless transmission， and provide reference for related workers.

Keywords： wireless transmission； overhead crane； safety monitoring system

1 概述

近年來，隨著科學技術的發展，橋式起重機的應用日漸廣泛。但是橋式起重機長時間的使用不可避免的產生一些元件的損耗，很容易引發其出現各種各樣的故障，嚴重影響企業的正常生產運行。傳統的橋式起重機在進行安全監測過程中，采用人工定期巡檢，有線電纜的方式進行數據傳輸，不僅無法精準的掌握故障的具體位置，造成較大的人力資源浪費，而且檢測裝置相對復雜，不易操作和后期維修。在橋式起重機安全監測系統中應用無線傳輸技術，不僅可以對橋式起重機的關鍵位置進行實時的監測，而且能有效預測故障的位置相關信息，有效確保了設備和相關工作人員的安全，提高了故障監測的準確性。因此，研究基于無線傳輸的橋式起重機安全監測系統具有重要的現實意義。

2 橋式起重機安全監測系統總體方案設計

本案中，在進行橋式起重機安全監測系統設計時，系統主要對主梁、電氣控制以及鋼絲繩和起升機構等部件進行安全監測，以上設備分別設立監測子系統。主要監測參數以及關鍵點位體現在以下幾個方面：

（1）主梁的監測：根據對橋式起重機的分析研究，在主梁方面，主要故障點位置集中在跨中、左右端梁。其中在橋式起重機工作過程中，最大應力位于主梁的跨中位置，而最大剪切力則位于左右端梁位置。所以，在采用安全監測系統時，應當著重對以上兩個部位的應力進行參數監測。同時還需對跨中的上下撓度進行測試，保障主梁的安全狀況評估準確。

（2）鋼絲繩的監測：在橋式起重機當中，頭體的對接、設備的轉載都離不開鋼絲繩。在使用過程中一旦鋼絲繩產生故障，會嚴重影響起重機的正常運行。因此需要對其進行斷絲以及截面積損失的漏磁信號進行實時的安全監測。

（3）電氣控制系統的監測：由于電氣控制元件功率較小的特點，很容易受到光和熱的影響，出現黏連、熔焊等問題，影響電氣控制系統的正常運行。一般情況下，在橋式其中既安全監測系統中，需要對電氣控制系統電路中以下元件進行監測：橋式起重機起升機構的時間延時繼電器；大小車的行程開關元件。

（4）起升機構系統監測：減速器運行狀態與故障可通過溫度以及潤滑油中磨粒含量和齒輪箱振動等進行判斷，由于測試技術條件有限，目前以提取齒輪振動信號來實現對減速器狀態的分析，它對減速器的狀態變化反映迅速、真實、全面。

如圖1所示，本案在進行橋式起重機安全監測系統過程中，主要是將傳感器設置在各子系統的關鍵監測位置，通過傳感器對橋式起重機在運行過程中關鍵位置的參數信息進行收集，并將其存儲在單片機當中，同時采用擴展存儲器的方式，解決單片機的信息存儲量較少的缺點。當相關工作人員需要對橋式起重機的運行現狀進行查看時，可以借助計算機系統，利用無線傳輸網路，獲取單片機存儲器當中的相關監測數據，利用計算機的分析處理功能，對各子系統的運行現狀進行評估分析，將異常信息以警報的方式展現出來，便于相關安全管理工作人員及時的獲取橋式起重機的安全現狀，并盡快組織技術人員對預警位置進行維修。

3 信號的采集與測量

本安全監測系統在進行信號的采集和測量時，采用單片機進行。信號的來源主要分為兩部分，一部分來源于設置在關鍵位置的傳感器所采集到的模擬信號，另外一部分來源于電子元件本身所產生的電信號（如圖2所示）。

如上圖，當處于橋式起重機各關鍵位置的傳感器，采集到相關的模擬信號時，會首先對信號進行初步的處理，包括放大、濾波、A/D轉換等；然后將新型號存儲到單片機的外置存儲器中；最后利用無線傳輸系統的收發電路，將主機所需要的相關信號數據，以無線信號的形式發送給主機，方便相關工作人員查看。

4 信號的無線傳輸

本案中的橋式起重機安全監測系統在進行信號的傳輸過程中，采用了無線傳輸的方式，采用無線收發芯片nRF401作為無線傳輸電路的核心元件。nRF401可以較好地實現單片機采集系統與單片機之間的無線數據傳輸功能。在實際應用過程中，將單片機80C196KC的引腳CS接地處理，并將頻段調整到433.92MHZ，使其實現了與無線收發芯片nRF401的連接（如圖3所示）。一般情況下，無線收發芯片nRF401為了降低功耗，處于休眠狀態。

5 協議的單片機模擬

當單片機處于并口協議狀態下時，系統主機處于查詢方式，而從機則處于終端方式。從機的相關SET信號，應當與其外部中斷引腳相連。控制位邏輯值的定義：

#define READ O；

#define WRIT l；

#define DATA O；

#define ADDR 1。

5.1 主機并口協議程序

當橋式起重機安全檢測系統的主機處于查詢方式下時，它會主動和從機進行通信連接，并實現對從機中的數據進行讀/寫操作。系統利用調用延時函數delay（），主機、從機可以有效的對SPI的傳輸速度進行控制。相關用戶程序，只需要對PPI_ReadBuf（）和PPI_WritBuf（）函數進行調用，就可以實現對從機中的相關數據，進行讀/寫操作。

5.2 從機并口協議程序

對于從機多機并口信號線，其中的A/D以及為W/R，都可以對單片機的任意I/O進行使用。在實際設計過程中，對D0到D7的進行了雙向并口的設計。但是由于SET受限于TNT引腳的使用限制，所以本橋式起重機安全監測系統中，還使用了引腳INTO。這樣，就可以通過中斷服務程序來實現從機的多機并口協議，同時配合主機，實現了相關數據的讀/寫操作。

6 軟件實現

6.1 采集終端的軟件設計

當單片機初始化之后，開始進行安全監測工作，首先對部件的制動間隙采集程序進行調動，實現對制動間隙的安全監測，并將傳感器采集到的結果進行實時顯示。然后當服務器發出相關的指令后，會根據相關協議的規定，對終端進入串口終端進行判斷，確定是否是對該終端發出的指令。當判定結果為是時，則將采集到的結果傳遞給上位機；當判定的結果為不是時，則進行中斷跳出，繼續等待一下個指令。對于無線傳輸橋式起重機安全監測系統而言，其采集終端的軟件設計過程中，基本流程如圖4。

6.2 服務器的軟件設計

本系統的服務器程序，采用Visual C++ 6.0開發設計而成，主要包含了用戶的操作界面、數據庫、數據分析以、報表生成以及終端數據傳輸等部分。其中對于后臺的數據管理，則使用Access 2003進行開發設計。從而便于服務器程序與數據庫之間的數據共聯。

服務器在進行工作過程中，首先發起連接信息，然后按照相關的順序，對每一個終端的相關數據信息進行采集，最后實現所有的終端信息的采集。本服務器的操作用戶可以在系統中設定固定的采集時間，也可以根據需要進行實時的數據采集工作，也可以選取指定的終端進行相關信息的采集工作。

7 結束語

綜上所述，隨著國民經濟的高速發展，橋式起重機在各行各業中的應用日漸廣泛。本文基于無線通信技術，對橋式起重機的安全監測系統進行了設計，改變了傳統的人為檢測判斷或者有線電纜監測方式，提升了橋式起重機故障監測準確性，保障了設備和相關技術人員的安全。因此，相關企業應當重視無線傳輸技術的應用，通過在線監測功能的實現，確保橋式起重機的安全穩定運行，保障企業的正常生產。

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