起重检测控制器优化设计与实现

程望斌 , 粟向军, 肖 柳, 郭彩云, 符艺丹, 张松祥

(湖南理工学院 信息与通信工程学院, 湖南 岳阳 414006)

引言

现代工业的迅速发展带动了检测与控制技术的日益更新[1], 建筑、机械、运输等行业对起重检测控制器的需求量不断增大, 同时对起重检测控制器的安全性和可靠性[2]也提出了更高的要求. 起重检测控制器是一种通过检测并显示起吊物件重量, 当起重机械超负荷作业时能够自动实现自我保护的电子装置.

许多国家已明文规定所有桥式和门式起重机都要装设超负荷限制器. 称量装置除了预防起重量超载以外, 还要保证记录重量的准确性. 目前我国常用的起重检测控制仪是由丹东市三友电器厂生产的, 包括电阻应变式传感器网络和微机控制显示仪表两部分, 其中传感器系统包括电阻桥和信号放大两部分, 用于起重机械的超载保护.

1 起重检测控制器设计原理及特点

起重检测控制器的基本原理: 起重机的载荷通过电阻应变式负荷传感器进行检测, 当起重机吊起重物后, 传感器受压产生与载荷成正比例的毫伏级电压, 经放大后变成伏特级的电压信号, 再通过四芯电缆送入后级电路进行处理. 由于传感器与后级PLC(Programmable Login Controller, 可编程控制器)[3,4]电路之间的连接电缆长度需要数十米,使用中发现存在如下问题: (1)工矿环境中的干扰问题. 使用环境中的强干扰使得传感器输出的电压信号经过电缆传输后的电压有时出现剧烈波动, 从而引起后级电路出现误判; (2)与后级电路的接口问题. 原传感器使用的是6V±供电, 而实际应用项目中机柜供电是15V±, 需要变压后馈电. 起重检测控制器压力传感器部分实物图如图1所示.

起重检测控制器的最大特点: 有效地同起重机械的具体结构形式相结合, 确保压力传感器和控制显示仪表的使用不影响起重机的安全性. 起重检测控制器主要由传感器、控制显示仪表两部分组成, 其中传感器用于检测起吊物件重量, 控制显示仪表则根据起吊重量进行判别,输出相应的状态控制信号. 传感器的质量直接关系到控制仪的准确度、稳定性及工作性能, 而传感器现场应用的条件通常比实验室条件复杂得多, 特别是在工业过程的计量和检测中, 环境、温度、湿度和大气压均会发生明显的变化, 同时在安装过程中也会发生过载、偏载或其它非正式载荷, 有时还会存在严重的粉尘和腐蚀性气体, 这些因素均会带来附加误差, 若仪器缺少抗御能力, 实际使用的精度将大大降低, 有时甚至无法工作.

图1 压力传感器实物图

2 起重检测控制器前置放大电路设计

为了减小信号在传输环境中的干扰, 我们把之前的电压传输信号改为采用电流传输信号. 使用0～20mA的工业标准, 在对电阻桥输出的毫伏级电压进行放大之后, 变成伏特级的电压, 再将其转变成 0～20mA 的电流, 通过电缆传输. 同时增加二级稳压电路, 可以将通过电缆传送过来的±15V电压变成±6V电压, 供给电阻应变式传感器桥, 以保证传感器桥供电的平稳性. 前置放大电路框图如图 2所示.

3 起重检测控制器显示控制系统设计

起重控制器还具有起重显示与超重自动控制功能[5]. 显示控制框图如图3所示.

在图3中, 系统设计与功能介绍如下:

(1)显示功能

5位显示(分别显示重量的百、十、个、十分和百分位吨位(单位: 吨)), 需要5个LED数码管; 用1片MC14489作为显示驱动电路, 驱动5个LED数码管显示(采用动态扫描方式驱动共阴极LED数码管).

(2)控制功能

① 清零. 按“清零键”, 数码管显示为“000.00”.

图2 前置放大电路框图

图3 显示控制系统框图

② 复位. 按“复位键”可恢复通电启动状态, 即显示额定值. 一般用在“置零”无效和“死机”时.

(3)额定起重量设置

为了使用的需要和灵活性, 需对额定起重量进行重新设置. 用 3个四位的拨码开关分别表示额定起重量的百、十、个位,理论上可以设置的额定起重量(量程)范围:0～999(单位: 吨).

(4)起吊提示

加一个指示灯和继电器, 提示有重物被吊起, 即已经吊物时有专门提示.

(5)报警功能

① 预报警. 当起重量到达额定起重量的 90%时, 仪表发出预报警声响, 预报警指示灯发亮, 以提醒操作人员注意.

② 超重报警. 当起重量到达额定起重量的105%时, 仪表发出与预报警声响不同的超重报警声响, 超重报警指示灯发亮.同时控制继电器切断起升电源, 阻止起重机继续上升, 起到保护设备的作用.

图4 主程序流程框图

4 起重检测控制器系统软件设计

要实现新型起重控制器系统功能[6],除了硬件系统设计与实现外, 还需要进行程序设计. 主程序流程框图如图4所示.

5 结束语

随着自动化控制技术的日益发展, 起重检测控制器已由单一的称量工具逐步演变成自动化生产中重要的组成部分, 向着自动化、智能化、集成化和信息化方向发展. 新的起重检测控制器不仅要求具有起重显示功能, 更需要有超重报警和控制功能, 能够自动地进行自我保护.

[1]程望斌, 陈 进, 陈 新.新型无线感应技术在位置检测中的应用[J].电子测量与仪器学报, 2010, 24(4): 379～384

[2]程望斌, 陈 进, 陈 新.感应无线技术研究及其在位置检测中的应用[J].湖南理工学院学报, 2010, 23(4): 62～65

[3]熊学成.基于PLC的门式起重机地变频调速控制系统[J]. 中国水运, 2008, 8(12): 135～136

[4]严向前, 王 箭, 迪礼拜尔, 等.PLC在25吨电动双梁吊钩桥式起重机电力拖拉系统中的应用[J].新疆石油天然气, 2009, 5(1): 94～98

[5]李桂平, 张菲菠.浅谈施工升降机起重量限制器[J].建筑机械化.2009, 19(8): 68～69

[6]罗洪生, 李洪应, 王英杰, 等.新型起重量限制器的应用[J]. 建筑机械化. 2009, 19(8): 70～71