起重机械安全监控系统设计探讨

朱朝平

摘要：起重机械在应用的过程中，错误的操作方式以及不恰当的管理都会造成较为严重的后果，起重机械安全监控系统在此时就显得格外重要。本文先对起重机械的安全系统的总方案进行了介绍，然后对安全系统进行分析以及系统模型的建立进行阐述，最后对安全系统的具体实现加以说明。

关键词：起重机械；安全监控系统；多动态参数

所谓起重机械就是指用于垂直升降或者是水平移动重物的机电设备。根据国家质检总局的颁布，起重机械主要分为：桥式起重机、门式起重机、塔式起重机等等。起重机械的使用在现在的工业生产以及建筑中都具有着十分重要的地位。如果出现起重机械使用不当的现象，就会造成十分严重的后果，轻则会使企业在经济上受到一定的損失，重则会伤及到人员的生命安全。所以，对于起重机械安全监控系统的设计也就显得格外重要。

一、起重机械安全监控系统的总体设计方案

根据《起重机械安全监控管理系统》可以了解，在进行总方案设计的过程中要保证系统的总体精度要达到5%。同时把起重机械安全监控系统分为三个部分，首先就是前置信号采集模块，这一部分主要就是由RS485通信模块、传感器以及微传感器构成，其主要作用就是对传感器信号进行采集。又因为前置信号采集模块具有远距离传输以及增强传感器信号抗干扰等能力，这就使得传感器在传输的过程中失真情况减弱，大大的提高了系统测量的准确度。然后是机载控制信号，这一部分主要是由微控制器、存储模块、无线通信模块、显示模块等组成。机载控制信号主要是在起重机械的驾驶室内安装，其主要作用就是对模块信号进行采集、存储、处理以及分析，并实现监控的目的，所监控到的结果会在显示评上显示，这样就能够做到远程监控。最后是起重机械动态稳定分析，这一部分的主要作用是根据所监控到的结果以及起重机械本身的参数来进行分析，并获得相应时态的动态稳定系数，这样就能够达到对起重机械平衡性进行分析的目的。

二、对安全监控系统进行动态稳定性分析并建立理论模型

（一）起重机械安全监控系统的静态稳定系数

所谓起重机械静态稳定就是指，只考虑起重机械的内部因素的作用，也就是自身重量与载荷，而不对其他外力进行考虑，例如风速、惯性等等。

（二）起重机械安全监控系统的附加倾覆力矩

在起重机械安全监控系统中，所谓的附加倾覆一般指的是：风力附加力矩、惯性附加力矩、变幅的影响以及向心力的影响。对于起重机械来说，在露天进行作业的情况时有发生，但工作时出现大风天气就要对大风所带的影响进行考虑。起重机械的本身体积就较大，当风载荷作用在起重机的机身、起重掉臂以及吊物上时，风向的不定时变化会对起重机械带来不同的影响，会导致附加倾覆力矩的的产生。对于惯性附加力矩来说起重机械在进行运送重物的过程中，重物的会产生一定的惯性，这种惯性在一定程度上改变了倾覆力矩，使其在一定程度上有所增加。尤其是在起吊以及下制动的过程中，重物所产生的惯性较大，会影响起重机械的稳定性。变幅影响就是起重机械在进行向上或是向下变幅的过程中，会对吊臂产生一个力，这个力会垂直作用在起重掉臂的端部，从而使倾覆力矩增加。向心力影响则是起重机械的变幅机构在做向心运动时，会产生一个向心力，而这个向心力会导致倾覆力矩的增加。

三、对安全监控系统的设计及实现

（一）对安全监控系统的硬件结构设计

在实现对安全监控的硬件结构的设计中，主要分为两个部分，首先就是对信号采集模块的设计。对于起重机械来说，应该注意的问题就是信号在传输的过程中会产生失真或者缺失。因为对于起重设备来说，在产生可传感器信号之后要经过一段长距离的传输，这样就会造成刚刚所诉的那种情况。所以，在监制点附近要安放一个采集模块。众所周知，模拟信号与数字信号相比较之下来说，没有数字信号的一些不易失真、抗噪能力强等一些特点，所以在进行传输的过程中，首先把模拟线号转变为数字信号，再输入到微控制器中进行相应的处理。具有然后是对机载控制器模块的设计，机载控制器的主要作用就是将其安装在控制室内，接受所采集的信号，并对这些数据进行相应的计算和处理。对于微控制器来说，应该使用Cortext-M3内核的STM32F103VET6单片机，因为这样才能够更好的保证其数据处理的能力以及满足计算和储存等其他方面的要求。

（二）对安全监控系统的软件结构设计

对于安全监控系统的软件结构设计也主要分为两个部分，首先是对主程序的设计，主程序主要是对数据进行接受，并将其进行发送，使数据能够与显示器做到同步。然后是稳定性分析，主要作用就是对传输过来的数据进行计算。

（三）以门式起重机械为例，对系统设计进行阐述

在进行系统设计的过程中，主要是以编码器、传感器、实时数据与数据查询以及报警处理着几方面构成。在对于编码器进行使用的过程中，系统主要是对两个相差为90度相位差的通用性螺旋编码器进行使用。编码器在工作时，主要是将其连接到电机主动轮上。编码器所采用的为NPN型集电极电路输出，工作的电源DC12-24V，并且其分辨率为500线。传感器是一种分辨率为12位二进制、11为二进制的输入适配器，能够有效的实现对指定电流或电压的输入。例如，当系统所用的风速与张力的传感器均为4-20mA的电流信号时，风力传感在4-20mA时，所对应的风速为0-30m/s，在传感器中，4-20mA的电流与PLC中的D8261的0-4000所对应，所以在将数据传给D1时，可利用D1*30/4000来对其计算。在进行实时数据与数据查询过程时，主要是通过昆仑通态触摸屏来进行实现，利用实时曲线能够对信号进行实时显示，通过历史曲线能够对之前的数据进行查询。在报警处理过程中，主要是对所收集到的参数进行分析，得到安全参数后，再采取相应的措施，这样就能够更好的对事故进行排查。并且报警处理系统能够防止碰撞事件的发生，当有车进入到吊具前方时，系统会进行报警，并实现对小车限速10%运行。

四、结语

综上所述，在起重机械的安全监控系统设计中，控制器能够实现对项目进行实时监控，如果发生意外情况，控制器能够实现对控制电路进行切断的功能。对于稳定性而言，安全系统也是能够实现对参数的监控，保证起重机械安全稳定的进行工作。现在社会经济发展的如此之快，工业也在不断进步，各种大型起重机械的应用也让人们认识到了起重机械安全监控系统的重要性。只有在保证安全的前提下不断的发展经济，国家才会变得更加的繁荣昌盛。

参考文献：

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