起重機是工程建設中的必要設備之一，在施工中應用相當廣泛。然而，起重機潛在的危險因素也較多，容易發(fā)生惡性事故。國家技術監(jiān)督局先后專門制定和發(fā)布了《起重機設計規(guī)范》（GB3811-83）、《起重機械超載保護裝置安全技術規(guī)范》（GB12602-90）、《起重機安全規(guī)程》（GB6067-85）等標準，要求各類起重機械必須裝備安全保護裝置。因此開發(fā)新型的起重機多功能安全監(jiān)控和保護系統(tǒng)是很有必要的?；诖?，近年來國內(nèi)外先后研制出一些起重機安全保護裝置，如載荷限制器、力矩限制器、起升高度儀、防碰撞裝置、風速報警器等。但它們功能單一，如果需要多種保護功能，必須安裝多臺儀器，這樣不僅價格昂貴，也給維護和使用帶來了不便。起重機用戶迫切需要一種集多種功能于一體的多功能安全監(jiān)控系統(tǒng)，并希望起重機具有較強的自動控制功能主自診斷能力，以降低操作和維護的勞動強度并保證起重機的安全。

起重機用戶關心的涉及到安全方面的工況參數(shù)主要有：主鉤與副鉤的起重載荷和起升高度、主臂與副臂（塔臂）的起重力矩和起升角度、工作幅度、鋼絲繩狀況、風速（力）大小、起重過程中載荷振動情況以及下陣的各種信息（如變幅油缸壓力、液壓傳動系統(tǒng)的壓力、溫度、發(fā)動機轉速參數(shù)、油溫）等。如何對這些工況參數(shù)進行巡回采集、算法處理，并實時輸出控制和提示是本系統(tǒng)設計的關鍵所在。

1 、起重機監(jiān)控系統(tǒng)總體結構簡圖

本系統(tǒng)基本組成如圖1所示。系統(tǒng)由一個主節(jié)點（中央處理單元）、一個智能節(jié)點和8個最小系統(tǒng)節(jié)點組成。最小系統(tǒng)節(jié)點包括拉力傳感器節(jié)點1（副鉤）、角度傳感器節(jié)點2（副臂）、拉力傳感器節(jié)點3（主鉤）、角度傳感器節(jié)點4（主臂）、風力傳感器節(jié)點5、防碰撞傳感器節(jié)點6、高度傳感器節(jié)點7（主鉤）、高度傳感器節(jié)點8（副鉤）等，各節(jié)點分別負責采集不同的牧師信號，并進行A/D轉換（個別節(jié)點則不用進行A/D轉換，如高度節(jié)點的增量式光電編碼盤可直接得到數(shù)字信號），然后通過現(xiàn)場總線與主節(jié)點通信。各模塊之間的最大總線長度不超過130米，位速率定為500kbps，總線定時為：BTR0，01H；BTR1，1CH。

1.1 主節(jié)點（中央處理單元）

系統(tǒng)主節(jié)點結構原理圖如圖2所示。它是一種高性能價格比、性能成熟的DSP器件，在一個100ns周期內(nèi)，可以完成如下操作：取兩個操作數(shù)，修改指向操作數(shù)的地址單元，使兩個操作數(shù)相乘并將結果累加到一個40位的和中。由于程序循環(huán)在硬件內(nèi)完成，所以每100ns能執(zhí)行一次這些高級指令的操作。WSI的PSD311可編程外圍器件有效地將可編程邏輯、I/O端口和存儲器集成在一塊芯片上，可以實現(xiàn)本系統(tǒng)的外圍功能。ADSP2105在與PSD311等外圍器件聯(lián)絡方面提供了很大的時序靈活性。它可以為4個分開的存儲器空間中的每一個單獨分配等待狀態(tài)數(shù)量，以適應很寬的時序差別。我們在ADSP2105的“等待寄存器”為EPROM、RAM和外部存儲器的選通脈沖安排1個等待狀態(tài)，即200ns周期時間，以滿足PSD311 120ns器件的時序要求。由于總線的通路布在ADSP2105的里面，PSD311的數(shù)據(jù)線與D15～D8連接。ADSP2105的“D22”線提供PSD311的“A14”地址線，/BMS（Boot Memory Select）充當EPROM的片選并與PSD311的“A19”輸入相連接。

選用SJA1000作為CAN控制器，驅動器使用CAN控制器接口芯片PCA82C250。EEPROM用作數(shù)據(jù)RAM，用于保存設置輸入的關鍵數(shù)據(jù)，以防掉電時丟失。

1.2 智能節(jié)點

智能系統(tǒng)節(jié)點原理示意圖如圖3所示。Philips公司的80C592芯片是8位高性能微控制器，是現(xiàn)有80C522和CAN控制器PCA82C200的功能組合，并具有8路模擬量輸入通道的10位A/D轉換器和兩級優(yōu)先權的15個中斷源。PSD311用作其外圍ROM、RAM和譯碼芯片。80C52利用自帶的ADC將下車傳感器采集的各種模擬/數(shù)字信號轉換成數(shù)字信號（只對模擬信號），經(jīng)CAN部件送至系統(tǒng)主節(jié)點；并接收主節(jié)點 來的輸出信號，控制下車的各種電器.html' onmouseover="javascript:showpos(event,this)" onmouseout="javascript:ClearTimer()" target="_blank" style="color:#00A2CA">繼電器和各種電磁閥。

1.3 最小系統(tǒng)節(jié)點

最小系統(tǒng)節(jié)點使用了ISO/DIS11898標準連接方法，如圖4. P82C150是帶位速率自動檢測和校正的包括CAN協(xié)議控制器的單片16位I/O器件。它的16條I/O口線的方向、數(shù)字與模擬方式均可編程選擇。自帶的包含6路模擬輸入通道的10位A/D轉換器具有0.1%的精度，完全可以滿足系統(tǒng)的精度要求。

2、起重機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)功能和特性

系統(tǒng)能夠實時對各路傳感器信號進行巡回采樣，經(jīng)過計算得出相應工況下的起重機實際工況參數(shù)，并與標準工作參數(shù)比較，當達到極限值的90%的預報警，超過100%時報警，并強制停止控制。這時起重機不能繼續(xù)向危險方向動作，如趴桿、伸臂、起升等。系統(tǒng)還提供了友好的人機界面，用戶可以方便地完成特定的工作參數(shù)設置及調(diào)試、標定等輔助功能，根據(jù)顯示屏幕和語音提示實時了解相關的工況參數(shù)，以便及時作出相應的操作。

系統(tǒng)最大的特性是可以根據(jù)起得機的具體情況動態(tài)地增刪節(jié)點（CAN監(jiān)控模塊）。高性能的DSP和外圍器件PSD保證了系統(tǒng)的柔性、強壯性和可擴展性。

一體化起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)是未來起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，它將逐步取代單一功能的安全保護裝置，如載荷限制器、力矩限制器、起升高度儀、防碰撞裝置、風速報警器等而成為市場主流產(chǎn)品。