智能起重机超载限制器

张 盛，王亚妮，艾铖杰，李星燕

（1.硅湖职业技术学院，江苏 昆山 215332；2.成都宏天电传工程有限公司，四川 成都 610036；3.榆林市供电公司，陕西 榆林 719000；4.天水电气传动研究所有限责任公司，甘肃 天水 741020）

1 引言

近年来，工矿企业、施工现场经常发生工伤事故，其中有很多是由于起重机和行车引起的烧毁电机、钢绳裂断等事故，因而对起重机和行车加装超载限制器势在必行。

智能起重机超载限制器主要用于对工矿企业和施工现场的起重机、行车进行超载限制，它能有效地进行劳动保护，避免工伤事故的发生。

当起重机超载限制器工作时，若起重机承受物体在额定值的90%以内，则该限制器能显示物体的实际重量；若物体的重量超过额定值的90%但在105%以内，该限制器在显示重物实际重量的同时发出声光预警信号；若物体的重量达到或超过额定值的105%，该限制器将发出报警信号，同时自动切断起重机电源。该限制器还能自动记录超载次数，供劳动部门检查。

2 总体方案

根据上述介绍的工作原理和技术要求，可知该应用系统实际上是一个典型的数据采集与控制系统，数据采集的对象是一路压力（拉力），故选用压力（拉力）传感器进行物理量的测量，控制对象是断电及报警装置，故选用继电器及声响电路进行断电及报警。

2.1 硬件设计

硬件电路如图1所示，模拟信号放大部分选用运算放大器OP07，A／D转换器选用 MC14433，系统主机选用8031单片机，扩充一片程序存储器2716，地址及数据锁存器选用74LS373，4线－7线译码器选用4511，驱动器选用MC1413，基准电压源选用MC1403，数码显示部分选用BS212共阴数码管，音响部分选用KD9561。

硬件系统上电工作后，由压力（拉力）传感器来的微弱电信号经OP07放大后送到MC14433进行A／D变换，MC14433送出的4位8421BCD码及4位选通信号一起送到8031单片机的P1口，8031根据P1口来的信号进行处理判别后送4511和MC 1413译码驱动显示。若采集到的物重达到或超过额定值的90%，则P3.0送出低电平驱动声光预警电路。若采集到的物重达到或超过额定值的105%，超载计数单元加1，由P3.1送出低电平，驱动声光报警电路，并由继电器切断起重机电源。硬件部分还设计了一个掉电保护电路，当80C31系统的电源出现意外下降情况突然下降或消失时，可由掉电保护电路保护80C31内存单元的内容。

图1 硬件电路图

2.2 程序设计

根据前面介绍的工作原理和技术指标，在进行程序设计之前，首先应根据工作流程给出系统流程，如图2所示。系统各段主要程序简介如下（以初始化程序为例）。

2.2.1 初始化程序

初始化程序主要用于来确定堆栈、程序状态字、对存储单元清0、让数码管闪烁显示全0十次。

图2 系统流程图

2.2.2 数据采集子程序

起重机在实际工作前，超载限制器应先检测出起重机挂钩、承重绳等物体的重量，称它为自重。当起重机实际起吊重物时，检测到的重量称为毛重。物体的实际重量等于毛重减去自重。

2.2.3 自重值显示程序

系统开机工作后，首先调用数据采集子程序，获得自重值，然后分别将它们送到27H和28H单元。自重值显示程序是从27H单元和28H单元中提取千、百、十、个位值，再配上选通位后从数据总线输出。为了能看到延续一定时间的自重值显示，程序中应使显示部分循环一定的次数，并将每一位的显示时间适当延长。

2.2.4 采集毛重程序

由于起重机或行车在吊起重物时存在一定的加速度，这会影响传感器测得信号值的正确性。因此，在程序执行完自重测量和显示后，延时0.5s后再进行毛重测量。同时采用两次采样，采样间隔约0.5s。如果相隔0.5s的两次采样值的高2位相等，则表明测量值没有受到加速度的影响，为正常值；否则，放弃第一次采样值，并再进行一次采样比较，直到两次采样值相等为止。

2.2.5 预警或报警程序的判断

在执行该程序之前，在中断服务程序中已将毛重值减去自重值，并将物体实际重量的千位、百位存于21H单元，十位和个位存于22H单元。该程序首先判断物体重量是否达到或超过额定值的90%，如果达到或超过这一限值，预警黄灯亮，并使音响电路发出鸣叫。其次判断物体重量是否达到或超过额定值的105%，如果超过这一限值，报警红灯亮，并由音响电路发出报警声，数码管显示当前物体重量并不在变化，超载计数单元内容加1。

3 结束语

通过以上软硬件设计可以实现起重机超载限制的智能控制，可以大大降低事故的发生率。对工矿、建筑等行业的安全生产具有重要作用。另外，不仅是工矿工作中有起重机超载这样的安全隐患，在交通方面也有很多超载示例，如司机为了自身利益，不顾自己和他人的安全，严重超载。所以起重机超载限制器，只需稍做修改，即可应用到交通运输行业。

［1］何 雄.JSP网络程序设计［M］.北京：人民邮电出版社，2000.

［2］李 华.MCS－51系列单片机实用接口技术［M］.北京：北京航空航天大学出版社，1993.