基于无线传输的桥式起重机安全监测系统分析

刘洪具

摘 要：随着现代工业的发展，桥式起重机的应用日渐广泛，很多行业在进行一些体积或者质量较大的货物移动时，都需要应用桥式起重机。与此同时，桥式起重机的安全事故数量也连年递增，给企业造成了巨大的经济损失，一方面由于设备较为昂贵，发生事故后设备损坏的维修成本较高，另外一方面企业的桥式起重机设备较少，一旦它发生事故将影响企业的正常运行。因此，必须采取有效的方法实现对桥式起重机安全的监测。文章将结合实例，分析基于无线传输的桥式起重机安全监测系统，为相关工作者提供参考借鉴。

关键词：无线传输；桥式起重机；安全监测系统

中图分类号：TH215 文献标志码：A 文章编号：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

近年来，随着科学技术的发展，桥式起重机的应用日渐广泛。但是桥式起重机长时间的使用不可避免的产生一些元件的损耗，很容易引发其出现各种各样的故障，严重影响企业的正常生产运行。传统的桥式起重机在进行安全监测过程中，采用人工定期巡检，有线电缆的方式进行数据传输，不仅无法精准的掌握故障的具体位置，造成较大的人力资源浪费，而且检测装置相对复杂，不易操作和后期维修。在桥式起重机安全监测系统中应用无线传输技术，不仅可以对桥式起重机的关键位置进行实时的监测，而且能有效预测故障的位置相关信息，有效确保了设备和相关工作人员的安全，提高了故障监测的准确性。因此，研究基于无线传输的桥式起重机安全监测系统具有重要的现实意义。

2 桥式起重机安全监测系统总体方案设计

本案中，在进行桥式起重机安全监测系统设计时，系统主要对主梁、电气控制以及钢丝绳和起升机构等部件进行安全监测，以上设备分别设立监测子系统。主要监测参数以及关键点位体现在以下几个方面：

（1）主梁的监测：根据对桥式起重机的分析研究，在主梁方面，主要故障点位置集中在跨中、左右端梁。其中在桥式起重机工作过程中，最大应力位于主梁的跨中位置，而最大剪切力则位于左右端梁位置。所以，在采用安全监测系统时，应当着重对以上两个部位的应力进行参数监测。同时还需对跨中的上下挠度进行测试，保障主梁的安全状况评估准确。

（2）钢丝绳的监测：在桥式起重机当中，头体的对接、设备的转载都离不开钢丝绳。在使用过程中一旦钢丝绳产生故障，会严重影响起重机的正常运行。因此需要对其进行断丝以及截面积损失的漏磁信号进行实时的安全监测。

（3）电气控制系统的监测：由于电气控制元件功率较小的特点，很容易受到光和热的影响，出现黏连、熔焊等问题，影响电气控制系统的正常运行。一般情况下，在桥式其中既安全监测系统中，需要对电气控制系统电路中以下元件进行监测：桥式起重机起升机构的时间延时继电器；大小车的行程開关元件。

（4）起升机构系统监测：减速器运行状态与故障可通过温度以及润滑油中磨粒含量和齿轮箱振动等进行判断，由于测试技术条件有限，目前以提取齿轮振动信号来实现对减速器状态的分析，它对减速器的状态变化反映迅速、真实、全面。

如图1所示，本案在进行桥式起重机安全监测系统过程中，主要是将传感器设置在各子系统的关键监测位置，通过传感器对桥式起重机在运行过程中关键位置的参数信息进行收集，并将其存储在单片机当中，同时采用扩展存储器的方式，解决单片机的信息存储量较少的缺点。当相关工作人员需要对桥式起重机的运行现状进行查看时，可以借助计算机系统，利用无线传输网路，获取单片机存储器当中的相关监测数据，利用计算机的分析处理功能，对各子系统的运行现状进行评估分析，将异常信息以警报的方式展现出来，便于相关安全管理工作人员及时的获取桥式起重机的安全现状，并尽快组织技术人员对预警位置进行维修。

3 信号的采集与测量

本安全监测系统在进行信号的采集和测量时，采用单片机进行。信号的来源主要分为两部分，一部分来源于设置在关键位置的传感器所采集到的模拟信号，另外一部分来源于电子元件本身所产生的电信号（如图2所示）。

如上图，当处于桥式起重机各关键位置的传感器，采集到相关的模拟信号时，会首先对信号进行初步的处理，包括放大、滤波、A/D转换等；然后将新型号存储到单片机的外置存储器中；最后利用无线传输系统的收发电路，将主机所需要的相关信号数据，以无线信号的形式发送给主机，方便相关工作人员查看。

4 信号的无线传输

本案中的桥式起重机安全监测系统在进行信号的传输过程中，采用了无线传输的方式，采用无线收发芯片nRF401作为无线传输电路的核心元件。nRF401可以较好地实现单片机采集系统与单片机之间的无线数据传输功能。在实际应用过程中，将单片机80C196KC的引脚CS接地处理，并将频段调整到433.92MHZ，使其实现了与无线收发芯片nRF401的连接（如图3所示）。一般情况下，无线收发芯片nRF401为了降低功耗，处于休眠状态。

5 协议的单片机模拟

当单片机处于并口协议状态下时，系统主机处于查询方式，而从机则处于终端方式。从机的相关SET信号，应当与其外部中断引脚相连。控制位逻辑值的定义：

#define READ O；

#define WRIT l；

#define DATA O；

#define ADDR 1。

5.1 主机并口协议程序

当桥式起重机安全检测系统的主机处于查询方式下时，它会主动和从机进行通信连接，并实现对从机中的数据进行读/写操作。系统利用调用延时函数delay（），主机、从机可以有效的对SPI的传输速度进行控制。相关用户程序，只需要对PPI_ReadBuf（）和PPI_WritBuf（）函数进行调用，就可以实现对从机中的相关数据，进行读/写操作。

5.2 从机并口协议程序

对于从机多机并口信号线，其中的A/D以及为W/R，都可以对单片机的任意I/O进行使用。在实际设计过程中，对D0到D7的进行了双向并口的设计。但是由于SET受限于TNT引脚的使用限制，所以本桥式起重机安全监测系统中，还使用了引脚INTO。这樣，就可以通过中断服务程序来实现从机的多机并口协议，同时配合主机，实现了相关数据的读/写操作。

6 软件实现

6.1 采集终端的软件设计

当单片机初始化之后，开始进行安全监测工作，首先对部件的制动间隙采集程序进行调动，实现对制动间隙的安全监测，并将传感器采集到的结果进行实时显示。然后当服务器发出相关的指令后，会根据相关协议的规定，对终端进入串口终端进行判断，确定是否是对该终端发出的指令。当判定结果为是时，则将采集到的结果传递给上位机；当判定的结果为不是时，则进行中断跳出，继续等待一下个指令。对于无线传输桥式起重机安全监测系统而言，其采集终端的软件设计过程中，基本流程如图4。

6.2 服务器的软件设计

本系统的服务器程序，采用Visual C++ 6.0开发设计而成，主要包含了用户的操作界面、数据库、数据分析以、报表生成以及终端数据传输等部分。其中对于后台的数据管理，则使用Access 2003进行开发设计。从而便于服务器程序与数据库之间的数据共联。

服务器在进行工作过程中，首先发起连接信息，然后按照相关的顺序，对每一个终端的相关数据信息进行采集，最后实现所有的终端信息的采集。本服务器的操作用户可以在系统中设定固定的采集时间，也可以根据需要进行实时的数据采集工作，也可以选取指定的终端进行相关信息的采集工作。

7 结束语

综上所述，随着国民经济的高速发展，桥式起重机在各行各业中的应用日渐广泛。本文基于无线通信技术，对桥式起重机的安全监测系统进行了设计，改变了传统的人为检测判断或者有线电缆监测方式，提升了桥式起重机故障监测准确性，保障了设备和相关技术人员的安全。因此，相关企业应当重视无线传输技术的应用，通过在线监测功能的实现，确保桥式起重机的安全稳定运行，保障企业的正常生产。

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