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力矩限制器在起重及电梯行业的应用
  起重机力矩限制器是应用于臂架型起重机械的安全保护装置。国家技术监督局正式颁布的《臂架型起重机力矩限制器通用技术条件GB7950— 1999》、《起重机械超载保护装置安全技术规范GB12602—1990》中,对起重机力矩限制器的装设与技术性能提出了明确的要求。
  力矩限制器是根据上述标准和规范要求而设计的,它吸收了市场上现有力矩限制器的优点,并在此基础上重新设计。该系列均为微电脑控制,采用模块化结构,在准确性、安全可靠性、可操作性、调试方法和标准化等方面均有其独到之处。特别是在安装调试上,全部采用按键操作、液晶显示提示,不用调整任何电位器,使调试变得简单直观,界面友好。
1 主要特点和技术性能指标
  该系列力矩限制器的主要特点是:
  采用全合一CPU主板, A级精度传感器,主机与传感器部分通过屏蔽电缆连接,可靠性高,电源抗干扰能力强。
  当起重机超过额定起重量或超幅度上、下限时,能自动报警并切断起重机向危险方向运动的回路, 但允许其向安全方向动作。
  黑匣子功能,能自动检测系统故障,并显示;可自动记录超载时间及当时的各工况参数。
  低功耗,数字电路全部采用CMOS芯片;系统小型化设计,占用空间小。
  多窗口、多参数显示,直观方便;数据显示全部图形汉字提示,操作人员一目了然,无需熟记提示符。
  安装调试全部按键操作,更改起重机工况后给用户调整带来极大方便。
  主要技术性能指标:
  工作环境温度: -20℃~60℃ 
  工作环境湿度: 95%(25℃)
  工作电压: 交流220 V±15%
  直流24 V 20%
  工作方式:连续
  振动加速度:≤5g(g为重力加速度)
  系统误差:±5%
  整机功耗: <10W
2 工作原理及主要结构特点
  我们知道起重机在工作时,当主臂长为定值时,设副臂与水平线夹角为α,当夹角也是定值时,起重机的额定起重量随副臂长度的变化而变化,此时就对应有一条载荷曲线。当夹角也变化时,相应就有一组载荷曲线;而当主臂长变化时就会有一族对应的载荷曲线。因此在对相关的信号采集处理后,中央处理器就查找对应的载荷曲线,确定此状态下的额定起重量,与此时实际起重量进行对比并作出控制,当然也可对检测到的角度检测判断是否超限,并作出控制。
  力矩限制器在工作过程中,首先把起重机的各种工作参数(角度、重量)通过相应的传感器检测出来,经过模拟放大调整后将信号送至主机板,然后通过A/D转换成数字量后送入核心主机,微处理器再根据人为设定和一些状态信号,对数据进行加工运算处理后一方面把处理结果送去显示,另一方面把处理结果与起重机本身的载荷特征曲线进行比较(这部分曲线被固化在EPROM中),并作出起重机是否处于安全工作区的判断,然后由微处理器发出相应的控制命令以达到保护起重机安全运行的目的。
  微电脑起重机力矩限制器采用模块化结构,整个装置由重量传感器、角度传感器或高度传感器(根据用户要求)、信号调理模块、模拟/数字转换模块、全液晶中文图形显示模块、专用按键、电源模块等部分组成。

2.1 传感器用工业高精度传感器
  (1)重量信号是用称重传感器进行检测的,微电脑力矩限制器采用板环拉式传感器(重量)、压式传感器(重量)。需根据不同的起重机型号和设计取力方式而取不同的传感器。该类传感器是专门为工业用途而设计的,采用全密封结构,应变片选用环氧酚醛箔式电阻应变计,使用温度范围为-20~60℃,具有精度高,长期稳定性好的特点。其内部应变片的变化值通过放大和A/D转换送给CPU。
  称重传感器的信号很弱,一般只有0~10 mV输出,需经过500倍左右放大,才能进行A/D转换。
  (2) 角度仪选用WD—35电位器,电阻误差 5%,全程线性误差为0.03%,使用温度范围-30~+70℃。
  角度传感器为精密线性电阻,其输出信号通过放大和调零电路变成标准的A/D转换,电压0~+5V。对它的调整主要是调零和调放大。
2.2 主机板
  主机板采用全合一CPU主板,所谓“全合一”, 指将系统全部硬件电路(CPU、A/D转换、EPROM、EEPROM、控制器、串行口及其它)都集成到一块板上,且主机与传感器部分通过屏蔽电缆连接, 电源抗干扰能力强,因此有较高的可靠性和抗干扰能力,能保证该装置在工业环境温度-20~60℃,湿度90%范围内正常工作。
  主机CPU采用主频24 MHz的AT89C55芯片,芯片内部带有8K EPROM,主机整体CMOS化,功耗极低。
  (1)四通道模拟放大调理模块 这一模块是专门为XT系列起重机力矩限制器而设计的,根据需要提供2~4路模拟量的放大处理。
  (2)自监测及报警、控制模块 XT-Ⅲ型力矩限制器配备有自监测及报警、控制模块,可对当前幅度下实际起重量及主机各模块工作状况进行监测,并提供主机故障、传感器故障、起重机超载三种报警,同时提供起重机超载自动断电及十几种状态中文提示。
2.3 显示面板
  力矩限制器采用全液晶点阵汉字(图形)显示。分辩率高,能一次显示所有用户关心的数据,如:幅度、实际起重量、额定起重量、载荷率、角度、幅度超上(下)限提示、超载提示,并能显示起重机各种工况下的载荷曲线表,具有良好的人机对话界面。通过汉字提示,操作人员不必阅读使用说明即可对力矩限制器进行调整(所用调整只需操作专用按键、无需动电路部分)。
  各显示灯的作用如下:
  上限灯 用于指示起升幅度超过上限位置;
  下限灯 用于指示起升幅度超过下限位置;
  满载灯 当实际起重量达到额定起重量的97%~105%时,此灯亮;
  超载灯 用于指示起重机的实际起重量已超过额定起重量的105%。
  显示器选用大屏幕点阵液晶显示器,可一次将所有参数显示在一块屏幕上。也可根据需要只显示特定的参数,数字显示与图形显示还可相互切换。显示器在不同状态下可显示正常、满载、超载、超限的提示。
  力限器较以前有较大的改进,特别是关于参数的设置与修改极其简单,无需记操作提示符,普通工作人员通过按键及汉字提示即可操作。图2所示为正常工作监视状况,如果需进行参数设置,按功能键两秒就进入设置,再按功能键将进入菜单,通过光标键选择所需设置内容,按数选键确定具体数值,设定好后移光标写入退出。图中阴影处即为当前光标所处的位置。
  由上可以看出力矩限制器的参数设置非常简单,给用户提供了极大的方便。面板上的复位键是用来给系统内单片机进行初始化复位的,相当于计算机的重新启动,当力矩限制器工作于不良状态时可按此键。
2.4 控制盒
  各信号的采集通过相应的航空插头接入控制盒里(重量信号为5芯,角度信号为3芯,高度为4芯),由19芯总电缆接入主机中,装置的外电源在控制盒上为7芯航空插头,同时在起重机工作于不安全区时发出控制信号也通过7芯航空插头。报警控制如下:
  (1)报警范围
  满载:当实际起重量为额定起重量的97%~105%时满载黄灯亮,并伴有长时间短促间断蜂鸣。
  超载:当实际起重量>105%额定起重量时超载红灯亮,伴有连续蜂鸣并发出控制信号。
  上限:当起重机工作于上限区域时,上限绿灯亮,伴有连续蜂鸣并发出控制信号。
  下限:当起重机工作于下限区域时,下限绿灯亮,伴有连续蜂鸣并发出控制信号。
  (2)控制
  为保证起重机安全,在超载后,本机系统将发出控制信号,允许起重机向安全方向运行,禁止其继续向危险方向运行,是本机最具特色的应用之一。
  超载105%时,发出控制信号,允许向上变幅、放下重物;禁止向下变幅或继续提升。
  超过最大幅度(幅度上限)时,允许向上变幅;小于最小幅度(幅度下限)时,允许向下变幅。
  力矩限制器是一种适应性很强的装置,广泛用于电力、港口、化工、铁路(架桥机)、建筑等行业的起重机上。本产品在港口作为技改项目得到成功应用;也为起重机/港机厂等生产厂家的主机产品配套。
 

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