起重機(jī)是工程建設(shè)中的必要設(shè)備之一，在施工中應(yīng)用相當(dāng)廣泛。然而，起重機(jī)潛在的危險(xiǎn)因素也較多，容易發(fā)生惡性事故。國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局先后專(zhuān)門(mén)制定和發(fā)布了《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB3811-83）、《起重機(jī)械超載保護(hù)裝置安全技術(shù)規(guī)范》（GB12602-90）、《起重機(jī)安全規(guī)程》（GB6067-85）等標(biāo)準(zhǔn)，要求各類(lèi)起重機(jī)械必須裝備安全保護(hù)裝置。因此開(kāi)發(fā)新型的起重機(jī)多功能安全監(jiān)控和保護(hù)系統(tǒng)是很有必要的?；诖?，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外先后研制出一些起重機(jī)安全保護(hù)裝置，如載荷限制器、力矩限制器、起升高度儀、防碰撞裝置、風(fēng)速報(bào)警器等。但它們功能單一，如果需要多種保護(hù)功能，必須安裝多臺(tái)儀器，這樣不僅價(jià)格昂貴，也給維護(hù)和使用帶來(lái)了不便。起重機(jī)用戶(hù)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(jī)具有較強(qiáng)的自動(dòng)控制功能主自診斷能力，以降低操作和維護(hù)的勞動(dòng)強(qiáng)度并保證起重機(jī)的安全。

起重機(jī)用戶(hù)關(guān)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(fēng)速（力）大小、起重過(guò)程中載荷振動(dòng)情況以及下陣的各種信息（如變幅油缸壓力、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的壓力、溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速參數(shù)、油溫）等。如何對(duì)這些工況參數(shù)進(jìn)行巡回采集、算法處理，并實(shí)時(shí)輸出控制和提示是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。

1 、起重機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

本系統(tǒng)基本組成如圖1所示。系統(tǒng)由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)（中央處理單元）、一個(gè)智能節(jié)點(diǎn)和8個(gè)最小系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)組成。最小系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)包括拉力傳感器節(jié)點(diǎn)1（副鉤）、角度傳感器節(jié)點(diǎn)2（副臂）、拉力傳感器節(jié)點(diǎn)3（主鉤）、角度傳感器節(jié)點(diǎn)4（主臂）、風(fēng)力傳感器節(jié)點(diǎn)5、防碰撞傳感器節(jié)點(diǎn)6、高度傳感器節(jié)點(diǎn)7（主鉤）、高度傳感器節(jié)點(diǎn)8（副鉤）等，各節(jié)點(diǎn)分別負(fù)責(zé)采集不同的牧師信號(hào)，并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換（個(gè)別節(jié)點(diǎn)則不用進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，如高度節(jié)點(diǎn)的增量式光電編碼盤(pán)可直接得到數(shù)字信號(hào)），然后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線與主節(jié)點(diǎn)通信。各模塊之間的最大總線長(zhǎng)度不超過(guò)130米，位速率定為500kbps，總線定時(shí)為：BTR0，01H；BTR1，1CH。

1.1 主節(jié)點(diǎn)（中央處理單元）

系統(tǒng)主節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)原理圖如圖2所示。它是一種高性能價(jià)格比、性能成熟的DSP器件，在一個(gè)100ns周期內(nèi)，可以完成如下操作：取兩個(gè)操作數(shù)，修改指向操作數(shù)的地址單元，使兩個(gè)操作數(shù)相乘并將結(jié)果累加到一個(gè)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(jí)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(chǔ)器集成在一塊芯片上，可以實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的外圍功能。ADSP2105在與PSD311等外圍器件聯(lián)絡(luò)方面提供了很大的時(shí)序靈活性。它可以為4個(gè)分開(kāi)的存儲(chǔ)器空間中的每一個(gè)單獨(dú)分配等待狀態(tài)數(shù)量，以適應(yīng)很寬的時(shí)序差別。我們?cè)贏DSP2105的“等待寄存器”為EPROM、RAM和外部存儲(chǔ)器的選通脈沖安排1個(gè)等待狀態(tài)，即200ns周期時(shí)間，以滿(mǎn)足PSD311 120ns器件的時(shí)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(dāng)EPROM的片選并與PSD311的“A19”輸入相連接。

選用SJA1000作為CAN控制器，驅(qū)動(dòng)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(shè)置輸入的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，以防掉電時(shí)丟失。

1.2 智能節(jié)點(diǎn)

智能系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)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(zhuǎn)換器和兩級(jí)優(yōu)先權(quán)的15個(gè)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(chē)傳感器采集的各種模擬/數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)（只對(duì)模擬信號(hào)），經(jīng)CAN部件送至系統(tǒng)主節(jié)點(diǎn)；并接收主節(jié)點(diǎn) 來(lái)的輸出信號(hào)，控制下車(chē)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(diǎn)

最小系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)使用了ISO/DIS11898標(biāo)準(zhǔn)連接方法，如圖4. P82C150是帶位速率自動(dòng)檢測(cè)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(zhuǎn)換器具有0.1%的精度，完全可以滿(mǎn)足系統(tǒng)的精度要求。

2、起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)功能和特性

系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)對(duì)各路傳感器信號(hào)進(jìn)行巡回采樣，經(jīng)過(guò)計(jì)算得出相應(yīng)工況下的起重機(jī)實(shí)際工況參數(shù)，并與標(biāo)準(zhǔn)工作參數(shù)比較，當(dāng)達(dá)到極限值的90%的預(yù)報(bào)警，超過(guò)100%時(shí)報(bào)警，并強(qiáng)制停止控制。這時(shí)起重機(jī)不能繼續(xù)向危險(xiǎn)方向動(dòng)作，如趴桿、伸臂、起升等。系統(tǒng)還提供了友好的人機(jī)界面，用戶(hù)可以方便地完成特定的工作參數(shù)設(shè)置及調(diào)試、標(biāo)定等輔助功能，根據(jù)顯示屏幕和語(yǔ)音提示實(shí)時(shí)了解相關(guān)的工況參數(shù)，以便及時(shí)作出相應(yīng)的操作。

系統(tǒng)最大的特性是可以根據(jù)起得機(jī)的具體情況動(dòng)態(tài)地增刪節(jié)點(diǎn)（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(qiáng)壯性和可擴(kuò)展性。

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