【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 目智能化功能又邁出了更新的一步。從傳統(tǒng)傳感器的單一功能、單一檢測(cè)向多功能和多 變量檢測(cè)，由開(kāi)環(huán)數(shù)據(jù)傳送向主動(dòng)閉環(huán)控制和信息處理，由孤立一次儀表向系統(tǒng)化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，是高精度智能型起重量限制器智能化功能擴(kuò)展的又一個(gè)領(lǐng)地。 項(xiàng)目國(guó)內(nèi)外研究開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀 目前，發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)起重機(jī)無(wú)論在安全監(jiān)控還是在自動(dòng)運(yùn)行控制方面都具有相當(dāng)高的水平。如德國(guó)的起重機(jī)，采用激光裝置測(cè)量起吊物的重心位置，依靠超聲波傳感器引導(dǎo)取物裝置抓取貨物。大車(chē)和小車(chē)運(yùn)行采用編碼軌跡系統(tǒng)測(cè)定路徑，起升高度采用恒定張緊的測(cè)量索和角度發(fā)生器測(cè)定。起重機(jī)采用磁場(chǎng)變換器激光 達(dá)到高度精度定位。英國(guó)的起重機(jī)上安裝了近場(chǎng)感應(yīng)系統(tǒng)，可避免起重機(jī)之間的相互碰撞。采用無(wú)線遙控時(shí)，載重量也能在遠(yuǎn)程發(fā)射機(jī)上顯示。起重機(jī)上還裝有微機(jī)自診斷監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能提供大部分常規(guī)維護(hù)檢查內(nèi)容，如鋼絲繩狀況，減速器油溫定位，車(chē)輪軸承溫度，起重機(jī)載荷、應(yīng)力和振動(dòng)情況，振動(dòng)器摩擦襯片的壽命及溫度狀況等等。德國(guó)近年來(lái)為解決起重機(jī)吊具的防遙控制問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了模糊邏輯電路的控制技術(shù)，用神經(jīng)信息技術(shù)和模糊技術(shù)來(lái)尋找開(kāi)始加速的最佳時(shí)刻，將有經(jīng)驗(yàn)司機(jī)防遙實(shí)際操作的數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。模糊控制方式能確定實(shí)施自動(dòng)工作的 控制指令，將人們主觀的模糊量通過(guò)模糊稽核進(jìn)行數(shù)字化定量，再利用微處理機(jī)實(shí)現(xiàn)像熟練司機(jī)一樣的自如操作，取得更高的效率和安全性。 國(guó)內(nèi)起重機(jī)械監(jiān)控儀產(chǎn)品開(kāi)發(fā)起步較晚，從 80年代初，有大專(zhuān)院校、科研院所等單位對(duì)超載保護(hù)裝置進(jìn)行了研究、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、不過(guò)，發(fā)展至今也已漸成規(guī)模。尤其是電子器件的發(fā)展，使目前國(guó)內(nèi)電器型超載保護(hù)裝置的產(chǎn)品技術(shù)水平上了一個(gè)新的臺(tái)階，但是我國(guó)起重機(jī)械安全監(jiān)控儀的監(jiān)控功能比較單一，大部分是測(cè)量監(jiān)控其起重量和起升力矩的運(yùn)行狀態(tài)，與國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品相比，仍有較大的差距。而利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控和 提取的技術(shù)監(jiān)控系統(tǒng)國(guó)內(nèi)尚未實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)一步延伸和普及，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將會(huì)在起重機(jī)械安全監(jiān)控方面得到一定程度的應(yīng)用。因此涉及起重機(jī)械運(yùn)行過(guò)程中影響安全方面的各物理量的測(cè)量、監(jiān)控和存儲(chǔ)，并且借助于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程提取和監(jiān)控的起重機(jī)械安全監(jiān)控系統(tǒng)將會(huì)是起重機(jī)械運(yùn)行保護(hù)裝置的發(fā)展趨勢(shì)。 項(xiàng)目主要內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn) 項(xiàng)目主要內(nèi)容及技術(shù)路線 1）項(xiàng)目主要內(nèi)容 第一部分 ：由安裝在起重機(jī)不同部位的傳感器子系統(tǒng)構(gòu)成 1）三點(diǎn)張力及新型墊板式傳感器的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)已經(jīng)成功，根據(jù)用戶(hù)意見(jiàn)需要 進(jìn)一步優(yōu)化、完善產(chǎn)品； 2）平衡桿系統(tǒng)力傳感器采用超薄型力傳感器和側(cè)壓傳力裝置一體化研究和設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)平衡桿系統(tǒng)的高精度設(shè)計(jì)和雙輸出設(shè)計(jì)，解決鋼廠部分大噸位起重機(jī)無(wú)法安裝常規(guī)起重量限制器的問(wèn)題； 3）橋式起重機(jī)角尺座力傳感器，替代原先的小車(chē)和運(yùn)行鋼軌支撐的角尺座，是一種運(yùn)動(dòng)中使用的力傳感器，必須要考慮小車(chē)剎車(chē)和啟動(dòng)抗水平?jīng)_擊力，要具備較高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，鋼廠使用時(shí)鐵水和鋼水直接輻射在傳感器部位，因此需要耐高溫設(shè)計(jì)； 第二部分 為測(cè)控子系統(tǒng) A、 B，分別是具有特定功能的集成式單片機(jī)，力 傳感器內(nèi)置式信號(hào)采集、數(shù)字濾波 、精度修正和長(zhǎng)線傳輸驅(qū)動(dòng)，每個(gè)傳感器都有各自的 ID 編號(hào)，進(jìn)行總線上各個(gè)傳感器的狀態(tài)分析以及多傳感器的組網(wǎng)。運(yùn)用黑匣子和 USB 熱插拔提取技術(shù)來(lái)對(duì)起重機(jī)起重狀態(tài)各種參數(shù)的存儲(chǔ)和提取功能，讓設(shè)備監(jiān)管部門(mén)提供非常有力的原始分析數(shù)據(jù)。同時(shí)也可以分別 傳輸給主控計(jì)算機(jī)，并且執(zhí)行主控計(jì)算機(jī)發(fā)出的對(duì)起重機(jī)進(jìn)行控制的命令，確保起重機(jī)安全作業(yè)。 第三部分 為主控計(jì)算機(jī)，它是車(chē)載計(jì)算機(jī)，主控計(jì)算機(jī)作為“一線”計(jì)算機(jī)，接收測(cè)控子系統(tǒng) A、 B 傳來(lái)的起重機(jī)運(yùn)行的特征數(shù)據(jù)，完成對(duì)數(shù)據(jù)的分析、儲(chǔ)存和傳輸，發(fā)出具體的起重機(jī)安全運(yùn)行的控制命令，進(jìn)行 載荷譜、作業(yè)時(shí)間譜等的起重機(jī)運(yùn)行特征的圖形顯示、人機(jī)交流。另外，主控計(jì)算機(jī)還可以將一些特征數(shù)據(jù)打包進(jìn)行無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸，供在非作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的“二線”計(jì)算機(jī)在遠(yuǎn)程進(jìn)行起重機(jī)運(yùn)行狀況的查詢(xún)、監(jiān)督。“二線”計(jì)算機(jī)可實(shí)現(xiàn)對(duì)多臺(tái)起重機(jī)運(yùn)行狀況的查詢(xún)，這樣就能達(dá)到用戶(hù)或安全監(jiān)管部門(mén)對(duì)起重機(jī)運(yùn)行狀況的掌控，實(shí)現(xiàn)起重機(jī)械的壽命分析、安全評(píng)定、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等分析，進(jìn)行全方位監(jiān)控。 項(xiàng)目技術(shù)路線 本項(xiàng)目經(jīng)過(guò)初期技術(shù)及工藝論證，相關(guān)技術(shù)已經(jīng)較為成熟，因此項(xiàng)目設(shè)計(jì)是可行的。 項(xiàng)目技術(shù)路線如下圖： 結(jié)構(gòu)示意圖 項(xiàng)目 技術(shù)路線 2）項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn) 應(yīng)用創(chuàng)新： 目前市場(chǎng)上的起重機(jī)用起重量限制器，主要是通過(guò)傳感器前置放大器，將安裝在起重機(jī)測(cè)力點(diǎn)下傳感器輸出的毫伏信號(hào)放大 100~200 倍后，再傳送給控制儀表進(jìn)行電壓信號(hào)的采集和處理，因此本項(xiàng)目最重要的應(yīng)用創(chuàng)新是采用了數(shù)字技術(shù)應(yīng)用該領(lǐng)域，大大提高精度和抗干擾能力，并進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，同時(shí) 運(yùn)用黑匣子和 USB 熱插拔提取技術(shù)來(lái)對(duì)起重機(jī)起重狀態(tài)各種參數(shù)的存儲(chǔ)和提取功能，讓設(shè)備監(jiān)管部門(mén)為起重設(shè)備的 壽命預(yù)測(cè)，安全評(píng)定，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，應(yīng)急搶險(xiǎn)，事故分析等提供非常有力的原始分析數(shù)據(jù)。 應(yīng)用創(chuàng) 新另一表現(xiàn)在不同功能子系統(tǒng)模塊的集成應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)起重機(jī)運(yùn)行狀況的圖形顯示、特征數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存以及遠(yuǎn)程的查詢(xún)監(jiān)督。項(xiàng)目產(chǎn)品是一種多項(xiàng)技術(shù)、功能的綜合運(yùn)用和集成創(chuàng)新，它將多種測(cè)控傳感器系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)在一個(gè)大的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)集成設(shè)計(jì)，使各傳感器不但能夠獨(dú)立發(fā)揮各自的功能，實(shí)現(xiàn)防止起重機(jī)械危險(xiǎn)作業(yè)，又能夠?qū)崿F(xiàn)起重機(jī)運(yùn)行測(cè)控?cái)?shù)據(jù)的傳輸和進(jìn)行處理、分析、存儲(chǔ)等，以及實(shí)現(xiàn)用戶(hù)和安全管理部門(mén)的對(duì)起重機(jī)使用狀況的遠(yuǎn)程查詢(xún)、監(jiān)督和相關(guān)安全分析。 技術(shù)創(chuàng)新 1)運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，制定標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)接口，建 立強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能，方便使用諸如 USB等數(shù)據(jù)的提取，遠(yuǎn)程監(jiān)控和維護(hù)等，為用戶(hù)開(kāi)展壽命預(yù)測(cè)、安全評(píng)定、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、應(yīng)急搶險(xiǎn)以及事故分析等提供依據(jù)。 2)綜合運(yùn)用多種高精度傳感器可以實(shí)時(shí)測(cè)定起重量、工作幅度、工作風(fēng)速以及前后大車(chē)距離等 15個(gè)參數(shù)，綜合精度均在 2%以?xún)?nèi)，實(shí)現(xiàn)糾偏控制，防止碰撞、避免危險(xiǎn)作業(yè)等功能。 3)運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，建立“載荷譜”和“作業(yè)時(shí)間”的計(jì)算記錄，提供全面標(biāo)準(zhǔn)化控制信號(hào)，確保起重機(jī)的安全運(yùn)行。 項(xiàng)目產(chǎn)品是一種多項(xiàng)技術(shù)、功能的集成創(chuàng)新，將多種測(cè)控傳感器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳 輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理分析在一個(gè)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)集成設(shè)計(jì)，使各傳感器不但能夠獨(dú)立發(fā)揮各自的功能， 實(shí)現(xiàn)防止起重機(jī)械危險(xiǎn)作業(yè)，又能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)控?cái)?shù)據(jù)的傳輸和進(jìn)行處理、分析、存儲(chǔ)等。相關(guān)的幾個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已申請(qǐng)實(shí)用新型專(zhuān)利。 結(jié)構(gòu)創(chuàng)新 主要的結(jié)構(gòu)方面創(chuàng)新具體包括： 平衡桿力傳感器一般采用魚(yú)背橋式傳感器，如圖所示： 寬度在 50mm左右，但 部分大噸位起重機(jī)的平衡架采用多支座結(jié)構(gòu)，支座厚度 20mm，無(wú)任何空間安裝常規(guī)的魚(yú)背橋式傳感器，因此必須設(shè)計(jì)超薄型傳感器，彈性體結(jié)構(gòu)采用的全新的支座超薄型結(jié)構(gòu)，把傳統(tǒng)的傳 力裝置改成側(cè)壓型傳力裝置，設(shè)置了新型的魚(yú)背結(jié)構(gòu)，雙路輸出結(jié)構(gòu)， zhuanzhuanli 在西寧特殊鋼股份有限公司試用，精度大大提高，得到用戶(hù)的肯定和贊賞。下圖為用戶(hù)試用現(xiàn)場(chǎng)照片： 耐高溫角尺座一體化稱(chēng)重傳感器 ， 此形式傳感器作用原理為 2 只單剪梁構(gòu)成橋式結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的抗側(cè)載和抗沖擊能力，其接觸受力部位為 “球面” 特殊形狀受力，綜合精度高。 替代原先的小車(chē)和運(yùn)行鋼軌支撐的角尺座，是一種運(yùn)動(dòng)中使用的力傳感器，在南通寶鋼試用，精度高，可靠性好，得到了用戶(hù)的認(rèn)可。 采用支架和框型支架結(jié)構(gòu)對(duì)旁壓式傳感器進(jìn)行限位，定位快速準(zhǔn)確，夾緊可靠；起重量限制器安全柵正激勵(lì)線、負(fù)激勵(lì)線、放大信號(hào)線、地線之間均連接并聯(lián)穩(wěn)壓二極管構(gòu)成穩(wěn)壓電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)電路中過(guò)電壓?jiǎn)?dòng)保護(hù)，解決了由于過(guò)載過(guò)熱及短路時(shí)引起過(guò)電流或過(guò)電壓限制保護(hù)；在稱(chēng)重傳感器前置放大電路惠斯頓電橋與集成放大芯片 IC之間增加了 L無(wú)源低通濾波電路，通過(guò)該低通濾波電路中的電感，對(duì)共模干擾信號(hào)進(jìn)行抑制，同時(shí)通過(guò)該低通濾波器，還可抑制信號(hào)輸入或信號(hào)輸出線上存在的差模干擾信號(hào)，減少共模和差模的干擾信號(hào)，從而保護(hù)放大器對(duì)傳感器毫伏信號(hào)高質(zhì)量的線性放大。 相關(guān)的幾個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，已申請(qǐng) 3實(shí)用新型專(zhuān)利和 3項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利。 3）預(yù)計(jì)項(xiàng)目完成時(shí)達(dá)到的關(guān)鍵技術(shù)及技術(shù)指標(biāo) （ 1）將傳感器信號(hào)的采集、濾波運(yùn)算、精度修正和數(shù)字信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸驅(qū)動(dòng)都集中在傳感器本體內(nèi)部完成，每只傳感器都有各自的 ID 編號(hào)，從而便于組網(wǎng)及記錄。 （ 2） 運(yùn)用 USB 熱插拔接口技術(shù)，對(duì)起重機(jī)一段時(shí)間范圍內(nèi)所有起重量運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行提取。提取路徑按照 :USB 存儲(chǔ)器 \使用單位組織機(jī)構(gòu)代碼 \起重機(jī)編碼號(hào) \數(shù)據(jù)提取時(shí)間 年 月 日 ,存放到 USB 存儲(chǔ)器的根目錄下。 （ 3）具有對(duì)起重 機(jī)一段時(shí)間內(nèi)，起重量運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)記憶的“黑匣子”功能。記錄內(nèi)容為表 1： 表 1 序號(hào) 日 期 時(shí)間 百分比 重量 持續(xù)時(shí)間 XXXX XXXXXXXX XXXXXX % XXXXt XXXXXX 統(tǒng)計(jì)結(jié)果 ： 運(yùn)行時(shí)間 ： XXXX小時(shí) XX 分 XX 秒 輕載 ( %＜荷重≤ %) ： X 次 中載 ( %＜荷重≤ %) ： X 次 重載 ( %＜荷重≤ %) ： X 次 超載 ( 荷重＞ %) ： X 次 統(tǒng)計(jì)時(shí)間 ： XXXXXXXX XX:XX:XX 項(xiàng)目完成時(shí)能達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)： 4）項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)類(lèi)型、標(biāo)準(zhǔn)名稱(chēng) ISO9001 認(rèn)證 歐盟 CE 認(rèn)證 GB126022021《起重機(jī)械超載保 護(hù)裝置》 GB 1260290 《起重機(jī)械超載保護(hù)裝置安全技術(shù)規(guī)范》 GB60672021《起重機(jī)械安全規(guī)程》 TSG Q70162021《起重機(jī)械安裝改造重大維修監(jiān)督檢驗(yàn)規(guī)則》 TSG Q70142021 《起重機(jī)械安全保護(hù)裝置型式試驗(yàn)細(xì)則》 TSG Q50012021 《起重機(jī)械使用管理規(guī)則》 5）通過(guò)本項(xiàng)目實(shí)施，企業(yè)新獲得的相關(guān)證書(shū)情況 通過(guò)本項(xiàng)目實(shí)施，企業(yè)新獲得的相關(guān)證書(shū)情況 質(zhì)量認(rèn)證體系證書(shū) ISO9001認(rèn)證 國(guó)家相關(guān)行業(yè)許可證 設(shè)備型式試 驗(yàn)合格證 專(zhuān)利證書(shū) 申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利 3項(xiàng)，實(shí)用新型專(zhuān)利 1項(xiàng)，授權(quán)實(shí)用新型專(zhuān)利 2項(xiàng) 技術(shù)、產(chǎn)品鑒定證書(shū) 完成新產(chǎn)品和科技成果鑒定 其他 / 三、 項(xiàng)目技術(shù)成熟程度 項(xiàng)目技術(shù)成熟性 項(xiàng)目目前所處階段 研發(fā) 現(xiàn)階段本項(xiàng)目直接參與人數(shù) 15 項(xiàng)目產(chǎn)品銷(xiāo)售情況 無(wú)銷(xiāo)售 關(guān)鍵技術(shù)成熟性分析 現(xiàn)有成熟關(guān)鍵技術(shù) 目前市場(chǎng)上的起重機(jī)械用起重量限制器，主要是通過(guò)傳感器前置放大器，將安裝在起重機(jī)測(cè)力點(diǎn)下傳感器輸出的毫伏信號(hào)放大 100～ 200倍后，再傳送給控制儀表進(jìn)行電壓信號(hào)的采集和處理，然后將處理后的信號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比 較，當(dāng)采集的信號(hào)按一定比例大于標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)時(shí)，控制儀表便輸出一組無(wú)源開(kāi)關(guān)量信號(hào)用于控制起重機(jī)的超載起吊作業(yè)，從而阻止起重機(jī)的超載作業(yè)。 所采用的力傳感器的結(jié)構(gòu)形式根據(jù)使用場(chǎng)合主要有：旁壓式、軸銷(xiāo)式、墊板式、魚(yú)背橋式、板環(huán)式傳感器等等，這些傳感器技術(shù)已經(jīng)成熟，安裝后系統(tǒng)能夠達(dá)到總體精度的 5%FS。 起重機(jī)械安全監(jiān)控儀能夠?qū)崿F(xiàn)功能譬如測(cè)量監(jiān)控起重運(yùn)行中的起重量、起升力矩、風(fēng)速等單一運(yùn)行指標(biāo)。 同時(shí)，無(wú)線傳輸技術(shù)發(fā)展趨于成熟，可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集數(shù)據(jù)的傳輸。 已攻克的 關(guān)鍵技術(shù) 在研究已有 成熟技術(shù)的前提下，結(jié)合公司的技術(shù)力量，對(duì)本項(xiàng)目做了大量的開(kāi)發(fā)研究和試制工作，已經(jīng)攻克了以下技術(shù)點(diǎn)： 力傳感器數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)限制器的數(shù)字傳輸，包括 :數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊、鍵盤(pán)和顯示模塊、聲光報(bào)警和控制輸出模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、 USB數(shù)據(jù)下載模塊和中央處理器，所述各設(shè)備以中央處理器為核心，測(cè)力傳感器數(shù)字化轉(zhuǎn)換模塊、鍵盤(pán)和顯示模塊、聲光報(bào)警和控制輸出模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、USB數(shù)據(jù)下載模塊分別與中央處理器連接，測(cè)力傳感器數(shù)字化轉(zhuǎn)換模塊與測(cè)力傳感器連接。 多種應(yīng)用場(chǎng)合的力傳感器研究和開(kāi)發(fā)成功，并已經(jīng)大型鋼鐵廠進(jìn)行 的現(xiàn)場(chǎng)試用。 待研究的 關(guān)鍵技術(shù) 數(shù)字技術(shù)中的 每個(gè)傳感器都有各自的 ID編號(hào)，各個(gè)傳感器的狀態(tài)分析以及多傳感器的組網(wǎng)。 具有運(yùn)用黑匣子和 USB熱插拔提取技術(shù)來(lái)對(duì)起重機(jī)起重狀態(tài)各種參數(shù)的存儲(chǔ)和提取功能，讓設(shè)備監(jiān)管部門(mén)為起重設(shè)備的壽命預(yù)測(cè)，安全評(píng)定，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，應(yīng)急搶險(xiǎn)，事故分析等提供非常有力的原始分析數(shù)據(jù)。 根據(jù)多應(yīng)用場(chǎng)合的力傳感