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（完稿）汽车式起重机力矩限制器的研制（CAD全套）

行的探讨工业控制技术是当今世界上发展速度较快的应用技术之，受其影响，工业控制系统的技术构成很难保持长期稳定不变。为了适应不断进步的技术，必须从结构设计上保证其技术构成的灵活性和可扩展性。面对日趋激烈的市场竞争，要求我们的起重机力矩限制器必须能够在需要的时候重新定义自己的目标，在功能上具有定的灵活性和可扩充性。具体的说，当用户提出需要系统监测更多的参数时，我们的系统能采取策略满足要求。我们针对系统可扩展性提出了两种解决办法并分析了适用场合。集散式控制系统改进传统的基于单片机的集散式控制系统，把大量分散的单回路测控系统通过单片机进行集中统管理，用各种功能模拟代替控制室仪表，利用单片机实现回路调节，工况连锁，参数显示，数据储存等多种功能。由于所有的工作都需要单片机来控制，这对于作为系统核心的单片机的性能提出了很高的要求。传统的基于单片机的系统的可扩展性取决于两方面的因素。是单片机自身的性能。随着电子技术以及制造工艺技术的迅猛发展，各大单片机制造厂商纷纷推出集成度更高功能更强大而且与旧有型号的单片机相兼容的新产品，以方便用户顺利升级，可以说单片机自身的性能还是有保证的另个则是单片机在系统内是否已经接近或达到满负荷工作。如果是，那么需要系统添加额外功能时，单片机就不堪重负，难以完成任务如果系统控制核心的负荷量太轻，不外乎是两种情况是单片机的大材小用，说明单片机的选型浪费，这势必造成不必要的成本开销是系统预留的功能太多，可能导致为实现这些功能而设计的接口器件占据了电路板上的太多位置，而导致系统的体积变得庞大起来。因此对于系统的总体方案设计人员提出了很高的要求，就是怎样找到个最佳的契合点既满足系统的可扩展性，又兼顾了价格系统体积因素等。现场总线现场总线是连接智能现场设备与控制室之间的全数字式开放的双向的通信网络。它能够使用对简单的双绞线给现场设备供电，并传输现场设备与控制室之间的通信信号。现场总线的节点是现场设备或现场仪表，这些仪表都遵循统的标准和规范，按照系统化和开放性要求，实现数字化智能化标准化，并且增加远距离操作和就地控制功能。采用现场总线的最大优点是可以大大节约连接导线和维护费用。同时，现场总线能够传送多个过程变量。传统的控制回路般只能携带个信号，通常称为过程变量。而采用现场总线后，在传输变量过程的同时，仪表的标识符和简单的诊断信息也可并传送数字信号的精确性是现场总线的又个优点，数字信号比模拟信号分辨率高，因此，可排除过去在模数转换中产生的误差。远程维护在采用数字通信和现场仪表后也将成为可能。由于现场总线是双向的，因此能够从中心控制室对现场智能仪表进行标定，调整及运行诊断，甚至可在故障发生前进行预测。采用现场总线构建系统当需要扩展功能时，其主节点上的控制器相当于中的核心控制器的任务量并没有明显增加，这部分工作都被扩展到总线上的现场设备中的智能控制器所分担了，主节点控制器起到的实际上是信息搜集信息综合和信息反馈的作用。因此当系统扩展功能，主节点控制器负担不重，系统的可扩展性主要取决于相应现场总线的负载能力。值得提的是，挂接在现场总线上的传感器执行器等并不是普通的现场设备，它们都是有微处理器控制的智能现场设备，从这个意义上来说，智能现场设备的价格肯定是比普通现场设备贵些。对于旧有系统改造，用户能否接受值得考虑。现场总线发展至今，大大小小已有余种，每种现场总线技术基本都有其自身的技术特点和传统的应用领域，如源于汽车工业，则大量应用于楼宇自动化。同时每类现场总线技术均有国际上的大公司为背景和依托。然而，在起重机领域尚未有关于制造商应用种现场总线于控制系统以及传感器制造商开发基于种现场总线的起重机相关的智能传可以说国内起重机行业正在迫切呼唤符合国情性能先进功能完善工作可靠的新型力矩限制器产品，用以满足国内的生产需求。.力矩限制器技术概况以及发展趋势目前，国际上起重机制造行业主要有格鲁夫加藤得玛克神户和多田野等十几家制造商，其产品占据国际市场的大部分份额。它们大都根据自己的起重机产品研制并配套专用的力限器，考察这些产品.基本反映了国外技术的发展历程现状和趋势。早期力限器采用全机械式结构，使用很多的齿轮凸轮行程开关电机等，通过这些机械部件的配合运动计算出载荷参数，并通过模拟指针表来显示。这种机械式的采样及计算显示都较粗糙，而且功能单，设计制造维护调整难度都很多，寿命也较短。这种机械式的力限器已被淘汰。日本履带吊的力限器是年代末设计的产品，采用了大量的模拟电路对传感器信号进行处理计算，仍用模拟表显示，它相对机械式是个大进步，但定程度上仍存在精度低设计维修难度大易损坏的问题。进入年代，随着微处理器技术的迅速发展，力限器的设计水平步入了个新台阶。如神户型履带吊力限器，及其它数字处理技术，通过变换来完成模拟到数字的转换，利用软件来完成复杂的技术工作，系统的集成度和精度都得到了很多的提高。而且通用性好，对于不同型号的同系列起重机，只需更改相应的软件参数和传感器程。具有系统自检功能，当系统硬件或工况设定出现问题时，能及时报替和显示故障代码。通常采用数码管显示，拨码盘设定工况，手动电位器进行调节标定。型力限器作了进步的改进，具有零点记忆功能，当显示载荷零点变动时通过简单操作即可记忆零点数据，及时调整。还可方便的记忆工况下空载时不同幅度下的零点数据。经过内部处理分析，可减小摩擦等误差因素对测量结果的影响。内部电路更具合理性，采用开关技术，提高了抗干扰及防护能力。采用新型高性能单片机及外围芯片，性能更稳定，功耗更低，系统集成度更高。公司的型力限器的设计更突出体现了人机界面的优化。选用点阵字符显示器，显示信息两大，强光下读数清晰，而且功耗极低。具有各种英文提示，发生故障时可显示故障内容及处理方法。采用薄膜印刷面板，更加美观且防水。通过薄膜轻触按键进行工况参数的设定或操作向辅助功能，操作灵活方便。国内的力限器产品开发较早且有影响的有葛洲坝水电学院北京电脑研究所和大连工程机械研究所。北京电脑所的产品完全仿照日本多田野公司的年代产品。技术上缺少创新，而且实践证明，质量不稳定，返修率较高。葛洲坝水电学院的力限器是自行研制的，但据用户反映操作很不方便，在改装情况下经常达不到规定精度的要求，也存在故障高的问题，第代产品己经大批量生产并有良好的经济效益，需要在此基础上开发更完善性能更先进的第二代产品投入市场。国内其他的研究单位在力限器的开发上还没有形成定的规模，无法参与市场竞争，据用户反映，国内产品的最主要问题是可靠性问题，在解决可靠性前提下还须提高整机性能及完善系统功能。纵观机电体化技术的发展趋势和潮流，起重机机力限器的技术有以下的发展方向在电路设计上采用最先进的计算机技术电子技术和新年优异的新型集成电路元气件，提高整机集成度电气性能抗干扰性和故障防护能力。如采用开关电源技术，将电源的输入与输出进行隔离，有效防止高电压脉冲对后续电路的影响，选用可自恢复的保险丝器件将系统电路分块保护，当部分发生故障过电流时，自动切断，故障解除后自动恢复，使用数字电位器免除机械嗓声等.功能设计日趋完善，如具有超载记录功能，当发生超载时，自动记录时间日期工况，以及工作参数等，可为事故分析和设备维护保养提供参考依据.增加检验量，如重要液压回路的温度油压发动机工况等。虽然这些己超出了力限器的限制范围，但这些参数也是使用者所关心的，这可以看作是力限器的外延。改善人机接口，采用先进的显示方式如点阵显示器，增加显示信息量，提示更直观，使用声音报告代替数字显示提高人机交流的和谐性，设计更简便的操作方式，具有灵活的在线动态标定功能，简化调试标定工作量。性能进步提高，具有吊重测量动态修正功能，减少起吊摆动振荡等对吊重测量精度的影响，考虑结构变形摩擦力误差因素，建立更准确的数学模型和完善的标定方式，提高系统精度。在电路设计上简化器件的组成，实行模块化标准化设计，便于系统的测试维护和扩展，提高系统的开放性，实现产品的系列化生产。.课程的主要工作课题的基本目标是结合国内外力限器的技术现状和发展趋势，针对汽车式起重机，在已有的力矩限制器的基础上，开发研制功能齐备技术先进性能可靠的新代起重机力矩限制器。主要进行如下工作总体方案的研究语音开发设备的初步研究超载记录黑匣子的初步研究系统软硬件的设计样机的调试本设计的创新点在于可以采用更广的工况设定，应用范围十分的宽广。不仅仅是使用与汽车起重机。重点解决如下问题着眼于完善系统功能，提高系统性能和追求技术的先进性并兼顾经济性，在此基础上提出新的总体方案并完成硬件电路的设计和系统软件开发声音是人类交流的最有效的手段，是人机接口追求的最高境界在系统中使用声音提示操作要点报告工作状况和运行参数，提高人机交流的友好性。为便于事故分析和设备维护，设计黑匣子记录模块完整准确的记录超载工况。系统功能的不断增多导致系统电路的复杂性上升并影响系统的性能，尝试简化系统设计，提高系统的性能，提高系统设计的模块化，便于系统的维护扩展。力限器的工作条件恶劣，为保证长期正常工作，对系统的抗干扰性和可靠性都有很高的要求。这就需要在系统的软件编写和硬件设计上采取许多必要的手段和措施。本设计的优点在于结构简单紧凑成本低具有性价比高等特点。.解决方案的选择基于所采用的中央处理器的不同，有两种比较合适的系统总体解决方案，种是以工业控制计算机为核心，另种是以位或位高性能的单片机为监控核心，下面将对它们的优缺点分别讨论。工业控制计算机解决方案工业控制计算机具有特殊的结构设计，所用芯片经过严格的质量筛选，整个系统严密密封，适用于恶劣的工作环境，工作环境温度可达，平均无故障时间达小时无论是硬件还是软件，都具有优良的开发环境，完备的开发手段，在升级换代方面更是易如反掌，如要增加内存及硬盘的容量，则只要再插上内存扩展条和更换大容量的硬盘即可，要增加模拟量输入，开关量输出，只要在扩展槽内插入块相应的卡即可工业控制计算机具有标准化的总线结构，使其构成的测控系统在应用软件方面具有无可比拟的兼容性。系统以工业控制计算机为核心，通过种总线形式的接口板接收传感器信号并输出控制信号，显示器和键盘均可采用工控机的标准配置。优点利用工控机标准的体系结构，通用的操作系统及丰富强大的应用软件开发环境，可以大大降低系统的开发时间，提高效率，特别是开发图形汉字系统，对于工控机系统可以说是随手拈来，这令单片机点阵图形显示器系统望尘莫及另方面由于工控机结构标准，应用广泛，其自身就具有很高的可靠性，而单片机系统的可靠性保障则完全依赖于系统设计者，这不但加重了设计者的负担，而且所设计出来的系统的可靠性如何，也令人存有疑问，其对设计者的能力及知识都有很高要求。采用工控机系统可开发出漂亮美观的图形人机界面，这里系统对于实时性的要求不是很高，我们可以利用目前流行的商用操作系统来做开发，系统是个美观漂亮的图形化系统，而且有丰富的软件开发工具，在它的基础上开发套汉字化的图形系统是很容易的，而且更可以开发出效果逼真的起重机工作过程全真动画模拟。工控机系统方面为我们带来了性能优异的监控系统，另方面更有丰富的资源储备和极强的系统扩展能力，例如如果想要查询该台起重机的工作状况和历史信息纪录，接上打印机打印出来或通过移动存储设备如软盘盘移动硬盘等复制固然是很好很轻松的方法，但利用现在蓬勃发展的网络信息技术，将工地的大型作业设备的工控机连成局域网，在中央监视大厅，就可以直接察看了如果将其接入国际互联网，那在世界各地都可以查看了。再如对于起重机控制系统的体化趋势，正如上面提到的工控机系统完全能满足要求缺点此方案的主要缺点是所需费用较高，便携性能差，再是开发技术难度较大。所需解决的主要难题工控机接口板的制作。工采用三总线的结构形式，主机板通过扩展槽这种开放式的总线体系结构与各种各样外围设备进行信息交换，总线的标准主要有,等，需要选择使用种总线工业上般使用总线，