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事故频发,关于通用桥式起重机安全监控方法研究与分析(二)

来源:恺德尔起重机安全监控管理系统专家 发表日期: 2016-06-17 14:59:00
14 累积工作时间计算
由起重机的电气控制原理可知 (见图2),起升机构电机由交流接触器ZC、FC、DC及相应回路控制,因此,采集线圈状态并进行累加即可统计起重机的累积工作时间,也可以通过起重量信息计算累积工作时间。


桥式起重机主钩控制原理

图2 30t/10t桥式起重机主钩控制原理


2 嵌入式起重机安全监控系统组成
满足GB/T28214—2012规定的安全监控要求。嵌入式起重机安全监控系统采用了freescaleiMX25系列 32位 ARM9核心微控制器 (MicroControlerUnit),主频 400M,通过外围电路扩展,使该系统具有64MDDR2系统内存,128MFlash存储器。支持实时时钟、大容量SD卡、1路以太网、多路串行通信 (包括RS232、RS485、GPRS/CDMA)、工业现场总线 (CAN)、工业标准 TFT彩色LCD、4线制电阻触摸屏、32路GPIO;支持WindowsCE60嵌入式实时系统。通过移植,支持嵌入式数据库SQLite3。系统组成如图3所示。

嵌入式起重机安全监控系统

图3 嵌入式起重机安全监控系统

图3中RS485和起重量限制器连接,实时获取载荷信息,远程数据传输模块GPRS(或CDMA)用于和后台进行数据交换,触摸屏用于工作状态显示和参数设置,实时时钟用于记录故障信息的时间戳,SD卡则用于保存故障信息,GPIO则用于采集开关信号的状态。

3 起重机安全监控系统软件设计
嵌入式起重机安全监控系统基于WindowsCE60嵌入式实时系统,移植了基于文件的嵌入式数据库系统SQLite3,开发工具采用MicrosoftVisualStudio2005。系统组成如图 3所示,上层是起重机安全监控应用程序,下层是嵌入式操作系统WindowsCE60和嵌入式数据库SQLite3。起重机安全监控应用程序通过WindowsCE控制硬件操作。WindowsCE60支持多任务,软件设计应利用多任务特性以提高程序运行效率。起重机安全监控系统需要执行的主要任务有:

1)定时轮询安全信号,如果相应的信号被触发,则记录信号值及发生的时间;
2)记录起重机的工作载荷,记录开始作业的时间和结束作业的时间;

其中1)和2)具有实时性,3)和4)则是非实时的,应采用不同的方法进行处理。实际中,针对第1种情况,采用了WindowsCE系统自带的定时器,每隔100ms对I/O信号进行采集,如果信号改变,则记录相应事件。针对第2种情况,采用了多线程和信号量机制确保及时正确的接收起重量限制器传送的数据。针对第3种情况,采用了WindowsCE的消息机制更新界面元素。针对第4种情况,则利用了非作业时间进行数据传送。

软件设计基于WindowsMFC,采用了面向对象技术,图4显示了参与通信的各对象之间的交互。和起重量限制器通信过程中涉及了串口类(Serial)、起重量限制器类(LoadCel)、应用程序类(App)和界面交互类(Dialog)。应用程序类(App)用于实现安全监控系统控制逻辑,初始化界面交互对象(1)、起重量限制器对象(2)和串口对象(3);界面交互类实现了输入控制和信息显示;串口类实现了串口初始化,并启动单独的线程(receiver)接收起重量传感器的数据(4)并进行通信过程中的错误处理,例如奇偶校验错,然后将接收到的正确字节流数据传递给起重量限制器类(5);起重量限制器类对接收的字节流进行缓存,并依据ModBus协议提取其中的载荷信息并进行校验(6),之后将完整的起重量信息通过消息机制通知界面交互类(7);最后由界面交互类更新起重量信息(8)。

图4 起重量限制器通信活动图

图4 起重量限制器通信活动图

由于不同类型的起重机显示的内容差异大,不同类型的起重量限制器其通信协议、解析方法也不同,因此Dialog类、LoadCel类变化较大。而起重机安全监控流程、接收起重量限制器之间的数据通信则是相同的,因此,App类、Serial类相对固定。通过类的抽象和接口定义,将安全监控系统的控制流程和易于发生变化的部分进行了封装,提高了软件复用。采用通道表示某个安全监控信息源,每个通道隶属某个机构,某个机构可包括多个通道,例如起升机构包含了上限位、下限位、超载等多个通道,借鉴设计模式中的复合模式,构建了如图5所示的类层次结构,Assembly类抽象了起重机机构,通过该类的Add方法将通道 (安全监控信息源)进行动态分类,实现了安全监控信息源的结构化,利于信息的存储、传输和检索。

 通道和机构类层次

图5 通道和机构类层次

4 结论和展望

采用嵌入式系统对继电器控制的32t/10t×225m(A5)通用桥式起重机进行信息化改造,使该起重机初步具备了实施GB/T28264—2012规定的安全监控的条件。通过面向对象技术,将安全监控信息源进行了结构化和层次化,以利于故障信息的存储和检索。同时,利用LoadCel等类,将系统中变化部分进行了隔离和封装,提高了软件复用。嵌入式系统配置灵活,软硬件一体,性能强大,完全可以替代传统的工业控制计算机 (IPC),而成本只有后者的1/3,具有很高的性价比。






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