qizhongjishigongchengjianshezhongdebiyaoshebeizhiyi

，zaishigongzhongyingyongxiangdangguangfan。raner
，qizhongjiqianzaideweixianyinsuyejiaoduo

，rongyifashengexingshigu。guojiajishujiandujuxianhouzhuanmenzhidinghefabule《起重機設計規範》（GB3811-83）、《起重機械超載保護裝置安全技術規範》（GB12602-90）
、《起重機安全規程》（GB6067-85）等(deng)標(biao)準(zhun)，要(yao)求(qiu)各(ge)類(lei)起(qi)重(zhong)機(ji)械(xie)必(bi)須(xu)裝(zhuang)備(bei)安(an)全(quan)保(bao)護(hu)裝(zhuang)置(zhi)。因(yin)此(ci)開(kai)發(fa)新(xin)型(xing)的(de)起(qi)重(zhong)機(ji)多(duo)功(gong)能(neng)安(an)全(quan)監(jian)控(kong)和(he)保(bao)護(hu)係(xi)統(tong)是(shi)很(hen)有(you)必(bi)要(yao)的(de)。基(ji)於(yu)此(ci)，近(jin)年(nian)來(lai)國(guo)內(nei)外(wai)先(xian)後(hou)研(yan)製(zhi)出(chu)一(yi)些(xie)起(qi)重(zhong)機(ji)安(an)全(quan)保(bao)護(hu)裝(zhuang)置(zhi)，如(ru)載(zai)荷(he)限(xian)製(zhi)器(qi)
、力矩限製器、起升高度儀、防碰撞裝置
、風feng速su報bao警jing器qi等deng。但dan它ta們men功gong能neng單dan一yi，如ru果guo需xu要yao多duo種zhong保bao護hu功gong能neng，必bi須xu安an裝zhuang多duo台tai儀yi器qi，這zhe樣yang不bu僅jin價jia格ge昂ang貴gui
，也ye給gei維wei護hu和he使shi用yong帶dai來lai了le不bu便bian。起qi重zhong機ji用yong戶hu迫po切qie需xu要yao一yi種zhong集ji多duo種zhong功gong能neng於yu一yi體ti的de多duo功gong能neng安an全quan監jian控kong係xi統tong，並bing希xi望wang起qi重zhong機ji具ju有you較jiao強qiang的de自zi動dong控kong製zhi功gong能neng主zhu自zi診zhen斷duan能neng力li

，以yi降jiang低di操cao作zuo和he維wei護hu的de勞lao動dong強qiang度du並bing保bao證zheng起qi重zhong機ji的de安an全quan。

　　起重機用戶關心的涉及到安全方麵的工況參數主要有：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、風速（力）大小、起重過程中載荷振動情況以及下陣的各種信息（如變幅油缸壓力、液壓傳動係統的壓力、溫度、發動機轉速參數、油溫）等。如何對這些工況參數進行巡回采集、算法處理
，並實時輸出控製和提示是本係統設計的關鍵所在。

　　近年來，現場總線技術
、數字信號處理技術的不斷發展和漸趨成熟以及各種新型大規模集成器件的出現，為本係統的實現奠定了技術和物質基礎。

　　現場總線（Field Bus）標(biao)準(zhun)及(ji)其(qi)技(ji)術(shu)是(shi)國(guo)際(ji)自(zi)動(dong)控(kong)製(zhi)領(ling)域(yu)關(guan)注(zhu)的(de)熱(re)點(dian)，對(dui)於(yu)工(gong)業(ye)控(kong)製(zhi)領(ling)域(yu)
，采(cai)用(yong)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)的(de)最(zui)大(da)優(you)點(dian)是(shi)可(ke)大(da)量(liang)節(jie)約(yue)連(lian)接(jie)導(dao)線(xian)。維(wei)護(hu)費(fei)用(yong)和(he)安(an)裝(zhuang)費(fei)用(yong)

，同(tong)時(shi)，現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)能(neng)夠(gou)傳(chuan)送(song)多(duo)個(ge)過(guo)程(cheng)變(bian)量(liang)。控(kong)製(zhi)器(qi)局(ju)域(yu)網(wang)（Controller Area Network）屬於現場總線的範疇，它是一種有效支持分布式控製（Distributed Controller）或實時控製（Real-time Controller）的串行通信網絡

，是德國Bosch公司於1980年初為解決現代汽車中眾多的控製與測試儀器之間的數據交換而開發的一種串行數據通信協議，是一種通信速率可達1Mbps的多主總線（Multiple Master Multiple Slave,即M3S）。CAN總線通信接口集成了CAN協(xie)議(yi)物(wu)理(li)層(ceng)和(he)數(shu)據(ju)鏈(lian)路(lu)層(ceng)功(gong)能(neng)，可(ke)對(dui)通(tong)信(xin)數(shu)據(ju)完(wan)成(cheng)成(cheng)幀(zhen)處(chu)理(li)。它(ta)通(tong)過(guo)對(dui)通(tong)信(xin)數(shu)據(ju)塊(kuai)進(jin)行(xing)編(bian)碼(ma)，保(bao)證(zheng)了(le)網(wang)絡(luo)內(nei)節(jie)點(dian)個(ge)數(shu)的(de)動(dong)態(tai)性(xing)

，並(bing)使(shi)不(bu)同(tong)的(de)節(jie)點(dian)同(tong)時(shi)接(jie)收(shou)到(dao)相(xiang)同(tong)的(de)數(shu)據(ju)。數(shu)據(ju)段(duan)長(chang)度(du)最(zui)多(duo)為(wei)8個字節，保證了通信的實時性；而協議利用CRC檢驗提供相應的錯誤處理功能，則保證了數據通信的可靠性。本係統利用CAN總線的以上特性
，解決了眾多模塊（節點）之間的通信問題。

　　數(shu)字(zi)信(xin)號(hao)處(chu)理(li)器(qi)的(de)出(chu)現(xian)使(shi)數(shu)字(zi)信(xin)號(hao)處(chu)理(li)領(ling)域(yu)發(fa)了(le)了(le)革(ge)命(ming)性(xing)的(de)變(bian)化(hua)。它(ta)采(cai)用(yong)了(le)哈(ha)佛(fo)總(zong)線(xian)結(jie)構(gou)，數(shu)據(ju)總(zong)線(xian)和(he)程(cheng)序(xu)總(zong)線(xian)分(fen)離(li)，可(ke)同(tong)時(shi)進(jin)行(xing)指(zhi)令(ling)的(de)讀(du)取(qu)和(he)數(shu)據(ju)運(yun)算(suan)，指(zhi)令(ling)基(ji)本(ben)上(shang)可(ke)以(yi)在(zai)一(yi)個(ge)機(ji)器(qi)周(zhou)期(qi)內(nei)執(zhi)行(xing)
，片(pian)裝(zhuang)乘(cheng)法(fa)器(qi)硬(ying)件(jian)，具(ju)有(you)將(jiang)乘(cheng)法(fa)器(qi)和(he)累(lei)加(jia)器(qi)以(yi)流(liu)水(shui)線(xian)方(fang)式(shi)連(lian)接(jie)的(de)總(zong)線(xian)，能(neng)高(gao)速(su)進(jin)行(xing)連(lian)續(xu)的(de)乘(cheng)法(fa)運(yun)算(suan)和(he)累(lei)加(jia)運(yun)算(suan)。因(yin)而(er)其(qi)運(yun)算(suan)能(neng)力(li)極(ji)強(qiang)，適(shi)合(he)於(yu)大(da)量(liang)高(gao)速(su)信(xin)號(hao)的(de)處(chu)理(li)領(ling)域(yu)
，自(zi)從(cong)問(wen)世(shi)以(yi)來(lai)，在(zai)短(duan)短(duan)不(bu)到(dao)20年的時間內，便迅猛發展
，得到了極為廣泛的應用。以Texas Instruments公司的TMS係列為例，到目前已發展到第五代。

　　1 係統總體結構簡圖

　　本係統基本組成如圖1所示。係統由一個主節點（中央處理單元）、一個智能節點和8個最小係統節點組成。最小係統節點包括拉力傳感器節點1（副鉤）、角度傳感器節點2（副臂）
、拉力傳感器節點3（主鉤）

、角度傳感器節點4（主臂）、風力傳感器節點5、防碰撞傳感器節點6、高度傳感器節點7（主鉤）
、高度傳感器節點8（副鉤）等，各節點分別負責采集不同的牧師信號
，並進行A/D轉換（個別節點則不用進行A/D轉換，如高度節點的增量式光電編碼盤可直接得到數字信號）
，然後通過現場總線與主節點通信。各模塊之間的最大總線長度不超過130米
，位速率定為500kbps，總線定時為：BTR0，01H；BTR1
，1CH。

　　1.1 主節點（中央處理單元）

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　　係統主節點結構原理圖如圖2所示。中央處理器采用美國模擬器件公司生產的ADSP2105。

　　它是一種高性能價格比、性能成熟的DSP器件
，在一個100ns周期內，可以完成如下操作：取兩個操作數

，修改指向操作數的地址單元

，使兩個操作數相乘並將結果累加到一個40位的和中。由於程序循環在硬件內完成，所以每100ns能執行一次這些高級指令的操作。WSI的PSD311可編程外圍器件有效地將可編程邏輯、I/O端口和存儲器集成在一塊芯片上，可以實現本係統的外圍功能。ADSP2105在與PSD311等外圍器件聯絡方麵提供了很大的時序靈活性。它可以為4個分開的存儲器空間中的每一個單獨分配等待狀態數量，以適應很寬的時序差別。我們在ADSP2105的“等待寄存器”為EPROM、RAM和外部存儲器的選通脈衝安排1個等待狀態
，即200ns周期時間，以滿足PSD311 120ns器件的時序要求。由於總線的通路布在ADSP2105的裏麵，PSD311的數據線與D15～D8連接。ADSP2105的“D22”線提供PSD311的“A14”地址線，/BMS（Boot Memory Select）充當EPROM的片選並與PSD311的“A19”輸入相連接。

　　選用SJA1000作為CAN控製器，驅動器使用CAN控製器接口芯片PCA82C250。EEPROM用作數據RAM，用於保存設置輸入的關鍵數據，以防掉電時丟失。

　　1.2 智能節點

　　智能係統節點原理示意圖如圖3所示。Philips公司的80C592芯片是8位高性能微控製器
，是現有80C522和CAN控製器PCA82C200的功能組合，並具有8路模擬量輸入通道的10位A/D轉換器和兩級優先權的15個中斷源。PSD311用作其外圍ROM

、RAM和譯碼芯片。80C52利用自帶的ADC將下車傳感器采集的各種模擬/數字信號轉換成數字信號（隻對模擬信號），經CAN部件送至係統主節點；並接收主節點 來的輸出信號，控製下車的各種繼電器和各種電磁閥。

　　1.3 最小係統節點

　　最小係統節點使用了ISO/DIS11898標準連接方法

，如圖4所示。P82C150是帶位速率自動檢測和校正的包括CAN協議控製器的單片16位I/O器件。它的16條I/O口線的方向
、數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轉換器具有0.1%的精度
，完全可以滿足係統的精度要求。

　　2 係統功能和特性

　　xitongnenggoushishiduigeluchuanganqixinhaojinxingxunhuicaiyang
，jingguojisuandechuxiangyinggongkuangxiadeqizhongjishijigongkuangcanshu，bingyubiaozhungongzuocanshubijiao，dangdadaojixianzhide90%的預報警，超過100%時報警，並強製停止控製。這時起重機不能繼續向危險方向動作，如趴杆、伸臂、起升等。係統還提供了友好的人機界麵，用戶可以方便地完成特定的工作參數設置及調試、標定等輔助功能

，根據顯示屏幕和語音提示實時了解相關的工況參數，以便及時作出相應的操作。

　　係統最大的特性是可以根據起得機的具體情況動態地增刪節點（CAN監控模塊）。高性能的DSP和外圍器件PSD保證了係統的柔性、強壯性和可擴展性。

　　一體化起重機安全監控係統是未來起重機安全監控係統的發展趨勢，它將逐步取代單一功能的安全保護裝置
，如載荷限製器、力矩限製器、起升高度儀

、防碰撞裝置
、風速報警器等而成為市場主流產品。