通用型卷扬机自动收放系统的设计

通用型卷扬机自动收放系统的设计

1实时的运行监测在某些特殊情况下，由于介质腐蚀，或安装位置处于封闭环境中，操作员不能直接监控其运行，也不能控制其运行。而在此特殊工况下,往往对卷扬机的安全性能有着更高的要求。因此,此类卷扬机系统必须能够实时地将系统的运行情况反馈在操控台显示器上,并在出现意外情况时系统自身能采取相应措施以避免危险情况发生。设计上利用现有的成熟技术,研发满足在特殊环境下使用需求的卷扬机自动收放系统。2系统的设计2.1整体结构设计自动收放系统主要包括以下五部分:动力装置、机械传动装置、释放/回收装置、监控装置、现场监控计算机,传感器分别布放于动力源及释放/回收装置内,其整体结构关系如图1所示。2.2动释放/回收装置监控装置接收到操作人员通过现场监控计算机发出控制指令后,开始采集各传感器的数据进行分析,如无异常则启动相关动力装置,经机械传动装置驱动释放/回收装置实现卷扬动作。在工作过程当中,传感器数据通过连接电缆传至监测装置和计算机中。监测装置依据对采集的数据进行分析的结果,调用相关的程序自动控制系统的运行,并将系统状态如缆绳释放长度等运行数据显示在计算机上;如果出现缆绳断裂等意外情况时,监测系统也将依据相关程序自动采取相应处置措施,保证设备安全。在系统运行的任何状态下,现场监控计算机都有对整个系统的优先控制权,以满足紧急状况的处理需求。3机械结构的实现系统主要包括两大功能模块:机械装置模块和控制模块。机械装置模块在控制部分的指令下执行释放、回收或停机动作,实现系统正常运转的机械结构;控制模块是接收系统指令和传感器信号等运行数据并进行分析,依据分析结论发出控制指令,控制机械结构运转的单片机系统。3.1机械装置的工作原理机械装置由动力源、传动机构、回收机构、释放机构、排缆机构、切割机构等部分组成。为便于自动控制和满足速度调节的要求,回收机构和释放机构都采用变频电机作动力源;电机与运转机构间装有棘轮装置,以保证动力传递的单向性,降低无谓功耗;在释放缆绳时,释放机构主动匀速转动,回收机构在缆绳的带动下跟转;在回收缆绳时过程刚好相反。在释放或回收的过程中,回收滚筒上缆绳数量不断变化,其缠绕直径也相应变化,在电机转速不变时,回收滚筒上缆绳的线速度将不断变化,从而导致释放机构与回收机构运动的无法同步,使得缆绳在收放过程中可能出现过大的张力或松圈。因此,只能用一个电机作运动,通过缆绳的带动实现释放机构和回收机构的同步运转。机械装置有如下工作特点:1)在回收缆绳时,回收滚筒在变频电动机1的带动下主动旋转,将缆绳缠绕在回收机构的滚筒上;此时释放机构的挤压轮在缆绳的带动下跟随转动,其挤压轮只对缆绳起导向限位作用。2)在释放缆绳时,释放机构的挤压轮在变频电动机2带动下主动旋转,通过挤压摩擦力将缆绳向外释放;同时回收机构的滚筒在缆绳的带动下跟随转动。3)无论是释放还是回收缆绳,其排缆机构只跟随回收机构的滚筒的同步运转,以保证缆绳排放整齐,保障缆绳计算长度的准确性。4)切割机构可在控制指令下用来切断缆绳。因在特殊环境下使用,当出现缆绳被外物缠绕等情况时,为避免危及系统其它装置的安全,可使用切割机构切断缆绳。3.2缆绳长度测量监控装置的核心是控制程序,传感器是其重要的组成部分。在设计中,其PLC核心选用ATMEL公司生产的AT89C52,霍尔传感器用于测试电机转速、缆绳长度的测算及产生自动停车信号;张力传感器用来测量缆绳在收放过程中的受力情况。监控装置的结构关系如图2所示。1检测装置释放长度的计算以及分配运行监控系统在收到计算机发出的释放指令后,首先读取所有传感器的数据并判断有无异常;若无异常则开始释放动作,释放过程中接收各传感器的数据并进行释放长度的计算以及判断有无异常情况发生,当释放长度等于预置长度或放限位传感器出现高电平时,运行监控系统发出停车指令。运行监控系统在收到计算机的回收指令后,启动机械装置开始回收,回收过程中接收各传感器信号,并计算未收回缆绳的余留长度;当余留长度为0或收限位传感器出现高电平时,运行监控系统发出停车指令,并将余留长度置为0。2电机和回收机构在系统运转过程中如出现以下情况时:·电机转速超过预定值;·张力超过预定值;·可逆计数传感器不计数;·回收机构或释放机构之一没有运转。由相应的传感器发出信号,运行监控系统在收到信号后发出停车指令,切断电机电源,并在显示屏上显示故障代码,保证设备及系统的安全。系统的主控程序结构流程图如图3所示。3停车和可逆计数放限位传感器是在缆绳释放到最大允许长度时,原本被缆绳压住的放限位弹簧开关起跳,触发霍尔元件产生高电平脉冲,运行监控系统收到其高电平脉冲后调用停车程序,切断电机电源,系统停车。收限位传感器在缆绳末端通过收限位开关时,触发霍尔元件产生高电平脉冲,监控系统收到其高电平脉冲后调用停车程序,切断电机电源,系统停车,并将余留长度置为0。可逆计数传感器的工作原理:当回收滚筒每转一圈,其内部的两个霍尔传感器A和B先后被触发一次,依据其脉冲的先后关系可以识别出圆筒的转动方向,再统计其脉冲次数,就能得出圆筒的旋转圈数。依据理论计算和实际试验数据,建立旋转圈数与释放/回收长度的关系对照表,这样,程序就可依据旋转方向和旋转圈数直接读取关系对照表中相对应的长度并显示在监视器上。3.3光电接口电路现场监控计算机与运行监测部分间的通信采用计算机的串行口与单片机AT89C52通信。计算机通常有一个由可编程通用异步收发器(UART)和相关的外围电路组成的串行接口,其接口电平符合RS-232C规范(逻辑“0”:+5V至+15V,逻辑“1”:-5V至-15V)。AT89C52仅占用了单片机的P3.0和P3.1脚,作为接收端RXD和发送端TXD。因此,计算机与单片机的通信时只需将收、发信号线(RX、TX)及地(GND)3线连接即可。但因为AT89C52的串行口为TTL电平,与计算机串行接口电平不一致,必须进行电平转换。在此选用MAXIM公司的MAX232ECSE通用串行接收/发送驱动芯片。使用此芯片只需外接4个电容即可实现电平转换功能,其接口硬件电路如图4所示