塔式起重机传感器方案1.docx

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塔式起重机传感器方案1

塔式起重机传感器方案1

3.3塔式起重机实时信息监测传感器方案

对于塔式起重机各类不同状态量的检测，则需要有不同类型的传感器来完成。

而且对于同一个物理量，也可以采用不同类型的传感器进行测量，下面就本系统所采用的传感器逐一进行介绍。

3.3.1塔式起重机起升重量监测传感器

1.重量传感器原理

对于塔式起重机的称重系统，现阶段大多都采用电阻应变式称重传感器作为其测量元件。

电阻应变式称重传感器的基本工作原理如下:

弹性体在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在它表面的电阻应变片也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化，再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成将外力变换为电信号的过程。

检测电路的功能是把电阻应变片的电阻变化转变为电压信号输出。

一般常采用惠斯登电桥作为检测电路，因为惠斯登电桥具有众多优点，例如可抑制温度变化的影响，可抑制侧向力干扰，即可方便的解决称重传感器的补偿问题等，另外，为了提高灵敏度和抗干扰，该电桥采用全桥式等臂电桥。

由于检测电路输出的电压均为毫伏电压，为了提高信号的传输距离和抗干扰性，往往需要一种电路将毫伏电压转换为标准的的电流信号，具有这种功能的电路被称作变送器。

2.起升重量测试原理

塔式起重机通过一组滑轮结构，作用于吊绳上物体的重量被成比例的转换到称重传感器上，从而完成对塔式起重机起吊物体的测量。

重量传感器安装位置如图3一4，起升钢丝绳绕通过几个定滑轮，在每个定滑轮上产生一定的合力。

对最上端的定滑轮1进行受力分析，如图3-5所示，滑轮俩侧钢丝绳的张力F1,F2应相等，F1=F2=F。

俩个分力的夹角也相等，即

对滑轮产生的合力T由测力传感器测量获得，由受力关系有：

设所吊重量为G，起升倍率为2，则：

3.起升重量传感选择

本系统采用的重量传感器为宁波博达电气有限公司TB系列的轴（重）式重量传感器，此传感器的特性如表3一2所示，具体外形如所示:

表3-2重量传感器主要特性参数

型号

TB-CSA-18T

载荷范围

0—18T

输出

0—5V电压

控制设备有限公司DXZ系列多功能行程限位器，此多功能行程限位即有变幅限位机构，又含有精密电位器。

此多功能限位器主要参数如表3一2所示，具体的外形如图3一9所示。

3.3.3塔式起重机起升高度监测传感器

1.起升高度检测原理

起升机构是由原动机、卷筒、钢丝绳、滚轮组和吊钩组成。

原动机的旋转运动，通过卷筒一钢丝绳一滚轮组机构转变为吊钩的垂直上下直线运动。

为防止提升卷筒过卷而拉断钢丝绳，塔式起重机设有起升高度限位器，高度限位器和卷筒轴相联，通过计算吊钩最大高度和最小高度时卷筒卷绕的圈数，调整高度限位器凸轮机构，进而达到限位的目标。

图3一10为起升机构钢丝绳穿绕示意图。

起升钢丝绳一端固定于塔尖，另一端缠绕在起升卷筒上，当起升电动机带动起升卷筒向不同方向的旋转，通过传动机构和换向轮就变为吊钩的垂直上下直线运动。

当重物起降时，钢丝绳带动导向定滑轮转动，因定滑轮直径已知，采用同步齿轮连接起升高度卷筒与高度传感器，根据二者的传动比可以计算出起升高度。

因此，可以将起升高度传感器安装在起升机构卷筒处。

2.起升高度传感器选择

本系统若塔式起重机正常运行状态下，可根据计数电路计算出当前的位移，当塔式起重机停机时，塔式起重机的起重机构处于制动状态，下次开机时可以通过记忆装置读回停机时的状态随着塔式起重机的高度的不断增加，吊钩的垂直工作距离也就越大，因此，在传感器的选择时，系统同样选择贵阳电气控制设备有限公司的DXZ系统多功能精密电位计做为该物理量的采样传感器。

其具体参数特性如表3一4所示，具体外形如图3一9所示。

3.3.4塔式起重机转角监测传感器

1.转角检测原理

塔式起重机回转机构结构如图3一11所示，当回转电机运行时，通过传动装置带动小齿轮以及齿圈转动，进而实现塔身的旋转，回转速度决定于大齿圈的转动速度。

通常为提高测量精度一般通过测小齿轮转速。

根据小齿轮与大齿圈一定的传动关系就可得到回转速度与塔式起重机角度。

2.转角传感器

对于转角信息，目前常用的传感器类型是旋转编码器。

旋转编码器原理结构示意图如图3一12所示，其由玻璃或塑料制成的圆盘被分成透明和非透明的区域，一个光源固定在圆盘的一侧，光敏元件固定在另一侧，没有接触就可获得旋转的移动。

当圆盘随转轴旋转时，光敏元件交替受到光照，产生交替变换的光电动势，从而形成与转速成比例的脉冲电信号。

按照这个原理，如果没有其它功能加入，仅能推论出圆盘在转动，旋转感应或绝对值位置不能被确定{2526}。

根据编码器的功能原理可以分为增量式旋转编码器和绝对值式旋转编码器。

（l）增量式旋转编码器

增量式旋转编码器分光电式、接触式和电磁感应式三种。

就精度和可靠性来讲，光电式旋转编码器优于其它两种，它的型号是用脉冲数转来区分，即主轴每转动一圈，增量式编码器提供一定数量的脉冲。

周期性的测量一定时间内的脉冲数可以用来测量移动的速度。

如果以一个参考点为基准累加其后的脉冲数，计算值就代表了转动角度或行程的参数。

双通道编码器输出脉冲之间相差。

能使接收脉冲的电子设备接收轴的旋转感应信号，因此可实现双向定位控制。

另外，双通道增量型编码器每一圈产生一个称之为零位信号的脉冲。

增量式编码器不动或停电时，依靠计数设备的内部记忆来记住位置。

停电后，编码器不能有任何的移动来电工作时，编码器输出脉冲过程中，也不能由于干扰而丢失脉冲，否则计数设备所计算并记忆的零点从就会偏移，而且这种偏移的量是无从知道的，只有错误的结果出现后才能知道。

解决的方法是增加参考点，编码器每经过参考点，将参考位置修正在计数设备的记忆位置。

在参考点以前，是不能保证位置的准确性的。

为此，在工控中就有每次操作先找参考点，开机找零等方法。

（2）绝对值式旋转编码器

绝对式光电编码器是绝对式旋转编码器中最常见的一种旋转编码器，其原理是在光码盘上刻上许多光通线，每道刻线依次以2线、4线、8线、16线编排。

这样，在编码器的每一个位置，通过读取每道刻线的通、暗，获得一组从2的0次方到2的n-1次方的唯一的2进制BCD编码或格雷码，这就称为n位绝对编码器。

这样的编码器是由光电码盘的机械位置决定的，它不受停电、干扰的影响。

特别是在定位控制应用中，绝对值编码器减轻了电子接收设备的计算任务，从而省去了复杂而又昂贵的输入装置。

而且，当设备上电或电源出现故障后再接通电源，不需要回到位置参考点，就可利用当前的位置值。

绝对编码器由机械位置决定的每个位置是唯一的，它无需记忆，无需找参考，而且不用一直计数，什么时候需要知道位置，什么时候就去读取它的位置。

这样，编码器的抗干扰性、数据的可靠性就可以得到有效提高。

3.转角传感器的选择

根据塔式起重机的操作规程，当塔式起重机停机时，塔式起重机回转机构处于非制动状态，应让吊臂在风载荷作用下自由旋转，以消除因风载荷过大而引起的倒塔事故，但此时所有电器设备均处于停机状态，不能够检测出塔式起重机的回转角度。

因此，回转角度传感器应具有初始角度记忆功能。

本系统采用绝对式光电旋转编码器作为转角传感器。

由于转角的采集要求分辨率为度，因此，绝对式旋转编码器旋转一周要求输出至少360个点数对应360度角度，由2的8次方等于256，2的9次方等于512可知，至少应该选择9位的旋转编码器。

另外，由于塔式起重机工作环境比较恶劣，所选产品应具有较强的抗干扰能力。

本系统转角的采集选用了上海精浦机电有限公司的GAX60R13/12E10LB型智能多圈绝对值编码器。

其主要性能如表3-5所示，其外形如图3-13所示。

3.3.5塔式起重机风速监测传感器

风是由许多小尺度的脉动叠加在大尺度规则气流上的三维矢量。

但在气象学上，却把空气的水平移动称之为风，即把它看作为二维矢量来考虑。

由两个参数来确定，即风速风矢量的模数和风向风矢量的幅角。

1.风速传感器原理

光电传感器是通过把光强度变化转换成电信号变化进而来实现控制的。

光电传感器在一般情况下，有三部分构成，即发送器、接收器和检测电路。

当发送器对准目标发射光束，发射的光束通常来源于半导体光源，发光二极管（LED）、激光二极管及红外发射二极管。

光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。

接收器有光电二极管、光电三极管、光电池三者组成。

在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。

在发送器、接收器后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。

其工作原理如图3-14所示。

2.风速监测方案

本系统只对作业现场的风速进行采集，并根据采样风速的大小对塔式起重机的工作进行控制。

系统选用宜昌市微特电子设备有限公司的WSC-60光电型数字风速传感器。

其主要的特性参数如表3-6所示，其具体外形如图3-15所示。