本文选自《起重运输机械》杂志，未经许可，不得转载
作者：王志杰 李 娜 张 旭 丁克勤
摘 要：提出研制起重机电控系统安全监测装置的设计，结合传感技术及嵌入式技术对电控系统运行状态进行多方
面监测。论述了监测装置总体方案、组成、主要性能和技术参数，完成了系统的硬件和软件设计, 说明了该装置在门式起重机上试用的效果及主要特点。该系统具有较高的精度和可靠性，能实时监测电控系统运行参数并记录起重机工作控制全过程，为门式起重机日常维护和事故判定提供数据支持。
Abstract: The paper presents the design of safety monitoring device for electronic control system of crane and proposes comprehensive monitoring of operation of electronic control system by using sensing technology and embeddedtechnology. The paper also deals with the overall scheme, composition, main performance and technical parameters of the monitoring device, works out the hardware and software design of the system and describes the effect of the device on portal crane and its main features. The system, highly accurate and reliable, is capable of monitoring operating parameters of the electronic control system in real time and recording the entire crane running and control process, which can provide large amounts of data for daily maintenance and accident judgment of portal crane..
关键词：门式起重机 ; 电控系统 ; 监测
Keywords: portal crane; electronic control system; monitoring
随着国家工业化进程的加快，起重机应用越来越广泛且工作强度越来越大，电气系统的可靠性和故障率， 将直接影响起重机整体的运行安全状况。因此 , 加强电控系统运行可靠性的监控手段，提升电气系统故障分析、诊断及预报技术的水平，可为日后门式起重机 ( 以下简称门机 ) 的日常维护、寿命评估和事故判定提供有力的数据支持，起到防患未然的作用。
1 系统总体方案
门机电控系统主要由动力设备、操作电器、电气保护装置、导电装置以及电气电路等组成。其中动力设备主要由电动机组成；操作电器由磁力起动器、凸轮控制器、主令控制器、变频器、接触器、电阻器、继电器等组成；电气保护装置由保护箱、过电流继电器、熔断器、行程限位开关、安全保护开关等组成；电气电路包含工作电路 ( 主回路 ) 和控制电路。起重机电控系统的工作特点为操作频繁且动作时间短，并多进行联动控制，多个机构同时动作，对整机冲击大，容易形成电器故障等危险事故。
目前，在门机电控系统中多出现供电电压不稳、线路断路、线路短路、器件不动作、电控柜温度过高等故障因素。针对这些故障特征结合门机使用特点，安全监控装置应用传感技术及微电子嵌入式技术实现起重机电控故障的快速诊断及定位。监测装置的总体功能是实现对门机各机构电控回路的缺相、过流、欠压、过压、断路、器件不动作及电控柜温度的监测，同时记录控制电路中各电气元件工作循环与累计工作时间。另外 , 一旦发生电气故障，监测装置可显示并记录故障发生的部位和时间。装置同时具有自诊断功能且与起重机各机构的电控系统互不干扰等特点。总体方案如图 1 所示。
2 系统组成
2.1 监测传感器
监测传感器用于对故障源的信号采集。针对监测对象的类型，采用不同的信号监测传感器。在电控系统供电用电线路中，电流相差从几安到几百安，电压相差从几伏到几百伏，电流电压都比较高，采用互感器对机构电控部分电流、电压监测可以起到电气隔离的作用。接触器工作中故障通常包括不吸合或不释放等问题，采用微动开关及辅助触点与接触器的触点相关联对线路中接触器动作进行监测，另外电控箱中开关、接触器等进出线接线松动，接触电阻过大、发热或开关接触器等电气元器件的触头接触不良，接触电阻过大、发热都会引发电控箱自燃现象，采用红外温度阵列传感器可对电控箱的温度监测。传感器参数见表 1。
2.2 信息处理模块与主控制器
传感器采集到的信号量经过信息处理单元传送至主控制器系统。信号处理单元由滤波器及数模转换器组成。本系统采用可调滤波器模块对传感器信号进行滤波处理，针对不同安装位置及不同类型传感器调节滤波器参数，过滤掉不同频带干扰信号，保证信号的准确性， 降低系统因干扰信号引起的误报警概率。另外 , 信号处理单元数模转换器采用 12 位高速 AD 采集器，采集周期达到 50 ms 一次。
主控制器集成数据处理、数据存储、显示于一体，进行控制传感器数据采集、原始数据存储、逻辑功能关联及实时数据人机交互等功能。监控主机的硬件专为适应起重机高温、强粉尘、强振动、电源质量差、空间电磁干扰强烈等特殊运行环境专门设计，具有如下特点：
1） 能抵抗现场电源波动，确保系统不被电源扰动影响。
2） 具有来电自启动功能，可实现 24h 无人值守的运行。
3） 采用特殊存储芯片，防止突然断电等原因引起的操作系统崩溃，提高系统的稳定性。
4） 具有一键数据还原能力，可设定时间基点，恢复基点时刻的系统状态和数据。
5） 具备自动自检的功能，当系统通讯故障或传感器故障，系统自动检测到并及时报警提示故障位置。
2.3 软件功能
针对起重机运行特点本系统设计了专用于门机电控系统监测软件。软件包含电控系统运行电流电压数据实时显示、操作指令显示、运行动作关联显示、电控器件动作次数及运行时间显示、主控机箱温度分布显示。另外，软件根据起重机电气原理进行器件动作判断，并对故障位置进行定位并报警。
在常态时，软件实时处理传感器输入信号并以图形或数字方式在图形显示器显示各个电控机构的工作电压、电流、接触器状态、部件动作次数、电控箱温度分布，同时记录器件工作循环等数据。另外，在起重机操作时，软件按照当前操作指令监测联动电控部件动作。当出现电压电流异常、部件联动、温度过高等故障时， 软件报警并自动切换到故障画面并显示相应的故障点及其位置，必要时向起重机控制系统发出操作指令，切断相关电源或其他动力，防止事故发生。
3 小结
本装置进行了试验和应用 , 试用表明，监测装置对起重机的监控和保护功能是有效和可靠的，监控系统具有较高的抗振动、抗粉尘、耐高温能力，可以保持 24 h 不间断的采集和监控，实现对起重机控制电路稳定准确的监控及保护，有助于门机安全管理和维修保养水平的提高，保障门机的安全高效运行，具有广泛的实际应用前景和社会经济效益。
参考文献
[1] 杨立志，张 力，周顺新 . 门 ( 桥 ) 式起重机电控系统安全监测装置 [J].铁道货运，2005（6）：40，41.
[2] 尹浩 . 港口门式起重机安全监控管理系统研究 [D]. 武汉 :
武汉纺织大学 , 2015.
[3] GB/T 38112008 起重机设计规范 [S].
作 者：王志杰
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