3.2.5后向通道的配置 ........................................................................................................ 20 3.3.6按键扫描电路 ............................................................................................................ 21 3.3.7 液晶显示模块的设计 ............................................................................................... 22 3.3.8单片机外围接口扩展模块 ........................................................................................ 22 第4章系统软件设计 ................................................................................................................. 24 4.1塔机监控系统系统软件设计 ........................................................................................... 24 4.1.1系统软件总体架构 .................................................................................................... 24 4.1.2系统软件ADC模块设计 ........................................................................................... 25 4.1.3LCD显示模块设计...................................................................................................... 26 4.1.4按键中断服务程序设计 ............................................................................................ 27 4.1.5数据存储模块 ............................................................................................................ 28 第5章总结 ................................................................................................................................. 30 参考文献 ..................................................................................................................................... 31 致谢 ............................................................................................................................................. 32 附录A监控主程序 .................................................................................................................... 33 附录B系统主要模块电路图 ..................................................................................................... 42
第1章 绪论
1.1课题研究背景和意义
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第1章 绪论
塔式起重机（简称塔机）起源于西欧，它是为适应欧洲工业革命建设的需要，由系缆式桅杆吊演变而来的[12]。到如今，塔机越来越多的运用于工业和民用建筑领域来垂直搬运和移动货物，可以说是大型建筑必不可少的工具之一。由于塔机机体庞大、起升高度高、起吊重量大、作业范围广等原因，也是一个蕴藏危险较多的机构。近年来随着各类高层、超高层建筑的兴起和生产自动化程度的提高,为提高工作效率,塔机也日益向大型化、高速化、智能化方向发展，因而对其安全性能也提出更高要求。因而研发一种能对塔机的运行状态进行实时监控，并提供安全有效的保障措施的塔机安全监控系统有着十分重要的意义。本文在分析并总结当前塔式起重机监控系统研究现状和不足的基础上，研究开发一种基于单片机的塔机动态平衡远程监控系统。
对于机械设备来说，完全不出故障是不可能做到的，关键是在于能够早期发觉，防患于未然。而以定期维护、维修的方式也必定不能完全杜绝安全事故的发生，所以必然会过渡到以状态为基础的状态检测维修制度。现代塔机的应用一方面能够大大加快建设的速度，而另一方面也潜伏着巨大的危机，由于塔式起重机特殊的结构和使用方式，一旦稍有不慎，很容易引起很严重的安全事故。为了能够保障塔机安全工作，降低建筑施工事故发生,国家制定了比较完善的标准和规范,颁布了《塔式起重机安全操作规程》等一系列的文件。安全规程对塔机安全保护装置作了详细规定,强制要求塔机上必须装设安全保护装置。但即便如此,目前在建筑施工中,由塔机引起的人员伤亡和设备事故依旧屡屡发生。
表1-1塔机结构损坏统计表
塔机事故类别 整体倾覆 起重臂折断或碰毁 塔身断折或底架碰毁 塔机出轨 机构损坏 所占百分比(%) 52 18 27 2 1 由于塔机的特殊结构和使用方式，塔机事故具有多样性和复杂性。有资料对1200例塔机事故进行了统计分析。如果按塔机结构损坏情况分类,塔机典型事故情况见表1-1[13]。由上表可以知道，塔机事故的发生主要是由于整体倾覆。塔机的倾覆归根结底在于塔机在工作时产生的不平衡，基于此提出了此课题的研究。
1.2塔式起重机简介
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理工学院毕业设计（论文）
1.2.1塔式起重机特点
塔式起重机属于起重机门类中的一大专门类型，它是工程建筑中应用的重要起重设备。
其主要优点有以下几个当面：塔身高，起重臂的绞点装置处于塔身的顶部，使塔式起重机的有效起吊高度距离更大，能满足工程建筑施工中物料运输的高度；塔式起重机起重臂较长，旋转后水平覆面广；塔机在工作运行状态时能同时进行起升、变幅、回转和行走等运动，作业效率高，因此塔式起重机成为了建筑工程中不可替代的重要设备之一。
1.2.2塔式起重机结构及其工作原理
目前使用的塔式起重机大多数都是变幅小车式，其主要机构包括：起升机构、回转机构、变幅机构与行走机构等几大机构组成，为塔式起重机的功能执行机构。在塔机的主要工作参数相同的情况下，起升、变幅及回转三大机构的工作性能决定了塔机的性能好坏。
(1) 塔式起重机起升机构
起升机构通过吊绳实现物料的垂直上下运动，其构实际上就是一台可调速的卷扬机。由原动机、卷筒、钢丝绳、制动器、滚轮组和吊钩组成。通过原动机旋转带动变速器，然后通过卷筒、钢丝绳、滚轮组等机构将原动机的旋转变为吊钩的垂直运动。当钢丝绳缠绕达到一定的圈数值时，制动器触发，切断起升机构的电源。
(2) 塔式起重机回转机构
回转机构作用是实现物料在任意方向内的移动。由电机、行星齿轮减速器、回转齿圈和液力耦合器等构成。大多数的塔机是通过电机经行星齿轮减速器带动小齿轮，使其围绕大齿轮转动，从而驱动塔机的回转。回转机构设有回转限位器，通过调整限位器凸轮角度，限制塔身的回转角度。
(3) 塔式起重机变幅机构
变幅机构作用是改变吊钩中心位置与塔式起重机回转中心轴线位置之间的距离。变幅机构主要包括括电动机、蜗轮蜗杆减速机、变幅小车、钢丝绳、卷筒、导向轮和张紧轮等几部分。变幅变化时，电机通过减速机、卷筒带动钢丝绳的运动。钢丝绳两端分别通过臂架根滑轮和臂架前滑轮来连接到小车。其中一端收缩钢丝绳，另一端放出钢丝绳，带动小车的运动。变幅机构设有行程限位器。小车运动时，齿轮带动凸轮运动。通过设定凸轮转动的角度范围来限定小车的极限行
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第1章 绪论
程。
1.3塔式起重机监控系统研究概况
随着高层建筑物和大型工程不断出现，塔式起重机向着大型化、高速化、智能化方向发展。但塔式起重机安全事故也逐年增加。而塔机监控系统的出现，在一定范围内防止了塔机安全事故的发生。塔式起重机在建筑业中成为工程机械一个重要分支以来，其安全性问题一直在国内外引起了巨大的关注，塔机安全监控系统也被广泛应用于各类塔式起重机。
1.3.1国际研究概况
随着计算机技术、信息技术、机械技术的不断融合，塔机各方面性能在不断改进，其监控系统功能也逐渐完善。国际上塔机设计制造行业较发达的国家主要有德国、英国、法国、意大利、俄罗斯、丹麦、西班牙、美国和日本。其中又以法国和德国生产的塔机最具代表性。比较著名的塔机生产厂家有德国的LIEBHERR公司、法国的POTAIN公司、意大利的SIMMA等几十家制造商,其产品在国际塔机市场占据着大部分份额,同时也代表着塔机生产的发展历程、现状和未来趋势。
较之国内国外塔机监控系统研制比较早，其监控系统参数比较全面，数字化和智能化程度都很高。塔机监控系统的应用对于遏制重大事故，减少一般事故起到了巨大的作用，改变了塔机事故频繁发生的被动局面，实现了预防事故的目的。1997年德国利勃海尔公司率先应用了全参数监控系统，而后这套系统迅速普及到欧美等发达国家。至2001年欧美各国所有的建筑塔式起重机都已安装了该系统，并且将其列入了技术法规。利用这些高新技术不仅保证了塔机的工作安全，取得最佳的工作效率，也使它们的产品在国际上保持着领先的地位。
1.3.2国内研究现状
与国外先进塔机制造企业相比,国内塔机安全监控系统发展起步比较晚，主要是一些科学研究院所和高等院校在进行开发、研究和设计。虽然我国从五六十年代就开始引进国外先进的塔机，但是塔机的生产研究工作却是在改革开放之后，随着工业建设和民用建筑规模不断扩大，才渐渐被提上日程。
目前国内塔机仍以中小型起重机为主，刚完成机械液压一体化，智能化塔机监控系统还处于比较落后的阶段。有实验室试验结果显示，国产塔机监控系统普
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理工学院毕业设计（论文）
遍存在着漂移大，数据不稳定的现象，而国外产品则要好的多。从选用的电子元件上看，国内一些厂家使用了级别较低，价格便宜的电子元件，达到了一定的自动化水平，在价格方面也占有一定的优势，但在上和寿命上还值得商榷。近几年，国内也研制出了一些塔机安全综合监测仪，将塔机起吊重量、回转力矩、起吊高度、风力大小等数据收集进去，轮流切换并在屏幕上显示，技术上取得了较大成功。
总体上说，国内塔机安全监控系统相对国外先进的塔机监控系统来说价格比较便宜。但是，国内产品在稳定性和可靠性上与国外相比仍有较大差距，不能适应在较为复杂的环境下运行的要求，整体性能完善方面以及长远发展战略上还有待提高。
1.3.3塔机监控的发展趋势
随着自动控制技术、计算机技术、传感器技术的快速发展，为了提高塔机工作效率和保证施工安全，塔机安全监控系统被要求具有更高的信息采集和数据处理能力。塔机监控系统快速向着硬件可靠化、软件智能化、系统高度集成化的方向发展。
(1) 硬件的可靠化
使用高性能的电子元器件，增强系统的稳定性、可靠性和抗干扰能力。对输入和输出信号进行隔离，防止外界环境对系统的干扰，加强硬件系统的抗干扰能力。为了防止电网谐波对系统的干扰，采用稳定可靠的电源技术。
(2) 软件智能化
软件智能化主要体现在系统参数设置、系统自诊断能力和记录功能以及优良的人机界面三个方面。可以根据不同的工作情况，选择不同的工作参数。在系统的参数出现故障的时候系统能自动识别，例如某个传感器没输出信号，系统能够检测到传感器出现故障，并显示在屏幕上，方便工作人员能很快找到故障原因并进行处理。系统能够实时记录塔机工作中出现的异常参数信息。优良的人机界面，通俗易懂，操作更加快捷、简单，界面显示的信息更加全面，显示画面更加直观。将塔机的工作的实际运行模型模拟显示，操作人员不用直接观察塔机便能够了解当前塔机的工作状态。
(3) 系统高度集成化
采用集中分布式的基本结构，以高性能的计算机系统做中央控制单元，将运行控制系统、自诊断监控系统、安全监控系统进行集成。以高性能的计算机系统
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