四、起重裝備制動器性能監(jiān)測系統(tǒng)

1．監(jiān)測系統(tǒng)整體設計

監(jiān)測系統(tǒng)的硬件總體結構示意圖如圖6所示。硬件系統(tǒng)主要包括主機部分、信號采集卡、信號調理部分、傳感器等。

圖6 監(jiān)測系統(tǒng)的硬件總體結構示意圖

1）壓力傳感器

轉矩是評價制動性能的重要參數(shù)，但根據制動器的結構可知，如果直接安裝轉矩傳感器在制動器上是很困難的，因此間接監(jiān)測制動主彈簧的正壓力，再換算成相應制動時刻的轉矩。

力學傳感器種類很多，結合制動器的結構特點、監(jiān)測位置特性，選用壓阻式壓力傳感器。如圖7所示，壓阻式壓力傳感器結構是采用集成工藝將電阻條集成在單晶硅膜片上，制成硅壓阻芯片，并將此芯片的周邊固定封裝于外殼之內，引出電極引線。

圖7 壓力傳感器結構示意圖

2）位移傳感器

（1）制動推桿所用傳感器

根據制動器推桿的結構特點，考慮行程量的精度，選用新型的非接觸式電感傳感器，如圖8所示。傳感器測量采用非接觸、無磨損的測量方式，其特點就是精確度高、線性度好，并能保證其使用壽命和制動推桿在任何情況下無妨礙工作。

圖8 非接觸式電感傳感器

非接觸式電感傳感器采用電壓信號測量。線圈特殊的布置方式確保PLC電路和傳感器信號的穩(wěn)定性，即便在允許范圍內（0～4mm）出現(xiàn)縱向或橫向的移動，信號通過16位高分辨率處理后傳到輸出。所選的傳感器內有兩個電子線圈電路板，第一個電路板上布滿了感應線圈元件，它的位置在傳感器表面的下方。第二個電路板上分布的是電路的信號處理部分，位于第一個電路板的下方。因此，選擇此型號的傳感器其盲區(qū)非常小。

（2）制動退距所用傳感器

在退距監(jiān)測中選用非接觸式電渦流傳感器，因為本類傳感器的感應探頭依靠交變磁場的變化可以測得金屬表面的距離變化，感應靈敏，測量中引起的振蕩電壓的變化轉化為電壓或電流信號，從而將機械位移轉化為電信號的變化。

非接觸式電感位移傳感器安裝在制動器推動器的頂端，位移傳感器的感應探頭固定在頂端隨之與推桿一起運動。電渦流傳感器測量退距安裝在制動臂內側，傳感器的探頭對準制動盤，其安裝示意圖如圖9所示。

圖9 位移傳感器安裝示意圖（退距）

1—制動臂 2—傳感器安裝點 3—摩擦片 4—制動盤溫度傳感器

3）溫度傳感器

制動器制動過程中由于摩擦導致溫度較高，如果在制動時摩擦材料或制動盤溫度過高，會降低制動器的制動性能，有可能造成嚴重的事故。在對制動器制動溫度監(jiān)測時考慮散熱性，在制動盤與摩擦襯片剛好非接觸的時刻應為最理想的溫度，但由于臨界接觸狀態(tài)很難直接測得，因此采用非接觸式溫度傳感器。

4）工控機與采集卡

一個完整的監(jiān)測狀態(tài)診斷系統(tǒng)必須由監(jiān)控軟件和硬件系統(tǒng)組合而成。監(jiān)控軟件的主要功能是在系統(tǒng)獲得外界信號后進行處理、分析，監(jiān)測診斷現(xiàn)場設備的運行狀況。而硬件系統(tǒng)則是給監(jiān)控軟件提供外界信息的主要來源，是監(jiān)控軟件系統(tǒng)運行的基礎。設計一套技術先進、運行可靠、抗干擾能力強的硬件系統(tǒng)，是保障整個系統(tǒng)正常運行的關鍵。

（1）工控機

由于起重機現(xiàn)場工作環(huán)境比較復雜，工控機必須要求能夠適應振動、沖擊、灰塵等環(huán)境，因此選擇性能穩(wěn)定、可靠性好的工控機作為系統(tǒng)的主機。

（2）采集卡

信號采集卡是計算機與外部設備進行信息交換的橋梁，各類采集信號都需要通過采集卡再輸送到計算機，為了能夠使系統(tǒng)得到更加穩(wěn)定的、可靠的信號，應選擇高性能的采集卡。

2．基于多變量傳感器的制動器性能監(jiān)測系統(tǒng)

基于多變量傳感器的制動器性能監(jiān)測系統(tǒng)基本結構可分為三部分，第一部分是由計算機和監(jiān)測軟件構成的上位機監(jiān)測系統(tǒng)；第二部分是通信接口卡；第三部分是由單片機以及外圍部件構成的下位機數(shù)據采集的智能節(jié)點。總體設計框圖如圖10所示。

圖10 總體設計框圖

上位機監(jiān)測系統(tǒng)由一臺帶有標準串口的工控機組成，系統(tǒng)工作過程中下位機智能節(jié)點對制動推桿位移、制動溫度、退距、正壓力等模擬量進行數(shù)據采集和處理，并把處理后的數(shù)據通過總線傳給通信接口卡，再由通信接口卡把數(shù)據轉換為相應數(shù)據格式后送向監(jiān)控工控機。監(jiān)控工控機發(fā)送下來的總線格式的數(shù)據經通信接口卡轉換成總線協(xié)議格式送向下位機智能節(jié)點。上位機的軟件主要是實現(xiàn)系統(tǒng)的參數(shù)設置、顯示、數(shù)據保存、記錄各閘的運行情況和監(jiān)測制動器的運行狀態(tài)等功能。顯示的數(shù)據可以與制動器的技術指標進行比較，若超出限定值，則系統(tǒng)報警；保存的數(shù)據應用于后續(xù)的BP神經網絡的訓練，從而達到預診斷的目的。

下位機智能節(jié)點主要是對如制動推桿位移、制動溫度、退距、正壓力等模擬量進行數(shù)據采集和處理，將處理后的數(shù)據上傳，同時將數(shù)據與程序中預設數(shù)據進行比較，若超出限定值，則系統(tǒng)報警，通過對制動系統(tǒng)電控部分的控制達到對起重機制動器的緊急保護功能。

進入制動器健康狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的主顯示界面，如圖11所示。反映制動器各性能參數(shù)的狀態(tài)信息均可在主界面顯示，可較直觀地診斷制動器的健康運行狀態(tài)。

圖11 系統(tǒng)顯示界面