任光华1,2 曹卫兵21 新疆维吾尔自治区特种设备检验研究院 乌鲁木齐 830011 2 石河子大学 石河子 832003摘 要：现有的起升机构电机定子异常失电问题解决方法, 在解决问题的同时又增加了其他事故隐患。针对这一现状和TSG Q7016—2016 相关要求, 基于DSP 嵌入式开发技术以电机、制动器和接触器状态为数据源, 设计了起重机械起升机构故障保护装置，实现起重机械起升机构电气部分故障保护和超速事故预防，也实现在用接触器安全隐患的监测，具有广阔的市场前景和应用价值。关键词: 起重机械; 起升机构; 嵌入式; 故障保护中图分类号：TH218 文献标识码:A 文章编号:1001-0785(2018)09-0093-04随着我国工业化进程的不断推进，起重机械的应用越来越普遍，自动化程度越来越高，但有些起重机设计隐患只是被暂时解决并没有从根源上被消除。其中以起升机构交流接触器故障导致的某钢厂钢水包倾覆事故最为惨重，针对这一问题现有的解决方法是在制动器控制回路上串接一个延时断开时间继电器常开触点，在起升或下降接触器触点断开时触发延时继电器。该方法解决了当电机定子异常失电后防止制动器在设定时间外继续保持开闸的问题，但引入的时间继电器也存在触电锈蚀断开、损坏等问题，若时间继电器发生故障将会导致电机得电制动器不得电状况, 致使电机损坏，也就是事故。针对这一现状并依据TSG Q7016—2016《起重机械安装改造重大修理监督检验规则》中电气审查部分对电动机定子异常失电保护和超速保护等要求，本文以DSP 嵌入式开发技术设计，起升机构故障保护装置，实现起重机械起升机构电气部分的保护和超速事故的预防及在用接触器的安全隐患监测，以期提高起重机械的安全性和可靠性。1 起升机构故障信息库及控制策略起升机构故障信息进行了统计并分类归纳见表1。这些故障的表现形式为重物失速坠落、电机堵转、无控制命令的持续起升/ 下降和有工作指令的起升机构不响应，除第四种故障形式不会造成重大安全后果外, 前三种造成的损失较大。因此，一旦这些故障出现，其所属机构的控制级将无法消除故障, 必须作用在上一控制级或最高控制级才有效。对于一般起重机直接作用于主接触器控制回路即可。起升机构故障保护装置控制策略如图1 所示。图1 起升机构故障保护装置控制策略图2 起升机构故障保护装置系统设计基于DSP 的嵌入式系统操作方便、简单，提供友好的图形界面，提供强大的网络功能。具有强稳定性、弱交互性、体积小、集合度高、功能性强、响应速度快等优点[5]。嵌入式硬件使用固态封装器件，不存在机械磨损、电弧烧死问题，且体积小，易安装。起升机构故障保护装置系统结构图如图2 所示。起升机构故障保护装置系统工作原理为：采用电流互感器对电机进线侧、制动器进线侧、起升接触器控制回路和下降接触器控制回路电流进行检测采集，采用辅助触点对起升接触器、下降接触器和制动器接触器工作状态进行检测采集。采集到的数据经过滤波和转换处理传输至起升机构故障保护装置控制器，控制器将数据写入程序进行运算输出。若发现有故障产生则通过中间继电器切断主接触器控制回路，同时将故障对应代码显示在数码管，发出声音报警信号。起重机械电气控制系统中交流接触器是易损易耗件，其损坏直接导致故障的产生。因此,如果能对接触器的状态进行监测，在其状态偏离正常值时将其更换则能最大限度地减小故障率，提高设备的可靠性和安全性。而从可靠性方面出发评价接触器状态的指标一是响应速度，二是稳定性。设计的起重机械起升机构故障保护装置对起升接触器控制回路和下降接触器控制回路电流、起升接触器和下降接触器动作情况进行检测采集，通过时间差值的变化与接触器厂 家设计值相比较即可判断当前工作接触器是否正常。图2 起重机械起升机构故障保护装置系统结构图工作原理为：电流互感器在t 1 时刻采集到起升接触器控制回路或下降接触器控制回路有电流，通过加装的辅助触点在t 2 时刻采集到接触器动作吸合。则从接触器线圈得电到衔铁吸合的时间Δt ＝ t 2-t 1，通过接触器制造厂家或按照上述方法对新接触器做性能实验即可得出接触器正常状态下的Δt 值，通过与Δt 值相比较，当差值超出理想安全值时可认为接触器存在较大安全隐患建议更换，对应代码显示在数码管。本文设计的起重机械起升机构故障保护装置具有参数设置功能，可将接触器Δt 值写入作为程序判定标准。3 起升机构故障保护装置硬件设计及选型1）模拟量信号输入电路选用电流隔离传感器（SY-DQ33D-AA5）采集电机进线侧、制动器进线侧、起升接触器控制回路和下降接触器控制回路电流，输出4 ～ 20 mA 标准电流信号。由于K64 芯片的输入信号类型是电压信号，因此，需要设计信号转换电路（见图3），将标准电流信号变成0 ～ 3.3 V 的电压信号并传送到K64 处理器中。图3 信号转换电路2）数字量信号输入/ 输出模块光电偶合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。采用光电偶合器（见图4）将起升接触器、下降接触器和制动器接触器工作状态数字量信号传送到K64 处理器中, 以避免K64 芯片供电系统和现场供电系统之间的相互干扰，其电路图如图5 所示。继电器是一种电控制器件，当输入量的变化达到规定要求时，在电气输出电路中可使被控量发生预定的阶跃变化。在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。采用继电器（见图6）作为数字量输出的执行器件，其电路图设计见图7。图4 光电偶合器接线图图5 数字量信号输入电路图6 继电器接线图图7 数字量输出电路3）数码管显示模块故障代码显示是起重机械起升机构故障保护装置实现故障定位、提高故障修复效率的根本保证。选择四位八段数码管作为显示器件，该种数码管具有接线简单、可靠耐用、工业应用成熟等优点。K64MCU 的引脚不具有驱动能力，使用MAX7219 进行驱动。4 起升机构故障保护装置软件程序设计基于IAR Embedded Workbench for KSDK_1.3.0 软件开发起重机械起升机构故障保护装置主控程序和安全保护程序。 主控程序依据控制策略，通过对采集到的电机进线侧、制动器进线侧、起升接触器控制回路和下降接触器控制回路电流以及起升接触器、下降接触器和制动器接触器工作状态进行处理比较，判断起升机构电气部分是否存在故障，通过对交流接触器Δt 与Δt ' 的比较，判断接触器是否存在安全隐患。通过对电机转子电压频率值分析判断是否超速，存在故障则切断主接触器控制回路，将故障代码或隐患代码显示在数码管并发出声音报警信号，警示操作人员，实现起升机构故障保护装置所有保护功能。其控制流程图如图8 所示。以工业应用成熟的“看门狗”作为起重机械起升机构故障保护装置控制程序的保护程序，其控制流程图见图9。图8 主控程序流程图图9 保护程序控制流程图5 分析与展望基于DSP 嵌入式开发技术设计的起升机构故障保护装置，能实现起升机构电气部分故障保护和超速事故预防，能实现在用接触器的安全隐患监测，可直接减少起重机械起升机构故障发生率杜绝重大安全事故发生，具有较大的应用价值，能广泛推广于起重机械使用企业，应用前景广阔。但对于起升机构机械部件，如钢丝绳短绳、吊钩断裂、卷筒碎裂和减速器失效问题所引发的安全事故则无法进行保护。参考文献[1] 王继业，魏井君，贺义峰，等. 起重机械起升机构安全保护装置的设计[J]. 变频节能及软启动系统，2011(12)：21，22.[2] 陈源. 起重机械起升机构正反向接触器故障保护分析[J].装备制造技术，2010(8)：141-143.[3] 陈聚，蒋元栋，刘志良. 电动机定子异常失电保护的分析[J]. 起重运输机械，2017(11)：163-165.[4] TSG Q7016—2016 起重机械安装改造重大修理监督检验规则[S].[5] 季国华. 基于DSP 的嵌入式系统网络通讯技术应用[J].无线互联科技，2017(24)：22-24.举报/反馈发表评论发表作者最新文章高定位精度的第三代核环行起重机运行系统 刚柔耦合动力学仿真01-2014:40液压挖掘机转台有限元分析与疲劳强度评估01-2014:33SPMT 液压平板车车板变形有限元计算与仿真模拟01-2014:31相关文章电机中心高相同，功率却不同，差别主要表现在哪些方面？带轴承电枢的一般设计规则有哪些？L250螺杆空压机电气故障总结分享如何用PLC设计船舶舱室的进水监控系统？拿捏好电机产品的温度与温升，真正能体现电机的质量水平！
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