关于远程控制塔式起重机的探讨.pdf
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1、onstruction Technology建筑工程关于远程控制塔式起重机的探讨罗鑫中化二建集团有限公司山西太原0 30 0 2 1摘要在工程建设中,现代化的施工机械给工程施工带来了很大的便利。同时随着数字化、通讯的发展,给一些工程机械提供了很大的优化空间。主要讨论塔式起重机远程控制,包含塔式起重机的部分原理和参数,以及实现远程控制所需的产品、通讯、数字控制等相关理论讨论。关键词控制单片机lorauart中图分类号TE682,TU601文献标志码B文章编号16 7 2-9 32 3(2 0 2 3)0 8-0 0 9 8-0 4以山西省工程机械厂生产的C5013型号的塔式起重机作为研究对象,该
2、机为水平臂架,小车变幅,上回转自升式多用途塔机。其标准臂长为45m,最高臂长可达50 m,最大起重量为6 t,额定起重力矩为7 6 tm。此型号起重机较为常见,由金属结构、工作结构、液压顶升系统、电器控制及安全保护装置等组成,其性能良好,工作环境要求较低,安全性能较高。1塔式起重机控制的原理塔式起重机共三组动作,分别为起升起重钩、回转大臂和小车牵引(变幅控制),都是由几个接触器控制触发组合来完成的。为了实现控制,可以使用小电压的仪器控制高电压仪器来达到控制的效果,选用继电器来实现塔式起重机的控制,继电器相对于大电压接触器更为安全且稳定。1.1控制设备电器控制有很多种,从控制核心来讲大部分使用的
3、技术为PLC、F PG A、D SP和MCU,四种方式各有千秋,成本也不尽相同。(1)PLC:PLC 控制系统是在传统顺序控制器的基9 化工建设 2 0 2 3.8 础上引人微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置,可以取代继电器、执行逻辑门电路、计时、计数等顺序控制功能,可以建立柔性的远程控制系统。其具有极强的稳定性、抗干扰性,且易用,较大的电气供应商都在使用,例如西门子、阿郎卡特。(2)F PG A:F PG A 是在PAL、G A L等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的,既解决了定制电路的不
4、足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。相较于PLC,FPGA属于一种版定制的电路,可以解决PLC门电路的一些改动问题,虽价格偏高,但速度快。施耐德等一些大型的电力设备供应商常使用该设备。(3)D SP:数字信号处理(DSP)是将信号以数字方式表示并且处理的技术,已经大规模地使用计算机的技术,采用了哈佛结构,拥有零开销循环、顶点计算且有较快的寻址方式。(4)M C U:微控制单元(MCU),也称为单片微型计算机。将中央处理器的一些外置功能集成到一个芯片上,通用性极强,适合很多场景的控制,属于纯粹的计算机。其已大规模运用于手机、汽车电子、工业动力控制上,语言Construction Tec
5、hnology建筑工程接近于计算机编程语言,适应力强大。唯一不足是软件实如4G、5G 通讯技术由于需要核心转发设备或者基站,成现的速度远低于硬件实现,但是随着技术的更替,单片机本较高暂不考虑。此次研究重在建立一套私有且可自组的计算能力逐步增强,弥补了速度慢的缺点。网的通讯技术,蓝牙和 zigbee 传输内容较高,但距离较短当然为了成本和技术,考虑MCU更适合做塔式起重且能耗较高,不合适本研究。而lora作为低功耗的无线标机的控制电路。在单片机领域,我国较为著名的是深圳国准,传输距离最高可达8 km,但是传输数据比较小,合适芯人工智能有限公司出品的STC系列单片机。根据价格、本项目。普及性和稳定
6、性,选定STC8A8K64S4的单片机作为控制此外,无线传输需要和STC8A的控制芯片进行数据电路的芯片。此芯片工作电压为5V,可以驱动5V继电器,交互。根据STC8A手册,单片机拥有三种传输方式,即所以继电器选用5V电压驱动2 2 0 V电压,该继电器触点UART、SPI 和I2C。其中UART是全双工传输,SPI和可以承载2 50 V交流电达到10 A的电流。由于STC8A驱I2C属于半双工传输,且SPI和I2C传输较UART更慢动能力不足,也为了增加电路耦合性,利用光耦对继电器一些,所以单片机和无线传输模块之间选用UART进行的控制电路进行改造,电路如图1所示。由图可见,Q817传输。综
7、上,无线模块采用国内市面上较为流行的产品,在MCU传人低电平时光耦启动触,使3、4有电流经过;选用成都泽耀科技有限公司的AS32-TTL-1Wlora无线通过对三级管Q1传入高电平,控制继电器先传1、5有电传输模块。该产品选用工作频率为410 M441M Hz,不需流通过;继电器开始工作,吸合触发被控制器件导通。要通讯局备案,传输距离5k10 k m,支持5V供电,且稳+5V定性高。整体传输就是控制端通过uart对无线模块发送指LR3+5V1k5R1T1k231KkMCUD口Q817C1104nFGND图1MCU控制继电器(一路)利用程序控制MCU分别控制引脚输出高低电平,从而导人继电器电路,
8、触发继电器的吸合和断开。MCU共控制15个接触器,分别用15个继电器进行控制,所以MCU需要15个控制引脚,分别对各个引脚传出不同电平来达到控制的目的。1.2远程传输远程控制主要在于远程传输数据或者指令,远程传输重点在于稳定、有数据必达,且距离较远(1km以上)。传输速度可以不是很高,但要满足距离和稳定性要求,常用的无线传输协议有以下几种:蓝牙、zigbee、l o r a,其他例控制端发送(接收)TXRX-UART收发程序GND4U2个vD1U1R2令,无线模块通过lora协议发送到对端的无线模块上;对1N4007端无线模块通过uart发送到被控的单片机,单片机对指23KQ1继电器线圈sS8
9、050RXTX无线模块GND图2 MCU控制无线传输模块示意图令进行解析,再执行指令,如图2 所示。2指令与程序实现2.1指令设置首先要控制15个继电器,使用两个字节16 位进行控制,再用一个字节8 位确定是传输的控制数据还是其他数据,如下所示:类型1传输的指令数据0000 0000|0000 0000|0000 0000类型中,暂定0 x01位发送指令,0 x2位配置单片机参数;传输指令每一位分别代表一个继电器动作,当位打开塔式起重机电源是传输数据位0 x018000转化为二进制:0000 0001 1000 0000|0000 0000TX无线模块RX-GND单片机RX发送(接收)TXGN
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