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塔式起重机运行参数实时记录与分析系统研究

作　者: 郑苗
导　师: 曹玲芝
学　校: 郑州轻工业学院
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 塔机 LabVIEW 数据采集卡检测记录分析
分类号: TH213.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着计算机技术、电子技术、传感器技术的飞速发展,“黑匣子”技术不单单限于飞机,已逐步在塔式起重机(简称塔机)上得到应用,通过对塔机运行参数进行实时、准确地检测、记录和显示,一方面有利于操作员及时掌握塔机运行状况,避免事故发生；另一方面有利于管理员或分析员对塔机运行状态进行回放分析。本文以塔机为研究对象,采用LabVIEW开发环境和数据采集卡设计了塔机运行参数实时记录与分析系统。首先,通过对塔机结构及其工作特点进行介绍与分析,确定了影响塔机安全的主要运行参数。其次,针对不同的运行参数设计了不同的检测方案,在起重量检测方面,选定轴销式称重传感器对起重量进行获取,针对塔机称重范围广、采集卡A/D存在单位转换误差等设计了信号分段调理电路,针对传感器输出信号被分段放大和传输中存在衰减等设计了信号还原及线性补偿算法,实现了起重量的高精度转换,并完成了超载检测和数据实时存储；在起升高度、小车幅度、回转角度及运行速度检测方面,针对塔机三大机构的工作及结构特点,选定光电编码器对运行速度等参数进行获取,通过对光电编码器测角度及测速算法研究,结合DAQmx编程模块,实现了各参数的实时检测、超限报警和数据存储；在起重力矩检测方面,通过分析改进后的弓形板力矩限制器工作原理,在函数型连接神经网络基础上引进BFGS及补偿算法,实现了起重力矩的高精度测量。最后,基于LabVIEW开发环境,对塔机运行参数进行实时检测,并根据记录的数据,结合实际应用,构建了集系统登录、时间选定、参数选择、数据分析和文本打印等于一体的塔机运行参数分析系统,实现了塔机运行状态回放,便于管理员或分析员进行事故评定和工作汇报。实验结果表明,塔机运行参数实时记录与分析系统检测精度高、功能强、实时性、稳定性及实用性好、人机交互界面友好。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-24
  1.1 课题研究背景和意义  10-11
  1.2 课题国内外研究现状  11-14
    1.2.1 国外研究现状  11-12
    1.2.2 国内研究现状  12-14
  1.3 虚拟仪器技术  14-18
    1.3.1 虚拟仪器  14-16
    1.3.2 LabVIEW开发环境  16-17
    1.3.3 系统硬件平台  17-18
  1.4 塔式起重机  18-21
    1.4.1 塔机的金属结构  18-19
    1.4.2 塔机的主要工作机构  19
    1.4.3 塔机的驱动控制系统  19-20
    1.4.4 塔机的安全保护装置  20-21
  1.5 塔机运行参数实时记录与分析系统架构  21-22
  1.6 本文研究内容  22-24
第二章塔机起重量检测  24-34
  2.1 塔机起重量检测总体框架  24
  2.2 传感器选定及其安装  24-25
  2.3 轴销式称重传感器称重原理  25-27
  2.4 信号分段调理电路  27-28
  2.5 塔机起重量检测软件设计  28-33
    2.5.1 还原及线性补偿模块  28-31
    2.5.2 超载检测模块  31-32
    2.5.3 数据存储模块  32-33
  2.6 本章小结  33-34
第三章塔机起升高度、小车幅度、回转角度及运行速度检测  34-44
  3.1 传感器选择及其工作原理  34-37
    3.1.1 传感器选择  34-35
    3.1.2 光电编码器工作原理  35-37
  3.2 参数检测算法研究  37-40
    3.2.1 测角度算法  37-38
    3.2.2 测速算法  38-40
    3.2.3 基于增量式光电编码器的四倍频原理  40
  3.3 塔机起升高度及运行速度检测  40-43
    3.3.1 起升高度及运行速度检测算法研究  41-42
    3.3.2 起升高度及运行速度采集与数据存储  42-43
  3.4 本章小结  43-44
第四章塔机起重力矩检测  44-58
  4.1 弓形板力矩限制器及其改进  44-46
    4.1.1 弓形板力矩限制器工作原理  45-46
    4.1.2 弓形板力矩限制器改进  46
  4.2 塔机起重力矩检测方法分析  46-48
    4.2.1 查表法  46-47
    4.2.2 多项式曲线拟合法  47
    4.2.3 函数型连接神经网络  47-48
  4.3 塔机起重力矩检测算法研究  48-55
    4.3.1 BFGS-函数型连接神经网络  48-50
    4.3.2 BFGS-函数型连接神经网络仿真  50-52
    4.3.3 补偿算法研究  52-55
  4.4 塔机起重力矩检测  55-56
  4.5 本章小结  56-58
第五章塔机运行参数分析系统研究与设计  58-70
  5.1 塔机运行参数检测系统  58-59
  5.2 塔机运行参数分析系统功能与结构  59-60
    5.2.1 塔机运行参数分析系统功能  59-60
    5.2.2 塔机运行参数分析系统结构  60
  5.3 塔机运行参数分析系统设计流程  60-66
    5.3.1 系统登录  61-62
    5.3.2 时间选定  62-63
    5.3.3 数据分析  63-64
    5.3.4 参数选择  64-65
    5.3.5 文本打印  65-66
  5.4 塔机运行参数分析系统  66-68
  5.5 故障分析  68-69
  5.6 本章小结  69-70
结论与展望  70-72
致谢  72-74
参考文献  74-78
附录1 攻读硕士学位期间发表论文  78-79
附录2 程序  79

塔式起重机运行参数实时记录与分析系统研究

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