CN101281406B - 基于WiMAX的塔机自动安全监控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于WiMAX的塔机自动安全监控系统及方法，在传统塔机侧控制台上还设置WiMAX通信单元，用于塔机侧控制台与塔机侧控制台之间或控制室侧控制台之间的信息传送；控制室侧控制台包括WiMAX通信单元和上位机，对塔机侧控制台发出的实时信息进行接收和处理；经过开机初始化；塔机侧与控制室分别独立工作，塔机侧对塔机的工作状态信息进行采集，控制室处于开启等待接收；塔机侧控制台对采集的信息进行处理后，可对塔机进行反控制；控制室进行备份和信息实时显示。本发明具有翻盖广，数据量大，带来新的应用模式等优点，满足塔机安全监控系统可靠、稳定的要求较适用于多塔机联合工作场合。

Description

基于WiMAX的塔机自动安全监控系统及方法

技术领域

本技术涉及一种塔机监控系统，尤其涉及一种基于WiMAX技术的塔式起重机监控系统及方法。

背景技术

目前市面上所出现的各种塔机监控系统，主要是采用面向单机工作的运行模式，仅仅针对单台塔机进行运行状态的监控，而随着我国经济的发展以及对基础设施要求的不断增长，现在的塔机使用常常是处于多机化的工作模式之下，即在一个基建工地现场并存着多台塔机同时或者分时工作以提高工作效率、及工程进度，但其施工难度大、危险性高，这就要求多台塔机都能够进行对其运行状态的实时监控，而且，为了更好的掌握以及控制这些信息，还要求具备多台塔机之间能够进行组网联系、多台塔机和上位机之间能够进行组网联系等功能，所以仅仅面向单机的塔机监控系统便难以适应这种新变化。

也有一些塔机监控系统尝试采用一些简单的组网方式，使各台塔机之间可以进行信息的交流，比如说采用点对点的数传电台组成环形网络等，但是环状网络拓补的通信可靠性较低、一般的数传电台其数据传输速率不高，而且其可以组成的网络拓补较少，不便于网络的扩展，不便于大量数据的实时传输，例如传输实时监控视频等。这样，既不便于根据需要改变网络拓补的形状，也不便于增强塔机监控的其他手段，限制了塔机监控系统的应用及其进一步增强功能的演进。

WiMAX无线传输技术具有传输距离远、接入速率高、系统容量大、能够为客户提供广泛的多媒体通信服务，并且具有较好的安全性保证以及良好的互操作性，于07年10月被IEEE正式接纳为3G标准之一。在现行的各种3G标准，乃至现存的各种无线传输标准当中，WiMAX的覆盖范围最大(视距高达50Km，非视距高达7～10Km)，数据传输速率最高(最高达75Mbps)，所以根据这一个特点，能够为塔机监控系统提供更多新的应用模式。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，而研制一种使用和扩展方便，组网方式灵活的基于WiMAX的塔机自动安全监控系统。本发明所使用的技术手段如下：

一种基于WiMAX的塔机自动安全监控系统，包括：

塔机侧控制台，通过各种传感单元对塔机的工作信息及状态信息进行采集，并对这些信息进行分析、存储处理，还可对塔机的工作状态进行控制；

其特征在于：

在所述塔机侧控制台上还设有WiMAX通信单元，用于塔机侧控制台与塔机侧控制台之间的塔机工作状态信息的传送，或塔机侧控制台与控制室侧控制台之间的塔机工作状态信息及控制信息的传送；

所述控制室侧控制台包括WiMAX通信单元和上位机，通过WiMAX通信单元对塔机侧控制台发出的实时信息进行接收，并将实时信息传送到上位机上进行处理，完成数据备份和塔机工作状态信息的实时监控；控制室侧控制台还可通过WiMAX通信单元将上位机的控制指令发送到所述塔机侧控制台。

所述塔机侧控制台包括：环境监测单元、起重信息监测单元、塔身基础监测单元、小车信息监测单元、信息采集隔离整理单元、主控单元、存储单元、输出控制单元、显示单元和WiMAX通信单元；其中环境监测单元、起重信息监测单元、塔身基础监测单元和小车信息监测单元中所包含的传感器采集塔机的各种工作信息，并通过信息采集隔离整理单元进行数据采集，然后送到主控单元中处理，后将数据存储到存储单元中，并通过输出控制单元输出控制量对塔机进行反控制；主控单元可将处理后的数据通过WiMAX通信单元传送到控制室侧控制台；塔机侧控制台还可通过显示单元可扩展的键盘显示接口实现采集数据的实时显示以及各种数据的录入；所述主控单元使用PCI或PCIe或USB接口将数据送到WiMAX通信单元上。

一种基于WiMAX的塔机自动安全监控方法，其特征在于包括如下步骤：

a、塔机侧控制台和控制室侧控制台开机初始化；

b、塔机侧与控制室分别独立运作，塔机侧的塔机侧控制台通过安装在塔机上的各种信息采集装置对塔机的工作状态信息进行采集；同时控制室通过控制室侧控制台中的WiMAX通信单元处于开启等待状态，等待塔机工作状态信息的传入；

c、塔机侧控制台对采集的信息进行处理后，同塔机侧控制台内存储单元存储的塔机设定参数进行比对分析，并根据情况发出相应的控制指令对塔机进行反控制；同时通过WiMAX通信单元将采集的塔机工作状态信息实时向控制室传送；

d、控制室接收到塔机工状态信息后，由上位机进行备份和通过显示装置进行塔机工作状态信息实时显示。

包括控制室侧控制台向塔机发送塔机控制指令，对塔机实行远程控制的步骤，塔机侧控制台和控制室侧控制台通过WiMAX通信单元形成信令交互，各种初始化数据也可以经由WiMAX网络上传到塔机侧控制台；所述工作状态信息除各监测单元传回的传感信息外还包括语音、视频信息。

本系统所采用的WiMAX的原因，是因为无论从传输速率、网络容量、网络覆盖范围、可扩展性、安全性等角度来说，都是最好的选择。根据其特点，使用该项技术主要是为了研究塔机监控系统新的应用模式而言的。对于本系统开发的着眼点，系统设计目的是提供系统数据的安全性，面向对象是塔机相关的监管部门，所以我们可以利用其传输速率高的特点，传输更多的塔机运行信息，包括语音、视频等大数据量的信息，特别是在多塔机联合监测过程中，可以对多部塔机的实时运行姿态进行视频监控，更能有效的提高塔机生产的安全性，同时，透过WiMAX网络平台，可以还可以实现系统赋予一定的移动性、以及语音等多媒体的功能，同时在塔机监控系统中，我们还可以将塔机侧司机与地面控制室内的控制人员，还有地面指挥人员之间的对话保存起来，并实现无线远程备份，使监控部门获取更多的监控信息；利用其覆盖广的特点，可以将整个城域范围内的塔机都纳入到监管部门的统一监控当中；从其安全性来说，wimax具备了良好的无线数据安全保护能力，能够提供电信级的服务质量，所以也满足了监管部门对数据信息安全性的要求。其次对于Wimax来说，灵活组网、使用方便等特点，同样是其所具备的。

值得一提的是，在组网方式中，Wimax可以和WLAN，ZigBee相互配合组网，在塔机工作现场各个塔机之间，以及塔机与地面控制室之间，使用覆盖范围较小的WLAN，ZigBee提供“热点”覆盖，可以大大降低系统的设计成本，而在城域范围内，以及各个塔机工作现场的地面控制室与监管部门的中央控制室之间，则使用Wimax技术进行高速大数据量的数据传输，这样，既可以利用WLAN，ZigBee成本交Wimax低，使用灵活的特点，也充分发挥了Wimax覆盖广、速率高的特点，给塔机监控带来了新的应用模式。同时，由于Wimax可以实现城域内的无线覆盖，能够提供较强的漫游能力，使得无论是工程监督人员，还是相关监管部门人员都能够在城域范围内获得塔机监控的实时消息，对塔机工作状态有实时性的掌握，或者在危险发生后，第一时间了解并采取相应对策。

附图说明

图1为本发明的单机监控框图；

图2为本发明的多机联控框图；

图3为本发明的塔机侧控制台组成框图；

图4为本发明的控制室侧控制台组成框图；

图5为本发明的塔机自动安全监控系统描述框图；

图6为本发明的塔机侧工作流程；

图7为本发明的控制室侧工作流程；

图8为本发明的塔机侧平台处理流程；

图9为本发明的WiMAX无线传输单元框图。

具体实施方式

如图1～图8所示，本发明中的塔机自动安全监测系统由塔机侧控制台和控制室侧控制台组成，系统可以是单塔机与控制室组成单机监控系统(简称单机监控)，或者是多塔机组网与控制室进行多机联合监控系统(多机联控)。单机监控如图1所示，包括塔机侧控制台、WiMAX无线网络及控制室侧控制台，其中塔机侧控制台与控制室侧控制台之间通过基于WiMAX无线传输技术的无线网络进行数据传输。多机联控如图2所示，系统中有N个塔机侧控制台，通过WiMAX无线网络同控制室侧控制台进行数据传输或多个塔机侧之间进行数据传输(各塔机之间的信息交互，可以根据塔机侧控制台的系统设定而选择和自己通信的塔机，比如说在多塔机作业中，两个物理距离上相隔较近的塔机之间可以相互交流，从而避免发生互碰危险，其它在物理上距离较远的塔机，则可能不需要进行相互间的联系，只是保持了相互之间的路由信息，待需要时进行通信即可)。

塔机的各种工作信息是通过塔机侧控制台进行采集、分析、存储，并通过WiMAX无线网络传输到控制室侧控制台，进行数据的备份存储，以及后续的各种处理。如图3、图5、图6和图8所示塔机侧控制台由环境监测单元4、起重信息监测单元5、塔身基础监测单元6、小车信息监测单元7、信息采集隔离整理单元8、主控单元9、存储单元10、输出控制单元11、显示单元12和WiMAX通信单元13组成。塔机通过环境监测单元4、起重信息监测单元5、塔身基础监测单元6和小车信息监测单元7这四个单元中所包含的传感器采集塔机的各种工作信息，通过信息采集隔离整理单元8进行数据采集，然后送到主控单元9中处理，并且将数据存储到存储单元10中，根据需要可以通过输出控制单元11输出控制量对塔机进行反控制，使塔机工作在本监控系统之下，保障其安全性，显示单元12可以通过可扩展的键盘显示接口实现采集数据的实时显示以及各种数据的录入，为了保证历史数据的可靠性以及满足数据的各种后续处理，为日后提供有力的数据保障，塔机侧控制台通过主控单元9，使用PCI/PCIe/USB接口将数据送到WiMAX通信单元13中，通过WiMAX通信单元13进行基于WiMAX无线网络的数据传输，再通过控制室侧控制台的WiMAX通信单元14进行接收，使得数据同时在控制室侧备份，这样大大提高了历史数据的可靠性与安全性，并且，通过控制室侧的上位机15可以对数据进行各种设定的处理，提高数据的利用效能。

如图4所示控制室侧控制台由WiMAX通信单元14和上位机15组成，WiMAX通信单元14实现数据通过WiMAX无线网络进行传输的目的，通过无线网络传输来的数据在WiMAX通信单元14中被接收，并且通过ethernet/可扩展的USB接口传输到上位机15中，完成数据的备份以及后续处理功能；相反地，各种控制信息也可以从控制室侧控制台通过WiMAX通信单元发送，在塔机侧控制台的WiMAX通信单元13进行接收，并将所接收的信息传送到主控单元9中进行处理，以便实现从控制室侧对塔机侧的远程控制。

如图9所示WiMAX通信单元发送是通过ethernet/可扩展的USB接口从塔机侧或控制室侧获取所传输的数据，在MCU的控制下，通过ethernet/可扩展的USB接口模块，将数据送入WiMAX MAC/BaseBand(SOC，Syetem On Chip)芯片中进行WiMAX 802.16协议族的MAC(Medium Access Control)、PHY(Phycial)层实现。在WiMAX MAC/BB(SOC)芯片中，数据先进行暂存，然后在时钟、时序控制单元控制下，进行符合WiMAX标准的802.16协议栈MAC处理，并且根据需要进行安全性控制，完成后的数据按照802.16协议栈所要求进行基带调制，并通过内置或外置的直接无线电转换模块，进行包括一些信号随机化、空时编码、交织/解交织、burst形成、射频调制在内等射频调制，将信号转换成为适合射频天线发送的信号，交给WiMAX RF射频前端(SOC)芯片，进行射频功率放大，滤波等过程，最后馈送到天线上发送数据信息。接收过程其实就是上述的逆过程。其配置的FLASH提供WiMAX MAC/BB(SOC)芯片所需的配置程序、数据的存储空间，SDRAM是配合WiMAX MAC/BB(SOC)芯片使用，提供足够外部的存储空间给芯片使用。为了方便调试系统，专门设置调试接口，用于程序的调制之用。系统时钟、时序同步单元用于提供系统中各个单元提供时钟信号，包括ethernet接口、MAC协议栈等所需的控制时钟，并且提供时序同步等功能。

结合图6、图7和图8将系统的工作情况描述如下，不管是单机监控还是多机联控，系统操作总是从塔机侧、控制室台侧开机初始化开始，然后，塔机侧与控制室分别独立运作，塔机侧控制台控制安装在塔机上的各种信息采集装置，当需要时，两者之间通过WiMAX网络进行数据交互。安装在塔机上的各种信息采集装置自动或者在塔机侧的控制下对塔机各种数据进行采集，采集到的数据送入塔机侧控制台进行存储、以及各种数据处理，并且可以在程序、或控制室侧控制台控制下向控制室侧发送塔机运行的实时数据，或者交互信令；控制室侧控制台工作时，运行本系统所设计的控制台软件，根据塔机侧所传过来的数据，显示各种软件功能，为控制室人员提供塔机实时工作的各种状态信息，控制室侧亦可以通过WiMAX向塔机侧传输数据，或者进行信令交互。

实际应用中，塔机侧控制台安装于塔机上控制室内，各种信息采集装置安装在塔机各个测量位置，信息采集装置采集回来的数据通过塔机侧控制室的WiMAX收发装置，向控制室侧控制台发送，控制室侧收到这些信号后，在所编制的软件程序中，监控这些数据；控制室一般安装在工地地面的管理室内，由现场操作员操作，平时一般接收来自塔机侧控制台的各种塔机实时状态信息，在需要时发出控制命令，通过WiMAX收发装置与塔机侧进行信令交互，各种初始化数据也可以经由无线局域网上传到塔机侧控制台中。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于WiMAX的塔机自动安全监控系统，包括：

塔机侧控制台，通过各种传感单元对塔机的工作信息及状态信息进行采集，并对这些信息进行分析、存储处理，还可对塔机的工作状态进行控制；

其特征在于：

在所述塔机侧控制台上还设有WiMAX通信单元，用于塔机侧控制台与塔机侧控制台之间的塔机工作状态信息的传送，或塔机侧控制台与控制室侧控制台之间的塔机工作状态信息及控制信息的传送；

所述控制室侧控制台包括WiMAX通信单元和上位机，通过WiMAX通信单元对塔机侧控制台发出的实时信息进行接收，并将实时信息传送到上位机上进行处理，完成数据备份和塔机工作状态信息的实时监控；控制室侧控制台还可通过WiMAX通信单元将上位机的控制指令发送到所述塔机侧控制台。

2.根据权利要求1所述的基于WiMAX的塔机自动安全监控系统，其特征在于所述塔机侧控制台包括：环境监测单元(4)、起重信息监测单元(5)、塔身基础监测单元(6)、小车信息监测单元(7)、信息采集隔离整理单元(8)、主控单元(9)、存储单元(10)、输出控制单元(11)、显示单元(12)和WiMAX通信单元(13)；其中环境监测单元(4)、起重信息监测单元(5)、塔身基础监测单元(6)和小车信息监测单元(7)中所包含的传感器采集塔机的各种工作信息，并通过信息采集隔离整理单元(8)进行数据采集，然后送到主控单元(9)中处理，后将数据存储到存储单元(10)中，并通过输出控制单元(11)输出控制量对塔机进行反控制；主控单元(9)可将处理后的数据通过WiMAX通信单元(13)传送到控制室侧控制台；塔机侧控制台的显示单元(12)可以通过可扩展的键盘显示接口实现采集数据的实时显示以及各种数据的录入。

3.一种基于WiMAX的塔机自动安全监控方法，包括：

a、塔机侧控制台和控制室侧控制台开机初始化；

其特征在于还包括如下步骤：

b、塔机侧与控制室分别独立运作，塔机侧的塔机侧控制台通过安装在塔机上的各种信息采集装置对塔机的工作状态信息进行采集；同时控制室通过控制室侧控制台中的WiMAX通信单元处于开启等待状态，等待塔机工作状态信息的传入；

c、塔机侧控制台对采集的信息进行处理后，同塔机侧控制台内存储单元(10)存储的塔机设定参数进行比对分析，并根据情况发出相应的控制指令对塔机进行反控制；同时通过WiMAX通信单元将采集的塔机工作状态信息实时向控制室传送；

d、控制室接收到塔机工作状态信息后，由上位机进行备份和通过显示装置进行塔机工作状态信息实时显示；

还包括控制室侧控制台向塔机发送塔机控制指令，对塔机实行远程控制的步骤，塔机侧控制台和控制室侧控制台通过WiMAX通信单元形成信令交互，各种初始化数据也可以经由WiMAX网络上传到塔机侧控制台。

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