CN101362575A - 模块化、总线化塔式起重机实时监控系统 - Google Patents

Abstract

一种机电一体化技术领域的模块化、总线化塔式起重机实时监控系统，包括：总线化现场信息采集终端、总线化数据处理模块、总线化功能扩展单元，其中：所述总线化现场信息采集终端完成现场状态模拟量信息和脉冲量信息的总线化并将状态信息及标识通过CAN总线发送给总线化数据处理模块；所述总线化数据处理模块将参数分类信息传送给总线化功能扩展单元；所述总线化功能扩展单元中，总线化现场显示单元根据接收的CAN总线信息进行塔机工作状态现场显示及报警，总线化远程通信单元将状态信息发送到远程监控中心，总线化现场控制单元根据接收的CAN总线信息对塔机各电机进行控制。本发明满足监测参数的柔性扩展及产品的兼容性、互换性的需要。

Description

模块化、总线化塔式起重机实时监控系统

技术领域

本发明涉及的是一种机电一体化技术领域的监控系统，具体涉及的是一种模块化、总线化塔式起重机实时监控系统。

背景技术

塔式起重机是建筑领域最常用的工程机械，也是最容易出事故的工程机械之一。随着塔式起重机朝大型化、自动化方向发展，其状态监控实时监控日益重要，目前市场上塔机监控系统，但缺乏统一标准，没用广泛推广应用的实时监控系统。开发标准化、易于推广的塔机实时监控系统成为保证塔机作业安全的重要手段。

经对现有技术的文献检索发现，中国发明专利“塔式起重机运行状态监测安全保护系统及方法”具有多种数据采集方式的车载工程机械卫星定位通信终端”，专利号99115812.1，该专利公开了一种塔式起重机运行状态监测安全保护系统及方法：以单片机为中心，对塔式起重机吊起重量、起调位置及速度、小车位置及速度、回转角度及速度通过A/D采集运算，对塔式起重机工作状态进行判断、预测及报警；中国实用新型专利“塔式起重机运行监控装置”，专利号02283215.7，该专利公开了一种塔式起重机运行监控装置：以可编程控制器为中心，对钢丝绳拉力、变幅电机转数进行监测，通过计算得出起重力矩，并送到液晶屏显示。上述发明及实用新型专利存在以下不足：[1]状态参数得采集以通道方式进行，采集几个参数就需单片机或可编程控制器配置相应采集通道，使其监测参数容量受限；[2]系统不具有扩展性，无法增加新的监测参数；[3]系统标准化、适应性差，不同产品不具有兼容性、互换性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种模块化、总线化的塔式起重机实时监控系统，使其满足监测参数的柔性扩展及产品的兼容性、互换性的需要，并解决上述背景技术中的不足。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：总线化现场信息采集终端、总线化数据处理模块、总线化功能扩展单元，其中：

所述总线化现场信息采集终端包括模拟量总线化现场信息采集终端和脉冲量总线化现场信息采集终端，总线化现场信息采集终端一端接现场传感器输出的模拟量信号和脉冲量信号，另一端通过CAN总线与总线化数据处理模块相联，完成现场状态模拟量信息和脉冲量信息的总线化并将状态信息及标识通过CAN总线发送给总线化数据处理模块；

所述总线化数据处理模块通过CAN总线一端与总线化现场信息采集终端，另一端与总线化功能扩展单元相联，将参数分类信息传送给总线化功能扩展单元；

所述总线化功能扩展单元包括总线化现场显示单元、总线化远程通信单元和总线化现场控制单元，总线化现场显示单元根据接收的CAN总线信息进行塔机工作状态现场显示及报警，总线化远程通信单元将状态信息发送到远程监控中心，总线化现场控制单元根据接收的CAN总线信息对塔机各电机进行控制。

所述模拟量总线化现场信息采集终端包括A/D变换器、第一控制单元、第一IEEE1451标准化模块、第一CAN协议分析及转换模块、第一CAN信号发送模块、第一拨码开关，其中：A/D变换器输入与现场传感器输出相联，输出通过信号线、数据线与第一控制单元相联，将传感器的模拟量转换为数字量传送给第一控制单元；第一控制单元有两路输入：一是A/D变换器的输出，二是第一拨码开关输入，通过第一拨码开关不同位的“ON”、“OFF”设定确定参数的ID号，第一控制单元输出与第一IEEE1451标准化模块和第一CAN协议分析及转换模块相联，第一IEEE1451标准化模块形成标准化的传感器电子标签，第一CAN协议分析及转换模块将监测的状态信息转换标准CAN总线信息格式；第一CAN协议分析及转换模块输出与第一CAN信号发送模块，第一CAN信号发送模块进行信号电平的转换，第一CAN信号发送模块输出与CAN总线相联。

所述脉冲量总线化现场信息采集终端包括光电耦合器、第二控制单元、第二IEEE1451标准化模块、第二CAN协议分析及转换模块、第二CAN信号发送模块、第二拨码开关，其中：光电耦合器输入与现场编码器输出相联，输出通过信号线与第二控制单元相联，将现场编码器信号转换为数字量传送给第二控制单元；脉冲量总线化现场信息采集终端的第二控制单元、第二IEEE1451标准化模块、第二CAN协议分析及转换模块、第二CAN信号发送模块、第二拨码开关与模拟量总线化现场信息采集终端的第一控制单元、第一IEEE1451标准化模块、第一CAN协议分析及转换模块、第一CAN信号发送模块、第一拨码开关相同。

所述总线化数据处理模块包括CAN信号接收模块、第三CAN协议分析及转换模块、数据处理单元、第四CAN协议分析及转换模块、第一CAN信号收发模块，其中：CAN信号接收模块输入与CAN总线相联，接收总线化现场信息采集终端发送到CAN总线上的信息；第三CAN协议分析及转换模块与CAN信号接收模块输出相联，CAN总线接收模块将接收到的信息传送到数据处理单元，数据处理单元通过参数的ID号对接收到信息进行识别、分类，数据处理单元内包含塔机所有监测参数的ID，总线化现场显示单元ID、总线化远程通信单元ID及总线化现场控制单元ID，根据CAN总线所接的总线化现场信息采集终端能够自动识别，总线化现场信息采集终端具有即插即用功能，数据处理单元的输出与第四CAN协议分析及转换模块输入相联，第四CAN协议分析及转换模块输出与第一CAN信号收发模块输入相联，第一CAN信号收发模块输出与CAN总线相联。数据处理单元将监测参数信息识别分类后通过第四CAN协议分析及转换模块进行CAN总线化，通过CAN信号收发模块送上CAN总线。

所述总线化功能扩展单元包括第二CAN总线收发模块、信号转换器、第三拨码开关、功能单元。第二CAN总线收发模块输入与CAN总线相联，输出与信号转换器相联；信号转换器实现CAN总线信号与功能单元之间信号匹配转换，包括CAN协议解析模块、第三控制单元、功能单元匹配信号转换器。信号转换器的CAN协议解析模块输入与第二CAN总线收发模块相联，输出与信号转换器的第三控制单元相联，信号转换器的第三控制单元输出与功能单元匹配信号转换器输入相联，功能单元匹配信号转换器输出接各功能单元。第三拨码开关与信号转换器的输入相联，通过各位的ON、OFF设定确定各总线化功能扩展单元的ID，总线化数据处理模块根据各总线化功能扩展单元的ID对其进行自动识别匹配，实现各总线化功能扩展单元的即插即用。

所述功能单元包括液晶显示单元、远程通信单元和塔机现场控制单元，分别实现信息显示，远程通信以及塔机控制。

本发明中，总线化现场信息采集终端通过CAN总线与总线化数据处理模块，实现状态信息向中央控制器的传输，总线化现场信息采集终端可实现积木式柔性扩展，即插即用；总线化数据处理模块通过CAN总线信号与总线化功能扩展单元相联，实现信息的显示、报警、塔机控制及远程数据传输。功能扩展单元通过总线进行积木式扩展，功能上即插即用。

本发明采用模块化、总线化的方法实现了塔式起重机工作状态的实时监控，在硬件不变的情况可实现监测参数的柔性扩展和即插即用，同时具有标准化形式，可与不同公司产品配套使用，具有通用性。

附图说明

图1是本发明的总体结构图；

图2是本发明模拟量总线化现场信息采集终端实施例框图；

图3是本发明脉冲量总线化现场信息采集终端实施例框图；

图4是本发明总线化数据处理模块实施例框图；

图5是本发明功能扩展单元实施例框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例包括：总线化现场信息采集终端、总线化数据处理模块、总线化功能扩展单元，其中：

所述总线化现场信息采集终端包括模拟量总线化现场信息采集终端和脉冲量总线化现场信息采集终端，总线化现场信息采集终端一端接现场传感器输出的模拟量信号和脉冲量信号，另一端通过CAN总线与总线化数据处理模块相联，完成现场状态模拟量信息和脉冲量信息的总线化并将状态信息及标识通过CAN总线发送给总线化数据处理模块；

所述总线化数据处理模块通过CAN总线一端与总线化现场信息采集终端，另一端与总线化功能扩展单元相联，将参数分类信息传送给总线化功能扩展单元；

所述总线化功能扩展单元包括总线化现场显示单元、总线化远程通信单元和总线化现场控制单元，总线化现场显示单元根据接收的CAN总线信息进行塔机工作状态现场显示及报警，总线化远程通信单元将状态信息发送到远程监控中心，总线化现场控制单元根据接收的CAN总线信息对塔机各电机进行控制。

如图2所示，模拟量总线化现场信息采集终端包括A/D变换器、第一控制单元、第一IEEE1451标准化模块、第一CAN协议分析及转换模块、第一CAN信号发送模块、第一拨码开关。

本实施例中，A/D变换器、第一控制单元、第一CAN协议分析及转换模块采用ATME1公司的单片机AT89C51CC01-1内部集成功能实现，第一IEEE1451标准化模块通过对AT89C51CC01-1软件编程实现。第一拨码开关可由市场购买，CAN信号发送模块采用SN65HVD230-1实现。

AT89C51CC01-1的A/D变换器输入引脚3、4与现场传感器输出相联，输出通过信号线送入AT89C51CC01-1的控制单元。拨码开关信号通过AT89C51CC01-1的I/O引脚30、31、32、33、34、35、36、37进入AT89C51CC01-1的控制单元，通过第一拨码开关不同位的“ON”、“OFF”设定确定参数的ID号，AT89C51CC01-1的控制单元输出与和第一CAN协议分析及转换模块相联，通过软件编程形成符合IEEE1451标准的传感器电子标签，AT89C51CC01-1的CAN协议分析及转换模块将监测的状态信息转换标准CAN总线信息格式，通过引脚20、21与CAN信号发送模块SN65HVD230-1的引脚4、1相联，SN65HVD230-1进行信号电平的转换，通过引脚7、8与第一CAN总线的CANH、CANL信号线相联。

如图3所示，脉冲量总线化现场信息采集终端包括光电耦合器、第二控制单元、第二IEEE1451标准化模块、第二CAN协议分析及转换模块、第二CAN信号发送模块、第二拨码开关。

本实施例中，光电耦合器采用TLP521-4实现，第二控制单元、第二IEEE1451标准化模块、第二CAN协议分析及转换模块采用ATME1公司的单片机AT89C51CC01-2的内部集成功能实现，CAN信号发送模块采用TI公司的SN65HVD230-2实现，第二IEEE1451标准化模块通过对AT89C51CC01-1软件编程实现，第二拨码开关可由市场购买。

光电耦合器TLP521-4输入引脚1、3、5、7经限流电阻与现场编码器输出相联，TLP521-4的输出引脚9、11、13、15经下拉电阻与AT89C51CC01-2的I/O引脚3、4、5、6相联，将现场编码器信号转换为数字量传送给AT89C51CC01-2的控制单元；第二拨码开关的信号通过AT89C51CC01-2的I/O引脚30、31、32、33、34、35、36、37进入AT89C51CC01-2的控制单元，通过第二拨码开关不同位的“ON”、“OFF”设定确定参数的ID号，AT89C51CC01-2的控制单元输出与和其CAN协议分析及转换模块相联，通过软件编程形成符合IEEE1451标准的传感器电子标签，AT89C51CC01-2的CAN协议分析及转换模块将监测的状态信息转换标准CAN总线信息格式，通过21、20引脚与CAN信号发送模块SN65HVD230-2的1、4管脚，SN65HVD230-2进行信号电平的转换，通过7、8管脚与第一CAN总线的CANH、CANL信号线相联。

如图4所示，所述总线化数据处理模块包括CAN信号接收模块、第三CAN协议分析及转换模块、数据处理单元、第四CAN协议分析及转换模块、第一CAN信号收发模块。

本实施例中，CAN信号接收模块采用TI公司的SN65HVD230-3实现，第三CAN协议分析及转换模块、数据处理单元、第四CAN协议分析及转换模块采用TI公司的TMS320F2808内部集成功能实现，CAN信号收发模块采用TI公司的SN65HVD230-4实现。

SN65HVD230-3的6、7引脚与第一CAN总线的CANL、CANH信号线相联，接收总线化现场信息采集终端发送到第一CAN总线上的信息，SN65HVD230-3的1、4引脚与TMS320F2808的CAN信号引脚6、7引脚相联，TMS320F2808的CAN总线接收模块将接收到的信息传送到TMS320F2808的数据处理单元，TMS320F2808的数据处理单元通过参数的ID号对接收到信息进行识别、分类，包含塔机所有监测参数的ID，总线化现场显示单元ID、总线化远程通信单元ID及总线化现场控制单元ID，根据第一CAN总线所接的总线化现场信息采集终端能够自动识别，总线化现场信息采集终端具有即插即用功能。TMS320F2808的数据处理单元的输出与TMS320F2808的CAN协议分析及转换模块2输入相联，CAN协议分析及转换模块2输出管脚67、63管脚与CAN信号收发模块SN65HVD230-4的1、4输入管脚相联，第一CAN信号收发模块SN65HVD230-4的6、7输出管脚与第二CAN总线的CANH、CANL信号线相联。

如图5所示，所述总线化功能扩展单元包括第二CAN总线收发模块、信号转换器、第三拨码开关、功能单元。

本实施例中，第二CAN总线收发模块采用TI公司的SN65HVD230-5实现。第三拨码开关可从市场选购，CAN协议解析器、控制单元采用ATMEL公司的AT89C51CC01-3的内部集成功能实现，功能单元匹配信号转换器采用TI公司的MAX485芯片，实现MODBUS协议转换。

SN65HVD230-5的输入引脚6、7引脚与第二CAN总线的CANL和CANH信号线相联，输出引脚1、4引脚与信号转换器的CAN信号引脚21、20引脚相联。信号转换器实现CAN总线信号与功能单元之间信号匹配转换，包括CAN协议解析器、第三控制单元、功能单元匹配信号转换器，AT89C51CC01-3的CAN协议解析器输入引脚21、20引脚与SN65HVD230-5的1、4输出引脚相联，AT89C51CC01-3的CAN协议解析器输出信号传送到AT89C51CC01-3的第三控制单元，AT89C51CC01-3的控制单元的I/O引脚12、13引脚与与功能单元匹配信号转换器MAX485的1、4引脚相联，MAX485的6、7引脚按MODBUS协议接接各功能单元。功能单元包括液晶显示单元、远程通信单元和塔机现场控制单元，为可选标配单元。第三拨码开关与AT89C51CC01-3的输入引脚30、31、32、33、34、35、36、37相联，通过各位的ON、OFF设定确定各总线化功能扩展单元的ID，总线化数据处理模块根据各总线化功能扩展单元的ID对其进行自动识别匹配，实现各各总线化功能扩展单元的即插即用。

本实施例的工作过程如下：

[1]总线化数据处理模块与第一CAN总线和第二CAN总线相联；

[2]总线化现场信息采集终端与现场传感器相联；

[3]总线化现场信息采集终端与第一CAN总线相联；

[4]总线化现场信息采集终端ID设置；

[5]总线化现场信息采集终端与现场传感器相联；

[6]总线化功能扩展单元与第二CAN总线相联；

[7]总线化功能扩展单元ID设置；

[8]总线化现场信息采集终端和总线化功能扩展单元向总线化数据处理模块发送自身ID身份识别信息；

[9]总线化数据处理模块对总线化现场信息采集终端和总线化功能扩展单元ID读取与识别；

[10]总线化现场信息采集终端向总线化数据处理模块发送现场状态信息；

[11]总线化数据处理模块对现场状态信息进行分类、处理；

[12]总线化数据处理模块根据需要向各总线化功能扩展单元发送信息；

[13]重复循环[8]-[12]的工作过程。

Claims (6)

1、一种模块化、总线化塔式起重机实时监控系统，包括：总线化现场信息采集终端、总线化数据处理模块、总线化功能扩展单元，其中：

所述总线化现场信息采集终端包括模拟量总线化现场信息采集终端和脉冲量总线化现场信息采集终端，总线化现场信息采集终端一端接现场传感器输出的模拟量信号和脉冲量信号，另一端通过CAN总线与总线化数据处理模块相联，完成现场状态模拟量信息和脉冲量信息的总线化并将状态信息及标识通过CAN总线发送给总线化数据处理模块；

所述总线化数据处理模块通过CAN总线一端与总线化现场信息采集终端，另一端与总线化功能扩展单元相联，将参数分类信息传送给总线化功能扩展单元；

所述总线化功能扩展单元包括总线化现场显示单元、总线化远程通信单元和总线化现场控制单元，总线化现场显示单元根据接收的CAN总线信息进行塔机工作状态现场显示及报警，总线化远程通信单元将状态信息发送到远程监控中心，总线化现场控制单元根据接收的CAN总线信息对塔机各电机进行控制。

2、根据权利要求1所述的模块化、总线化塔式起重机实时监控系统，其特征是，所述模拟量总线化现场信息采集终端包括A/D变换器、第一控制单元、第一IEEE1451标准化模块、第一CAN协议分析及转换模块、第一CAN信号发送模块、第一拨码开关，其中：A/D变换器输入与现场传感器输出相联，输出通过信号线、数据线与第一控制单元相联，将传感器的模拟量转换为数字量传送给第一控制单元；第一控制单元有两路输入：一是A/D变换器的输出，二是第一拨码开关输入，通过第一拨码开关不同位的“ON”、“OFF”设定确定参数的ID号，第一控制单元输出与第一IEEE1451标准化模块和第一CAN协议分析及转换模块相联，第一IEEE1451标准化模块形成标准化的传感器电子标签，第一CAN协议分析及转换模块将监测的状态信息转换标准CAN总线信息格式；第一CAN协议分析及转换模块输出与第一CAN信号发送模块，第一CAN信号发送模块进行信号电平的转换，第一CAN信号发送模块输出与CAN总线相联。

3、根据权利要求1所述的模块化、总线化塔式起重机实时监控系统，其特征是，所述脉冲量总线化现场信息采集终端包括光电耦合器、第二控制单元、第二IEEE1451标准化模块、第二CAN协议分析及转换模块、第二CAN信号发送模块、第二拨码开关，其中：光电耦合器输入与现场编码器输出相联，输出通过信号线与第二控制单元相联，将现场编码器信号转换为数字量传送给第二控制单元；脉冲量总线化现场信息采集终端的第二控制单元、第二IEEE1451标准化模块、第二CAN协议分析及转换模块、第二CAN信号发送模块、第二拨码开关与模拟量总线化现场信息采集终端的第一控制单元、第一IEEE1451标准化模块、第一CAN协议分析及转换模块、第一CAN信号发送模块、第一拨码开关相同。

4、根据权利要求1所述的模块化、总线化塔式起重机实时监控系统，其特征是，所述总线化数据处理模块包括CAN信号接收模块、第三CAN协议分析及转换模块、数据处理单元、第四CAN协议分析及转换模块、CAN信号收发模块，其中：CAN信号接收模块输入与CAN总线相联，接收总线化现场信息采集终端发送到CAN总线上的信息；第三CAN协议分析及转换模块与CAN信号接收模块输出相联，CAN总线接收模块将接收到的信息传送到数据处理单元，数据处理单元通过参数的ID号对接收到信息进行识别、分类，数据处理单元内包含塔机所有监测参数的ID，总线化现场显示单元ID、总线化远程通信单元ID及总线化现场控制单元ID，根据CAN总线所接的总线化现场信息采集终端能够自动识别，总线化现场信息采集终端具有即插即用功能，数据处理单元的输出与第四CAN协议分析及转换模块输入相联，第四CAN协议分析及转换模块输出与CAN信号收发模块输入相联，CAN信号收发模块输出与CAN总线相联，数据处理单元将监测参数信息识别分类后通过第四CAN协议分析及转换模块进行CAN总线化，通过CAN信号收发模块送上CAN总线。

5、根据权利要求1所述的模块化、总线化塔式起重机实时监控系统，其特征是，所述总线化功能扩展单元包括CAN总线收发器、信号转换器、第三拨码开关、功能单元，其中：CAN总线收发器输入与CAN总线相联，输出与信号转换器相联；信号转换器实现CAN总线信号与功能单元之间信号匹配转换，包括CAN协议解析器、控制单元、功能单元匹配信号转换器；信号转换器的CAN协议解析器输入与CAN总线收发器相联，输出与信号转换器的控制单元相联，信号转换器控制单元输出与功能单元匹配信号转换器输入相联，功能单元匹配信号转换器输出接各功能单元；第三拨码开关与信号转换器的输入相联，通过各位的ON、OFF设定确定各总线化功能扩展单元的ID，总线化数据处理模块根据各总线化功能扩展单元的ID对其进行自动识别匹配，实现各各总线化功能扩展单元的即插即用。

6、根据权利要求5所述的模块化、总线化塔式起重机实时监控系统，其特征是，所述功能单元包括液晶显示单元、远程通信单元和塔机现场控制单元，分别实现信息显示，远程通信以及塔机控制。

Images