CN101391725A - 臂架型起重机工作状态记录及安全保护系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种臂架型起重机工作状态记录及安全保护系统，它包括下位机、上位机、传感器以及数据传输模块。下位机包括射频卡身份识别模块、中央处理器CPU、数据采集模块、控制输出模块、主控系统锁定模块，以及键盘、存储器、显示器、指示灯、蜂鸣器，下位机安装在驾驶室内。上位机包括计算机、控制程序模块以及射频卡固化模块，上位机安装在地面办公室内。传感器安装在臂架型起重机的关键位置上，下位机对这些传感器的信号进行采集、运算，上位机通过数据传输模块与下位机进行数据通讯，从而实现对臂架型起重机的工作状态进行实时监测和数据记录，通过对检测数据的判断进行安全保护。

Description

臂架型起重机工作状态记录及安全保护系统

技术领域

本发明涉及臂架型起重机，特别涉及一种对臂架型起重机状态实时记录和安全保护，以及远程对臂架型起重机群进行统一监控和管理的系统。

背景技术

起重机若发生事故，不仅造成巨大的经济损失，而且会产生不良的社会影响。目前国内臂架型起重机的超载安全保护装置大多为机械式力矩限制器与起重量限制器，采用的是简单的钢板受力后变形激发限位开关动作的方式，由此存在着下列问题：

1、控制精度低，重复性差。

2、不能实时显示与反映臂架型起重机的载荷与运行状态，驾驶员无法据此掌控与调整设备的运行状态。由于这种机械保护装置可靠性低，一旦失灵，操作人员通常不能立即得知，因而极易引发超载事故。

3、各安全装置的工作都单独进行，不能在计算机统一管理下对臂架型起重机的各工作参数实施同步监测、协调处理与综合判断。

4、无法记录臂架型起重机的累计工作量以及超载、受损等情况，造成臂架型起重机在使用寿命估算上的盲点。

5、无法识别驶员有无操作权限，无法对同一驾驶员连续工作时间进行有效监控。

6、无法有效地对大量臂架型起重机群进行远程工作状态监控和统一管理。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的任务是提供一种臂架型起重机工作状态记录及安全保护系统，它解决了现有臂架型起重机超载安全保护装置所存在的控制精度低、不能实时显示与反映臂架型起重机的载荷与运行状态、不能远程监控及对大量臂架型起重机群进行统一管理等问题。

本发明的技术解决方案如下：

一种臂架型起重机工作状态记录及安全保护系统，所述系统包括下位机、上位机、传感器以及数据传输模块GPRS；

所述下位机包括射频卡身份识别模块、中央处理器CPU、数据采集模块、控制输出模块、主控系统锁定模块，以及键盘、存储器、显示器、指示灯、蜂鸣器，下位机安装在驾驶室内；

所述上位机包括计算机、控制程序模块以及射频卡固化模块，上位机安装在地面办公室内，上位机通过无线信号传输接收下位机发出的信息，同时主动发指令提取下位机的信息，这些信息都保存在上位机的数据库中，用以随时进行查询和分析；

所述传感器包括重量传感器、幅度传感器、高度传感器以及回转传感器，其中重量传感器安装在臂架型起重机起重臂前端的起升钢丝绳中，幅度传感器与变幅卷筒连接，高度传感器与起升卷筒连接，回转传感器安装在与回转角度检测齿轮相连的传动轴上，各传感器分别与下位机通过信号电缆连接；

所述上位机通过数据传输模块GPRS与下位机进行数据通讯，对臂架型起重机群进行远程工作状态监控和统一管理；

所述系统采用无线分布模式，即下位机通过各传感器对臂架型起重机工作状态包括起升、变幅、高度和回转工作状态进行实时采集，下位机接收并处理上述传感器信号，对传感器信号进行放大、运算、存储、判断、显示，同时与臂架型起重机特性曲线进行比较，在载荷达到设定值时，将此判断结果通过声光报警，当超出额定值时，进行断电保护，上位机通过控制程序模块发送指令到相应下位机提取所需数据进行存档分析，下位机也可把臂架型起重机超载的工作记录实时发送到上位机或管理员手机。

所述下位机所装的射频卡身份识别模块通过上位机射频卡固化模块固化驾驶员身份信息和驾驶操作时间信息，以识别驾驶员身份及判别驾驶操作时间。

所述下位机设有USB host端口，以设置臂架型起重机基本参数及起升性能曲线，并导出使用记录信息。

所述显示器为液晶显示器。

所述指示灯为发光二极管LED指示灯。

本发明的系统主要由上位机、下位机和传感器等组成，在臂架型起重机几个关键位置装上相应传感器，下位机对这些传感器的信号进行采集、运算，从而实现对臂架型起重机的工作状态进行实时监测和数据记录，通过对检测数据的判断进行安全保护；下位机通过身份识别模块防止驾驶员无证驾驶和疲劳驾驶；上位机通过数据无线传输对下位机进行终端监控，一台上位机可以同时处理上千台下位机的信号，从而实现对臂架型起重机工作状态远程监控和统一管理。

本发明的臂架型起重机工作状态记录及安全保护系统具有如下优点：

根据臂架型起重机的结构特点、安全防护与监控要求，在臂架型起重机关键位置装上若干传感器，提供一种在驾驶室内能够实时记录臂架型起重机工作状态的参数，并对反映这些工作状态的参数进行判断，进行声光报警和断电安全保护，能够累计臂架型起重机的工作循环次数，对该臂架型起重机的结构损伤进行统计分析的下位机。下位机还安装有身份识别模块，对驾驶员身份进行验证和连续操作时间进行控制，避免驾驶员无证驾驶和疲劳驾驶。上位机通过数据传输模块(GPRS)与下位机进行数据通讯，对臂架型起重机群进行远程工作状态监控和统一管理。在下位机中还可以设置管理员的手机号码，当该臂架型起重机超载或违规操作时下位机自动发送违规信息至管理员手机中。

附图说明

图1是本发明的一种臂架型起重机工作状态记录及安全保护系统的组成示意图。

图2是本发明系统的下位机及各个传感器的安装位置示意图。

图3是本发明系统的下位机的组成示意图。

图4是本发明系统的上位机的组成示意图。

图5是本发明系统的下位机的工作流程图。

图6是本发明系统的上位机的工作流程图。

具体实施方式

参看图1至图4，图1显示了本发明的一种臂架型起重机工作状态记录及安全保护系统的组成示意，系统主要由下位机5、上位机15、传感器以及数据传输模块(GPRS)组成。

下位机5参看图3，下位机5包括射频卡身份识别模块17、中央处理器(CPU)6、数据采集模块10、控制输出模块11、主控系统锁定模块12，以及键盘14、存储器13、显示器7、指示灯9和蜂鸣器8。中央处理器(CPU)6可采用ARM7型芯片。显示器7尤为液晶显示器。指示灯9尤为发光二极管(LED)指示灯。整个下位机5安装在驾驶室内(如图2中所示)。

上位机15参看图4，上位机15包括计算机19、控制程序模块20以及射频卡固化模块21。上位机15安装在地面办公室内。控制程序模块20安装在计算机19内，数据传输模块(GPRS)16和射频卡固化模块21通过RS232端口与计算机19用专用电缆连接。上位机通过无线信号传输接收下位机发出的信息，同时主动发指令提取下位机的信息，这些信息都保存在上位机的数据库中，用以随时进行查询和分析。

传感器参看图2，传感器包括重量传感器1、幅度传感器2、高度传感器3以及回转传感器4。其中重量传感器1安装在臂架型起重机前端的起升钢丝绳中。幅度传感器2与变幅卷筒连接，高度传感器3与起升卷筒连接，回转传感器4安装在与回转角度检测齿轮相连的传动轴上，这四个传感器分别与下位机5通过信号电缆25连接。其中重量传感器1可以是钢丝绳旁压式传感器、剪力销传感器和拉压传感器，可根据臂架型起重机的具体构造型式选用。通过在臂架型起重机幅度、回转和高度的行程限位器内增加电位器的方法，感应各运行机构的位置信号(小车幅度、吊钩高度和回转角度)。

下位机通过数据采集模块采集上述各传感器信号，并对传感器信号进行放大、运算、存储、判断、显示，同时与臂架型起重机特性曲线进行比较，在载荷达到设定值时，将此判断结果通过控制输出模块进行声光报警或断电保护。上位机和下位机通过数据传输模块(GPRS)进行数据交换，上位机可以通过控制程序模块发送指令到相应下位机提取所需数据进行存档分析，下位机把臂架型起重机超载的工作数据通过GPRS模块实时发送到上位机报警提示。在下位机中还可以设置管理员的手机号码，当该臂架型起重机超载或违规操作时，下位机通过GPRS模块把违规信息发送至管理员的手机中

如图1中所示，上位机通过数据传输模块(GPRS)与下位机进行数据通讯，对臂架型起重机群进行远程工作状态监控和统一管理。一台上位机可以监控多台臂架型起重机(即安装在多台臂架型起重机上的下位机)的运行情况。

本系统采用无线分布模式，即下位机通过各传感器对臂架型起重机工作状态包括起升、变幅、高度和回转工作状态进行实时采集，下位机接收并处理上述传感器信号，对传感器信号进行放大、运算、存储、判断、显示，同时与臂架型起重机特性曲线进行比较，在载荷达到设定值时，将此判断结果通过声光报警，当超出额定值时，进行断电保护，上位机通过控制程序模块发送指令到相应下位机提取所需数据进行存档分析，下位机也可把臂架型起重机超载的工作记录实时发送到上位机或管理员手机。

下位机装有射频卡身份识别模块，通过上位机射频卡固化模块固化驾驶员身份信息和驾驶操作时间信息，以识别驾驶员身份及判别驾驶操作时间。例如在下位机添加该驾驶员的信息，可以识别驾驶员有否操作权限以防止无证驾驶，还能通过对操作时间的监控防止驾驶员疲劳驾驶。

下位机设有USB host端口，以设置臂架型起重机基本参数及起升性能曲线，并导出使用记录信息。这样可以方便地导入臂架型起重机起升性能曲线，并可导出所有使用记录信息，包括所有超载信息、最后二十分钟的使用记录和下位机的使用日志，上位机的控制程序模块可以对导出的记录信息进行回放。下位机的自带键盘可以进行参数设置、记录查询等操作。

下位机可以监测臂架型起重机起吊的每一个工作循环，并根据每一个工作循环的起升重量、幅度等计算出该臂架型起重机的剩余工作循环次数(即剩余寿命)。

参看图5，下位机的工作流程如下：

开机，下位机通电后通过射频卡身份识别模块来验证驾驶员身份，如果验证正确下位机进行系统初始化处理，可以选择下位机自带键盘输入或者通过USB host端口导入臂架型起重机的性能曲线及进行臂架型起重机信息输入。当臂架型起重机工作时，下位机通过数据采集模块对四路传感器的信号进行放大、滤波后进行换算和处理，并在液晶显示器实时显示，CPU在采集到幅度和重量的信号后进行计算得到力矩，并与输入的性能曲线进行比对；当臂架型起重机的起重力矩达到起重性能曲线中的90％时，LED指示灯发光报警；当臂架型起重机的起重量达到起重性能曲线的100％时，LED指示灯发光报警，蜂鸣器发出声音报警；当臂架型起重机的起升重量达到起重性能曲线的105％时进行声光报警，同时控制输出模块发出断电信号对起升、向外变幅进行保护。在存储器中记录一次超载信息，内容包括时间、幅度、重量、力矩等信息。同时把超载信息通过GPRS模块发送到上位机。

本系统能够从吊载到卸载判断是否完成一个工作循环，并能通过累计的各次工作情况折算臂架型起重机的结构损伤情况，并估算该臂架型起重机的剩余工作寿命。下位机在一次大循环中监测有无上位机发送的指令，如有，接收到指令则按照指令要求进行相关信息的发送处理。

驾驶员的身份信息可以通过上位机射频卡固化模块固化在射频卡中，在下位机中设置驾驶员的工作号码，下位机只有对相应工作号码的射频卡时才能正常工作，否则臂架型起重机主控电源将处于断开状态。当同一驾驶员的操作时间超过系统设置时间后，下位机通过液晶显示器提示需换驾驶员操作，并通过控制输出模块断开主控电源。

参看图6，上位机的工作流程如下：

上位机通过RS232端口设置GPRS模块和射频卡固化模块的相应参数，控制程序模块检测是否有指令信息，如果有则对信息进行发送或者接收处理，同时保存在数据库中。控制程序模块检测是否有射频卡，若有则输入驾驶员身份信息并进行固化。

当然，本技术领域内的一般技术人员应当认识到，上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对上述实施例的变换、变型都将落在本发明权利要求的范围内。

Claims (5)

1.一种臂架型起重机工作状态记录及安全保护系统，其特征在于，所述系统包括下位机、上位机、传感器以及数据传输模块GPRS；

所述下位机包括射频卡身份识别模块、中央处理器CPU、数据采集模块、控制输出模块、主控系统锁定模块，以及键盘、存储器、显示器、指示灯、蜂鸣器，下位机安装在驾驶室内；

所述上位机包括计算机、控制程序模块以及射频卡固化模块，上位机安装在地面办公室内，上位机通过无线信号传输接收下位机发出的信息，同时主动发指令提取下位机的信息，这些信息都保存在上位机的数据库中，用以随时进行查询和分析；

所述传感器包括重量传感器、幅度传感器、高度传感器以及回转传感器，其中重量传感器安装在臂架型起重机起重臂前端的起升钢丝绳中，幅度传感器与变幅卷筒连接，高度传感器与起升卷筒连接，回转传感器安装在与回转角度检测齿轮相连的传动轴上，各传感器分别与下位机通过信号电缆连接；

所述上位机通过数据传输模块GPRS与下位机进行数据通讯，对臂架型起重机群进行远程工作状态监控和统一管理；

所述系统采用无线分布模式，即下位机通过各传感器对臂架型起重机工作状态包括起升、变幅、高度和回转工作状态进行实时采集，下位机接收并处理上述传感器信号，对传感器信号进行放大、运算、存储、判断、显示，同时与臂架型起重机特性曲线进行比较，在载荷达到设定值时，将此判断结果通过声光报警，当超出额定值时，进行断电保护，上位机通过控制程序模块发送指令到相应下位机提取所需数据进行存档分析，下位机也可把臂架型起重机超载的工作记录实时发送到上位机或管理员手机。

2.根据权利要求1所述的臂架型起重机工作状态记录及安全保护系统，其特征在于，所述下位机所装的射频卡身份识别模块通过上位机射频卡固化模块固化驾驶员身份信息和驾驶操作时间信息，以识别驾驶员身份及判别驾驶操作时间。

3.根据权利要求1所述的臂架型起重机工作状态记录及安全保护系统，其特征在于，所述下位机设有USB host端口，以设置臂架型起重机基本参数及起升性能曲线，并导出使用记录信息。

4.根据权利要求1所述的臂架型起重机工作状态记录及安全保护系统，其特征在于，所述显示器为液晶显示器。

5.根据权利要求1所述的臂架型起重机工作状态记录及安全保护系统，其特征在于，所述指示灯为发光二极管LED指示灯。

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