CN102963827B - 一种塔机安全管理系统 - Google Patents

Abstract

一种塔机安全管理系统，包括塔机安全管理平台，服务器，服务器通过GPS/GPRS通讯模块连接力矩限制器主机，所述力矩限制器主机设有RFID感应芯片、RFID传感器，所述力矩限制器主机分别通过CAN总线与：重量传感器、幅度传感器、高度传感器、回转角度传感器、风速传感器连接。本发明塔机安全管理系统，工作时各个传感器不断将采集的信息通总线发送给力矩限制器主机，力矩限制器主机经过采集、分析、计算，然后将显示信息发给显示器进行显示；报警信息发给报警器进行报警；控制信息发给控制器进行控制保护；通讯信息发给GPRS模块，通过Internet网络进入塔机安全管理平台。

Description

一种塔机安全管理系统

技术领域

本发明一种塔机安全管理系统。

背景技术

目前国内市场上塔机安全管理系统产品普遍存在传感器检测精度低，可靠性差，使用寿命短，成本偏高的问题，使用户花了很多钱，却达不到应有的效果。

目前市场上幅度/高度传感器产品基本上使用的都是多功能机械限位器传感器，多功能机械限位器传感器的特点在于：利用机械齿轮传动来带动其内部的电位器触头旋转，通过电位器电阻值大小来判断吊钩高度及小车行走幅度数据的。好处是电位器电阻值在塔机不给传感器送电的情况下，电位器电阻值数据不会丢失，并且市场上货源充足；

但是，多功能机械限位器传感器是机械传动接触检测吊钩高度及小车行走幅度，电位器触点与电阻膜表面不断摩擦，时间一长就有磨损，检测吊钩高度及小车行走幅度的数据误差就会不断增大，所以它的可靠性就低；使用寿命也短；

另外，多功能机械限位器的传动轴到电位器是靠齿轮传动的，由于齿轮间的不断摩擦，时间一长就有磨损，齿轮很容易导致吊钩高度及小车行走幅度误差就会不断增大，所以它的可靠性低；使用寿命也短。

增量式磁编码或者光电幅度/高度传感器，也是非接触检测吊钩高度及小车行走幅度的，最大的区别主要是增量式磁编码或者光电幅度/高度传感器无记忆功能，所以一旦塔机不给传感器送电幅度/高度传感器的数据就会丢失，所以可靠性很低。

市场上绝对式磁编码或者光电编码幅度/高度传感器一般都是单圈或者多圈传感器，如果要用在塔机的幅度/高度检测，由于塔机的幅度/高度量程很大，必须配合齿轮传动，否则就达不到塔机的幅度/高度检测要求。由于齿轮传动的磨损导致其可靠性降低，使用寿命缩短。另外它的成本高，一个售价几千元，市场上无法接受。

无RFID管理的塔机任何人都可以操作塔机，所以过去出现的很多塔机安全事故，都有相当一部分是无证上岗造成的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种塔机安全管理系统，工作时各个传感器不断将采集的信息通总线发送给力矩限制器主机，力矩限制器主机经过采集、分析、计算，然后将显示信息发给显示器进行显示；报警信息发给报警器进行报警；控制信息发给控制器进行控制保护；通讯信息发给GPRS模块，通过Internet网络进入塔机安全管理平台。

本发明的上述目的是通过这样的技术方案来实现的：一种塔机安全管理系统，包括塔机安全管理平台，服务器，服务器通过GPS/GPRS通讯模块连接力矩限制器主机，所述力矩限制器主机设有RFID感应芯片、RFID传感器，所述力矩限制器主机分别通过CAN总线与：重量传感器、幅度传感器、高度传感器、回转角度传感器、风速传感器连接。

所述重量传感器、幅度传感器、高度传感器、回转角度传感器、风速传感器均设有CAN接口芯片，所述力矩限制器主机内部设有CAN接口芯片、外部通过两根总线方式与所述各个传感器通讯连接。

所述幅度传感器、高度传感器包括磁性旋转编码盘，为S/N双极性圆型编码盘，所述传感器的旋转轴经壳体与塔机的起升卷筒及变幅卷筒的输出轴连接为一体。

所述塔机安全管理系统设有微型发电电路，微型发电电路连接锂电池。

所述磁性旋转编码盘的磁极宽度不同。

本发明一种塔机安全管理系统工作原理：起重重量传感器、磁编码幅度传感器、磁编码高度传感器、回转角度传感器、风速传感器等多种传感器将检测到的信号不断地送往CAN总线。具有RFID管理功能的起重机力矩限制器主机根据程序设定和指令，不断地在CAN总线上采集各种传感器送来的信息，然后经CPU进行比较、运算、分析，将显示信息送显示部分，报警信号送报警部分，控制信号送控制部分，通讯信息通过GPRS通讯模块及Internet网络送往塔式起重机安全管理平台进行存储、显示、查询、统计、下载等，周而复始。

本发明一种塔机安全管理系统，磁编码幅度/高度传感器产品由于有不间断电源，所以在塔机不给传感器送电的情况下，幅度/高度传感器的数据也不会丢失，并且是非接触检测吊钩高度及小车行走幅度，由于无磨损所以它的可靠性就高，使用寿命就长。磁编码幅度/高度传感器由于其脉冲是无限叠加，多大的量程检测都能适应；因此，不受塔机的幅度/高度量程限制，所以不需要增加齿轮传动。因为无齿轮传动磨损的缺陷，所以其可靠性就高，使用寿命就长；同时我们的售价只有几百元，成本较低。

本发明一种塔机安全管理系统，采用了RFID控制技术，使塔式起重机的安全操作具有可控性；建筑安全管理部门可对塔机司机进行持证上岗管理制度，只有经培训合格的塔机司机才允许上岗操作塔机，当司机培训考核合格后纳入数据库管理，并且持建筑安全管理部门颁发的RFID卡证上岗，RFID卡证上只有该合格司机的唯一注册码，该合格司机每日工作时，先在力矩限制器上刷卡，力矩限制器经分析确认合法后，自动接通塔机电源，塔机开始工作；非合法持证司机在力矩限制器上刷卡，力矩限制器经分析确认非法则拒绝接通塔机电源，塔机不工作；从而确保了塔机安全生产的最基本条件；

本发明一种塔机安全管理系统，采用了依据塔机特性设计的绝对磁编码技术发明的磁编码幅度传感器、磁编码高度传感器，大大提高了塔机起升高度及小车行走幅度检测精度，对塔机的力矩保护、起升高度保护具有重要意义，同时由于采用了非接触检测技术，可以有效增强传感器的可靠性并延长传感器的使用寿命。

本发明一种塔机安全管理系统，绝对磁编码传感器旋转码盘的磁极采用了宽度不同的制作工艺，使其产生的S/N极脉冲宽度不同，从而为旋转码盘的起始位及方向识别奠定了重要基础。

本发明一种塔机安全管理系统，采用了CAN总线技术，将塔机安全管理系统各个传感器与力矩限制器主机之间用两根位总线方式通讯连接；一方面简化了电路，减少了故障源，提高了可靠性，同时节省了传感器信号线缆。

附图说明

图1为本发明系统连接框图。

图2为本发明塔机RFID管理系统连接图。

图3为本发明磁性传感器旋转码盘结构示意图。

图4为本发明系统中各个传感器与力矩限制器主机之间连接图。

具体实施方式

本发明一种塔机安全管理系统，包括：服务器、塔机安全管理平台、GPS/GPRS通讯模块、具有RFID管理功能的力矩限制器主机，所述力矩限制器主机设有RFID感应芯片、RFID传感器，所述力矩限制器主机分别通过CAN总线与：重量传感器、幅度传感器、高度传感器、回转角度传感器、风速传感器连接，如图1所示。

工作过程：

塔机司机工作时首先用RFID卡片通过RFID感应器打开力矩限制器主机，力矩限制器主机解锁塔机进入工作状态。此时，塔机司机可以进行各种工作操作，在塔机司机进行各种工况操作时，各个传感器也在不断将检测到的信号送到力矩限制器主机，由力矩限制器主机进行分析计算，当起重机超载、超力矩、超幅度、超高度、超回转角度、或者风速超限时，力矩限制器主机立即发出报警或者控制命令，塔机立即被控制。但是力矩限制器主机允许司机做安全操作动作，只允许塔机向安全方位远行，禁止塔机向危险方位远行，从而达到安全保护的目的。力矩限制器主机在不断检测、报警、控制的同时，也不断的将处理结果送往GPS/GPRS通讯模块MD610，由GPGS/GPRS通讯模块MD610通过天线送往Internet网络服务器，进入塔机完全管理平台，由塔机完全管理平台进行存储、显示、报警、统计、下载、打印等等。

     GPS卫星地图是通过GPRS通讯模块上传给塔机安全管理平台的，塔机安全管理平台在显示塔机各种工作状况的同时，也可以同时显示卫星地图，指示塔机具体位置；从而实现了塔机的智能安全管理和安全保护。

塔机RFID管理系统功能的实现：它是由RFID卡片及RFID感应器以及力矩限制器主机等组成，如图2所示。

塔机RFID管理系统工作过程：

平常没有RFID卡片法定操作人信息时，力矩限制器主机STM32F103RE处于关闭状态，塔机的起升、变幅、回转电源均被切断，塔机不能工作；当具有15693通讯协议的电子标签RFID卡片，在小于15cm的地方接近电子标签RFID感应器时，电子标签RFID感应芯片MFRC500通过天线感应到RFID卡片上信息，立即将RFID卡片信息送给AT89C51进行分析、比较、处理，当确定该信息合法时，立即通过MAX232向力矩限制器主机STM32F103RE输出一个开机命令，力矩限制器主机STM32F103RE立即启动，并且接通塔机的起升、变幅、回转电源，起重机开始正常工作，RFID卡片管理任务完成；下次开机时再次重复本程序，周而复始；

磁性编码幅度/高度检测功能的实现：它是由幅度/高度传感器及电源电路、力矩限制器电路等来实现的。

磁性编码幅度/高度检测工作过程：

幅度/高度传感器电路是由：磁性旋转码盘CX-CT01，磁性脉冲发生电路AH512，脉冲处理电路STM32F103RE，CAN通讯电路SN65HVD230等所组成；工作时CX-CT01磁铁旋转，由四周的磁铁产生周期性磁场，从而不断触发AH512霍尔开关产生脉冲信号，并将脉冲信号送往STM32F103RECPU进行计算处理，通过对脉冲的计算，从而得知磁性旋转码盘CX-CT01所转圈数，由于磁性旋转码盘旋转轴与起重机起升及变幅卷筒中心轴同轴，从而得知起升及变幅卷筒旋转圈数，由起重机起升及变幅卷筒直径，卷绳槽宽度及钢丝绳直径可以计算出起升吊钩的高度及小车行走的幅度；从而达到测量吊钩起升高度及小车行走幅度的目的；同时STM32F103RE将数据存入存储器FM25L16，并通过CAN通讯电路SN65HVD230将计算结果送给力矩限制器主机STM32F103RE，力矩限制器主机STM32F103RECPU通过综合计算，去完成力矩限制器的各项功能和任务。

由于磁性旋转码盘CX-CT01四周为具有不同宽度S/N极性的磁铁，又由于磁性脉冲发生电路AH512为双极性霍尔开关，当其反转时由于其AH512脉冲发生的宽度不同，从而可以得知其零位及起始位，又由于S/N极性的脉冲宽度不同，从而可以计算出旋转码盘CX-CT01的反向脉冲数据；从而可以计算出吊钩起升或者下降高度及小车行走正反向幅度。为了达到绝对编码器的功能，本发明设计了塔机工作不断电电路，即在常规电路上增加了锂电池电路，微型发电机电路和电源管理器，这样只要塔机工作，不管司机给不给力矩限制器主机送不送电，传感器电路始终有电源，从而确保传感器数据得以保存，从而达到绝对编码器效果。

传感器不断电功能的实现：

平时塔机AC380V电源进开关电源转DC12V及5V，12V进电源管理器AT89C51，经电源管理器AT89C51比较、计算、处理后再进传感器电路；DC5V进力矩限制器主机STM32F103RE电路；当电源管理器AT89C51发现开关电源DC12V低于设定值时，立即启动锂电池RS/16V9.6AH电路，从而保证了传感器电路不断电。当电源管理器AT89C51发现锂电池RS/16V9.6AH的DC12V低于设定值时，立即启动微型发电机电路WDBS-025A给锂电池RS/16V9.6AH充电。由于微型发电机与起升卷筒通过链条链接，因此，只要塔机工作，微型发电机就在不停的工作，当电源管理器AT89C51发现锂电池RS/16V9.6AH的DC12V电压饱和时，立即切断充电电路，从而保证锂电池不被过充损坏。

磁性传感器旋转码盘磁极工艺结构：

磁性传感器旋转码盘CX-CT01是按照不同宽度的磁极设计的S/N双极性圆型码盘，结构图如图3所示。该转码盘CX-CT01传感器的旋转轴经壳体与起重机起升巻筒及变幅巻筒的输出轴联接为一体。工作过程如下：

工作时塔机起升巻筒及变幅巻筒的输出轴带动传感器的转码盘CX-CT01进行旋转，旋转过程中转码盘CX-CT01不断向双极性霍尔芯片AH512发送S/N宽度不同的磁极信号，周而复始。

本发明塔机安全管理系统各个传感器与力矩限制器主机之间CAN总线通讯功能的实现：各个传感器及变送器模块均配有CAN接口芯片SN65HVD230，力矩限制器主机内部也配有CAN接口芯片SN65HVD230，外部由两根位总线相互连接。传感器与力矩限制器主机之间的通讯均是通过CAN接口芯片SN65HVD230由2根位总线相互连接通讯的，它们均遵守CANopen2.0协议，如图4所示。其工作过程如下：

工作时各个传感器不断将采集的信息通过2根位总线发送给力矩限制器主机，力矩限制器主机STM32F103RECPU经过采集、分析、计算，然后将显示信息发给显示器进行显示；报警信息发给报警器进行报警；控制信息发给控制器进行五限位控制保护；通讯信息发给GPRS模块，通过Internet网络进入塔机安全管理平台。

Claims (1)

1.一种塔机安全管理系统，包括塔机安全管理平台，服务器，其特征在于，服务器通过GPS/GPRS模块连接力矩限制器主机，所述力矩限制器主机设有RFID感应芯片、RFID传感器，所述力矩限制器主机分别通过CAN总线与：重量传感器、幅度传感器、高度传感器、回转角度传感器、风速传感器连接；

所述重量传感器、幅度传感器、高度传感器、回转角度传感器、风速传感器均设有CAN接口芯片，所述力矩限制器主机内部设有CAN接口芯片、外部通过两根总线方式与所述各个传感器通讯连接；

所述幅度传感器、高度传感器包括磁性旋转编码盘，为S/N双极性圆型编码盘，所述传感器的旋转轴经壳体与塔机的起升卷筒及变幅卷筒的输出轴连接为一体；

所述磁性旋转编码盘的磁极宽度不同；

工作时，重量传感器、幅度传感器、高度传感器、回转角度传感器、风速传感器不断将采集的信息发送给力矩限制器主机，力矩限制器主机经过采集、分析、计算，然后将显示信息发给显示器进行显示；报警信息发给报警器进行报警；控制信息发给控制器进行限位控制保护；通讯信息发给GPRS模块，通过Internet网络进入塔机安全管理平台。