CN103723631B - 吊件吊装姿态调平无线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种吊件吊装姿态调平无线监测系统，包括安装在吊件上的平衡监测器以及安装在吊车司机室舱外，并通过通信总线与起重设备控制系统连接的总控器；平衡监测器用于采集吊件平衡角度值，并根据吊件平衡角度值计算出平衡角矫算值，并将平衡角矫算值通过无线网络传送给总控器；总控器用于建立无线网络和将平衡角矫算值传送给起重设备控制系统。本发明为多点平衡吊装施工提供了一种精准、高效和安全的全新吊装作业施工装置，可有效改进该类施工方法，更好的实现对吊装作业难度及成本的控制；本发明体积轻小，制造成本低，安全可靠性高，装卸方便，能普遍适用于各类平衡吊装作业，能显著提高起重作业效率并减少辅助人员数量和作业量。

Description

吊件吊装姿态调平无线监测系统

技术领域

本发明涉及吊装领域，具体地指一种吊件吊装姿态调平无线检测系统。

背景技术

吊装外形超大、重心偏心的吊件通常采用多点起吊的吊装方法，保持吊件平衡角尤其是精确平衡角下置的操作一直是该类作业的关键点和难点之一，同时也对起重工程设备的设计及作业方法提出较高要求。

现行常规吊装作业方法作业成本高效率低主要体现在以下方面：吊件外形对起重操作员构成视力阻隔，现场作业安全指挥员近距离观测危险度高；测量吊件平衡角主要源自目测值和出绳量间接计算值无直接测量值；施工精度和速度对操作员的操作经验及娴熟度的要求高，操作员培训周期长费用高；吊件不平衡和吊件重心偏心合成作用的随机性大，容易发生吊件水平旋转进而导致钢丝绳绞绕损伤起重设备；吊件调平需要增大联合作业起重设备（或机构）单机余量，设备存在大马拉小车现象；组合式吊具空中组拼分解难度大高危工作时间长，且易于损坏组拼结合部；现场作业安全控制点多，非量化信息量大且不一致造成施工成本高、耗时长致使经济效益不高。

发明内容

本发明的目的是提供一种吊件吊装姿态调平无线监测系统，使吊装大型吊件更精准、更高效和更安全。

为实现上述目的，本发明所设计的吊件吊装姿态调平无线监测系统，包括安装在吊件上的至少一个平衡监测器以及安装在吊车司机室舱外，并通过通信总线与起重设备控制系统连接的总控器，其特殊之处在于，平衡监测器：用于采集吊件平衡角度值，并根据所述吊件平衡角度值计算出平衡角矫算值，并将所述平衡角矫算值通过无线网络传送给总控器；总控器：用于建立无线网络和将所述平衡角矫算值传送给起重设备控制系统。

进一步地，还包括设置在吊装现场，并与所述平衡监测器处于同一无线网络中的移动监视终端，所述移动监视终端用于通过无线网络从总控器接收平衡角矫算值，对平衡角矫算值进行标定，并向所述总控器发出角度标定指令，所述总控器对角度标定指令进行指令核准后，将核准许可的角度标定指令通过无线网络发送给平衡监测器，所述平衡监测器根据核准许可的角度标定指令重新计算平衡角矫算值。移动监视终端为吊装现场安全员的手持设备，安全员可对移动监视终端接收的平衡状态数据进行标定，其角度标定指令可使平衡监测器进行补偿计算，平衡监测器发送经过补偿计算后的平衡角矫算值，使平衡角矫算值更为准确。

更进一步地，还包括安装于吊装现场的路由增益器，所述路由增益器用于提高无线网络的数据传输效率。路由增益器作为可选部件安装于吊装现场范围300m内无无线信号盲区任意处，可优化避障及传输路径、通信增程，进而提高数据传输效率。

更进一步地，所述吊件平衡角度值为具备吊件的三轴角度分量的角度值。吊件的三轴角度分量的角度值可表征吊件的吊装姿态。

更进一步地，所述平衡监测器包括传感器、平衡监测器MCU，平衡监测器电源电路、平衡监测器天线、平衡监测器电池和平衡监测器通信口，所述传感器通过I²C总线与平衡监测器MCU连接，所述平衡监测器MCU分别与平衡监测器电源电路和平衡监测器天线连接，所述平衡监测器MCU还通过异步串行通信UART与平衡监测器通信口连接，所述平衡监测器电源电路与平衡监测器电池连接。传感器用于采集吊件平衡角度值，平衡监测器MCU用于数据处理，平衡监测器天线用于接收和传输数据，平衡监测器通信口用于外接设备。

更进一步地，所述总控器包括总控器MCU、总控器电源电路、总控器天线和总控器通信口，所述总控器MCU分别与总控器电源电路和总控器天线连接，并通过异步串行通信UART与总控器通信口连接。总控器MCU用于数据处理，总控器天线用于接收和传输数据，总控器通信口用于外接设备。

更进一步地，所述移动监视终端包括移动监视终端MCU、移动监视终端电源电路、移动监视终端电池、移动监视终端天线、移动监视终端通信口，以及键盘和显示屏，所述移动监视终端MCU通过I²C总线与键盘和显示屏连接，所述移动监视终端MCU分别与移动监视终端电源电路和移动监视终端天线连接，并通过异步串行通信UART与移动监视终端通信口连接，所述移动监视终端电源电路与移动监视终端电池连接。移动监视终端MCU用于数据处理，移动监视终端天线用于接收和传输数据，移动监视终端通信口，键盘用于输入指令，显示屏用于显示数据。

更进一步地，所述移动监视终端至少为两个。移动监视终端使用数量视情况而定，包括：系统稳态工作时可以全部退出，或对系统自工况进行调整时至少配置一个，或吊装现场安全指挥员手持移动监视终端自由巡弋于安全施工现场时可配置若干个。

更进一步地，所述路由增益器包括路由增益器MCU、路由增益器电源电路、路由增益器电池、路由增益器天线和路由增益器通信口，所述路由增益器MCU分别与路由增益器电源电路、路由增益器天线连接，并通过异步串行通信UART与路由增益器通信口连接，所述路由增益器电源电路与路由增益器电池连接。吊装现场范围300m内可设置两个路由增益器。

本发明的各部件单元相互采用无线网络连接实现数据和指令的传输。平衡监测器的非水平安装可以现场通过操作移动监视终端快速标定；路由增益器、平衡监测器和移动监视终端采用锂电池供电；无线网路具有无需人工干预的快速动态自入网、自组网和路由特点；路由增益器灵活机动入网实现绕过通信屏障、增大通信距离或优化数据传输路径等功能；满足现场连续实时高精度数值量化采集的要求。

与现有技术相比，本发明的优点包括：

1）本发明设计科学，改变传统“目测+水平仪”吊装作业方法，司机室控制台仪表盘即可连续实时显示吊装平衡角实测值；

2）平衡监测器、总控器及路由增益器采用结构统一、加载功能软件不同的设计方案复用性强、使量产成本低，现场应用布置更灵活；

3）部件单元数量弹性可调的组网方式能广泛适应各种应用现场；

4）量化的实测值数据降低了起对重机操作员技能要求，扩大起重机操作执业人员的范围降低技能培训开销，装置使用培训成本低；

5）能大幅度减少传统多点布控指挥的人员数量，其统一一致的量化观测数据能明显缩短工时提高施工速度和效率，经济效益显著；

6）灵活动态的警示门限值设定能降低起重机构设计安全负荷容量，缓解大马拉小车问题；

7）本发明体积轻小，制造成本低，安全可靠性高，装卸方便，能普遍适用于各类平衡吊装作业，能显著提高起重作业效率并减少辅助人员数量和作业量。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为图1中平衡监测器的结构示意图；

图3为图1中总控器的结构示意图；

图4为图1中移动监视终端的结构示意图；

图5为图1中路由增益器的结构示意图；

图6为本发明的工作流程图；

图7为本发明应用于风力发电机安装用起重机上的示意图。

图中：1.平衡监测器，1-1.传感器，1-2.平衡监测器MCU，1-3.平衡监测器电源电路，1-4.平衡监测器天线，1-5.平衡监测器电池，1-6.平衡监测器通信口，2.总控器，2-1.总控器MCU，2-2.总控器电源电路，2-3.总控器天线，2-4.总控器通信口，3.移动监视终端，3-1.移动监视终端MCU，3-2.移动监视终端电源电路，3-3.移动监视终端电池，3-4.移动监视终端天线，3-5.移动监视终端通信口，3-6.键盘，3-7.显示屏，4.路由增益器，4-1.路由增益器MCU，4-2.路由增益器电源电路，4-3.路由增益器电池，4-4.路由增益器天线，4-5.路由增益器通信口，5.无线网络，6.起重设备控制系统。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示，本发明一种吊件吊装姿态调平无线监测系统，包括安装在吊件上的平衡监测器1以及安装在吊车司机室舱外，并通过通信总线与起重设备控制系统E连接的总控器2、设置在吊装现场、与平衡监测器1处于同一无线网络5中的移动监视终端3和安装于吊装现场的路由增益器4。

如图2所示，平衡监测器1包括传感器1-1、平衡监测器MCU1-2，平衡监测器电源电路1-3、平衡监测器天线1-4、平衡监测器电池1-5和平衡监测器通信口1-6，传感器1-1通过I²C总线与平衡监测器MCU1-2连接，平衡监测器MCU1-2分别与平衡监测器电源电路1-3和平衡监测器天线1-4连接，平衡监测器MCU1-2还通过异步串行通信UART与平衡监测器通信口1-6连接，平衡监测器电源电路1-3与平衡监测器电池1-5连接。

如图3所示，总控器2包括总控器MCU2-1、总控器电源电路2-2、总控器天线2-3和总控器通信口2-4，总控器MCU2-1分别与总控器电源电路2-2和总控器天线2-3连接，并通过异步串行通信UART与总控器通信口2-4连接。起重设备控制系统6与总控器通信口2-4用通信缆线相连，该缆线可提供24V直流电源，并操作总控器2的启动和停止。

根据现场需要操作设置移动监视终端3。如图4所示，移动监视终端3包括移动监视终端MCU3-1、移动监视终端电源电路3-2、移动监视终端电池3-3、移动监视终端天线3-4、移动监视终端通信口3-5，以及键盘3-6和显示屏3-7，移动监视终端MCU3-1通过I²C总线与键盘3-6和显示屏3-7连接，移动监视终端MCU3-1分别与移动监视终端电源电路3-2和移动监视终端天线3-4连接，并通过异步串行通信UART与移动监视终端通信口3-5连接，移动监视终端电源电路3-2与移动监视终端电池3-3连接。

路由增益器4为可选组件，适用于无线通信距离过大和存在无线通信阻隔环境下，在其接入无线网络后，无线数据传输自动选取最优传输路径。如图5所示，路由增益器4包括路由增益器MCU4-1、路由增益器电源电路4-2、路由增益器电池4-3、路由增益器天线4-4和路由增益器通信口4-5，路由增益器MCU4-1分别与路由增益器电源电路4-2、路由增益器天线4-4连接，并通过异步串行通信UART与路由增益器通信口4-5连接，路由增益器电源电路4-2与路由增益器电池4-3连接。

平衡监测器1、移动监视终端3、路由增益器4均采用电池供电，总控器2采用24V工业控制直流电源供电；上述各组件工作电源均为3.3V。电源电路可采用电池管理型或DC/DC降压型，分别对应采用电池供电和外部直流电源供电的电源电路。

平衡监测器1用于采集吊件平衡角度值，并根据吊件平衡角度值计算出平衡角矫算值，并将平衡角矫算值通过无线网络5传送给总控器2。吊件平衡角度值为具备吊件的三轴角度分量的角度值。两个或两个以上的平衡检测器1共存时，总控器2计算平衡角矫算值的均值，总控器2将平衡角矫算值（或其均值）分发到移动监视终端3和起重设备控制系统E。移动监视终端3可以为一个或者多个，用于通过无线网络5从总控器2接收平衡角矫算值，对平衡角矫算值进行标定，即对当前平衡角矫算值进行校准，校准完成后向总控器2发出角度标定指令。总控器2接收来自起重设备控制系统E和移动监视终端3操作指令，包括部件单元的休眠、退出、允许接入、角度标定等操作指令，总控器2核准指令有效后转发给需要被操作的部件单元；平衡检测器1接收到角度标定指令后完成由自身非水平安装引入的初始角度偏转量的标定修正，即按照角度标定指令的角度重新补偿计算平衡角矫算值。路由增益器4可以为一个或者多个，用于提高无线网络的数据传输效率。

如图6所示，本发明的操作流程为：分别安装好平衡监测器1、总控器2、移动监视终端3、路由增益器4；开启总控器2，总控器2上电初始化软件建立无线网络和通信总线，完成后等待平衡监测器1、移动监视终端3、路由增益器4组件单元接入无线网络；平衡监测器1完成上电启动和接入系统无线网络5；循环完成以下过程：平衡监测器1初始化传感器1-1→采集传感器1-1动态数据→数据滤波→四元数计算→变算平衡角矫算值→平衡监测器1通过无线网络5向总控器2传输平衡角矫算值→总控器2将平衡角矫算值通过无线网络5分发给移动监视终端3→移动监视终端3对平衡角值进行标定→移动监视终端3通过总控器2向平衡监测器1发送角度标定指令→平衡监测器1接收角度标定指令→平衡监测器1补偿计算平衡角矫算值→平衡监测器1将重新计算的平衡角矫算值通过无线网络5向总控器2传输→总控器2将平衡角矫算值分发给移动监视终端3和起重设备控制系统E以及其他外部设备→一个数据传输周期完成。针对平衡角矫算值的吊件平衡角的三轴分量分别设定上下警示门限值，为各吊点的吊重承载机构的控制系统提供了载荷分配数据计算依据，总控器2接收的平衡角矫算值不在警示门限值范围内时，总控器2向各部件单元分发平衡角矫算值时同时发出警告标记。移动监视终端3接收并显示到总控器2转发而来平衡角矫算值；总控器2记录历史操作数据。根据现场需要操作移动监视终端3对平衡角值进行标定，移动监视终端3向总控器2发送角度标定指令，该指令由经许可转发至平衡监测器1，平衡监测器1完成标定后回复成功标记信息给总控器2，总控器2回复移动监视终端3角度标定过程完毕。

如图7所示，采用本发明吊件吊装姿态调平无线监测系统进行海上风力发电机组专用吊具的安装，其步骤如下：

吊具B吊装吊件A按选取的安装三轴角度放置到承台C上，吊臂F变幅和钢丝绳G变长操作过程会使吊具B发生摇摆、倾斜和偏转，本发明监测吊具B的吊件平衡角度值来进行及时调整吊装操作；

1、确保平衡监测器1、总控器2、移动监视终端3、路由增益器4的电源状况，电能不足时应通过平衡监测器通信口1-6、总控器通信口2-4、移动监视终端通信口3-5或路由增益器通信口4-4充电。

2、确保无线通信视距小于300m，无强电磁干扰，将若干路由增益器4安装于临时安装体上，以防止无线信号阻隔和衰减造成的平衡监测器1与总控器2间的通信不畅；

3、两个平衡监测器1左右对称安装到吊具B上，现场安全员分别通过两个移动监视终端3观测吊件A平衡角度值；唯一且必须的总控器2安装在起重机的司机室D顶部外侧，并通过总线与设置在司机室D内部的起重设备控制系统E连接；安装在吊臂F中部的路由增益器4实现系统内各部件单元根据无线网络5中无线信号阻隔和通信增程需求与总控器2间接连接的功能。

4、平衡监测器1、移动监视终端3、路由增益器4初始为休眠状态，每隔3分钟自动唤醒搜索总控器2直至建立无线数据连接；

5、现场安全员操作移动监视终端3发出操作指令，包括进行吊件A的平衡角度值标定指令和基本工作参数修订的指令；

6、系统进入自主监测工作；总控器2将两个平衡监测器1的两路监测数据均值计算后分发到移动监视终端3和起重设备控制系统6；

7、拆除总控器2通信口处通信缆线，总控器2停机；平衡监测器1、若干路由移动监视终端3、增益器4自动进入休眠状态，并周期自唤醒搜索总控器2；

8、拆卸平衡监测器1、路由增益器4，回收移动监视终端3完成系统脱离起重设备。

Claims (9)

1.一种吊件吊装姿态调平无线监测系统，包括安装在吊件上的至少一个平衡监测器(1)以及安装在吊车司机室舱外，并通过通信总线与起重设备控制系统(E)连接的总控器(2)，其特征在于：

平衡监测器(1)：用于采集吊件平衡角度值，并根据所述吊件平衡角度值计算出平衡角矫算值，并将所述平衡角矫算值通过无线网络(5)传送给总控器(2)；

总控器(2)：用于建立无线网络(5)和将所述平衡角矫算值传送给起重设备控制系统(E)；

还包括设置在吊装现场，并与所述平衡监测器(1)处于同一无线网络(5)中的移动监视终端(3)，所述移动监视终端(3)用于通过无线网络(5)从总控器(2)接收平衡角矫算值，对平衡角矫算值进行标定，并向所述总控器(2)发出角度标定指令，所述总控器(2)对角度标定指令进行指令核准后，将核准许可的角度标定指令通过无线网络(5)发送给平衡监测器(1)，所述平衡监测器(1)根据核准许可的角度标定指令重新计算平衡角矫算值。

2.根据权利要求1所述的吊件吊装姿态调平无线监测系统，其特征在于：还包括安装于吊装现场的路由增益器(4)，所述路由增益器(4)用于提高无线网络的数据传输效率。

3.根据权利要求1所述的吊件吊装姿态调平无线监测系统，其特征在于：所述吊件平衡角度值为具备吊件的三轴角度分量的角度值。

4.根据权利要求1所述的吊件吊装姿态调平无线监测系统，其特征在于：所述平衡监测器(1)包括传感器(1-1)、平衡监测器MCU(1-2)，平衡监测器电源电路(1-3)、平衡监测器天线(1-4)、平衡监测器电池(1-5)和平衡监测器通信口(1-6)，所述传感器(1-1)通过I²C总线与平衡监测器MCU(1-2)连接，所述平衡监测器MCU(1-2)分别与平衡监测器电源电路(1-3)和平衡监测器天线(1-4)连接，所述平衡监测器MCU(1-2)还通过异步串行通信UART与平衡监测器通信口(1-6)连接，所述平衡监测器电源电路(1-3)与平衡监测器电池(1-5)连接。

5.根据权利要求1所述的吊件吊装姿态调平无线监测系统，其特征在于：所述总控器(2)包括总控器MCU(2-1)、总控器电源电路(2-2)、总控器天线(2-3)和总控器通信口(2-4)，所述总控器MCU(2-1)分别与总控器电源电路(2-2)和总控器天线(2-3)连接，并通过异步串行通信UART与总控器通信口(2-4)连接。

6.根据权利要求1所述的吊件吊装姿态调平无线监测系统，其特征在于：所述移动监视终端(3)包括移动监视终端MCU(3-1)、移动监视终端电源电路(3-2)、移动监视终端电池(3-3)、移动监视终端天线(3-4)、移动监视终端通信口(3-5)，以及键盘(3-6)和显示屏(3-7)，所述移动监视终端MCU(3-1)通过I²C总线与键盘(3-6)和显示屏(3-7)连接，所述移动监视终端MCU(3-1)分别与移动监视终端电源电路(3-2)和移动监视终端天线(3-4)连接，并通过异步串行通信UART与移动监视终端通信口(3-5)连接，所述移动监视终端电源电路(3-2)与移动监视终端电池(3-3)连接。

7.根据权利要求2所述的吊件吊装姿态调平无线监测系统，其特征在于：所述移动监视终端(3)至少为两个。

8.根据权利要求2所述的吊件吊装姿态调平无线监测系统，其特征在于：所述路由增益器(4)包括路由增益器MCU(4-1)、路由增益器电源电路(4-2)、路由增益器电池(4-3)、路由增益器天线(4-4)和路由增益器通信口(4-5)，所述路由增益器MCU(4-1)分别与路由增益器电源电路(4-2)、路由增益器天线(4-4)连接，并通过异步串行通信UART与路由增益器通信口(4-5)连接，所述路由增益器电源电路(4-2)与路由增益器电池(4-3)连接。

9.根据权利要求2所述的吊件吊装姿态调平无线监测系统，其特征在于：所述路由增益器(4)至少为两个。