CN103848363A - 起重重型机械设备安全监控系统 - Google Patents

Abstract

起重重型机械设备安全监测系统，包括与处理主机及继电器控制模块相连的重量检测模块、幅度检测模块、高度检测模块、角度检测模块、风速检测模块，处理主机与继电器控制模块相连；处理主机包括处理单元、输入模块、显示模块、存储模块、无线通讯模块、时钟模块及分布式网络组建模块，处理单元与输入模块、显示模块、存储模块相连，处理单元与无线通讯模块、时钟模块及分布式网络组建模块相连；处理单元通过近距离无线通信模块与各检测模块连接；处理主机通过GPRS通信模块与远程监控机连接；分布式网络组建模块可输入本机在自建坐标系内的坐标位置，设置自己的坐标点位置。本发明稳定性高、抗干扰能力好。

Description

起重重型机械设备安全监控系统

技术领域

本发明属于实时监控系统技术领域，尤其涉及一种用于如塔吊、龙门吊等起重重型机械设备的基于无线自组网络的嵌入式实时作业监控系统。

背景技术

塔吊式起重机简称塔基，亦称塔吊，目前广泛应用于工业生产、建筑施工等技术领域中，尤其在高层建筑的施工过程中，塔吊起着至关重要的作用。塔吊通常分为上回转塔吊和下回转塔吊两大类，其中前者的承载力要高于后者，在许多的施工现场可以常见到的就是上回转式上顶升加节接高的塔机。塔吊按能否移动又可分为移动式和固定式，固定式塔机塔身固定不转，安装在整块混凝土基础上，或装设在条形式X形混凝土基础上，在房屋的施工中一般采用的是固定式的；移动式塔吊的塔身固定于行走底架上，可在专设的轨道或地面上运行。

塔吊群交叉作业作为当代建筑行业广泛采用的一种施工形式，它的可靠性与高效性直接影响了施工现场人员的人身安全与整个项目的工期进度。据国内有关部门统计资料表明，塔吊的事故率达2.77％，其中很多是由塔吊撞上障碍物或者塔吊间的碰撞引起的，对热敏的生命财产安全构成了重大威胁，有效降低安全事故，创造平安的作业环境，大力推广塔机安全监控信息技术成为时代的必然要求。

目前，国内也研制开发了多种塔吊安全保护装置，如起重量超载限制器、起重力矩限制器、幅度限位器、风速报警装置、防碰撞装置及起升高度限位器等，将上述限位器安装在塔吊上，通过采集塔吊运行时的各物理参数对塔吊运行状态进行控制，但这些保护装置均是当塔吊运行到极限状态或是超载时，简单地自动切断各种运行机构电源使其停止工作，功能单一、灵敏度低，可靠性和适应性较差，不具备完善的监督功能。如法国SMIE公司研制的AC30塔吊监控系统，其采用的是PLC技术，处理速度不高，集成化程度低、人机交互性差，监控容量小，而且各项设备数量多、安装复杂，导致成本较高。此外，随着建筑塔吊应用越来越多，建筑物也越来越密集，塔吊布设密度越来越大，塔吊监控数据的传输容易相互干扰，建筑物的遮挡也会对数据传输造成影响，塔吊之间的碰撞以及塔吊与周边建筑物碰撞的频率也随之增高，随时都可能有事故发生。

为了便于建筑施工工程公司、工程监理部门、安全监理部门、施工安检人员等能够监视到塔吊的实时运行状态，需要设计一种基于无线网络通信的、数据处理能力强、抗干扰能力强的塔吊安全监控系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种信号干扰小、稳定性高的起重重型机械设备安全监控系统。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

一种起重重型机械设备安全监测系统，包括通过通信接口模块与处理主机及继电器控制模块相连的重量检测模块、幅度检测模块、高度检测模块、角度检测模块、风速检测模块，处理主机通过系统总线与继电器控制模块相连；继电器控制模块与作业设备电气系统的控制器相连，重量检测模块、幅度检测模块、高度检测模块、角度检测模块、风速检测模块、继电器控制模块、处理主机均与电源模块相连接；处理主机设置于作业设备上，其包括处理单元、输入模块、显示模块、存储模块、无线通讯模块、时钟模块及分布式网络组建模块，处理单元通过串行通信接口模块与输入模块、显示模块、存储模块相连，处理单元通过系统总线与无线通讯模块、时钟模块及分布式网络组建模块相连；其中，无线通讯模块包括近距离无线通信模块和GPRS通信模块，处理单元通过近距离无线通信模块分别与重量检测模块、幅度检测模块、高度检测模块、角度检测模块、风速检测模块连接；处理主机通过GPRS通信模块与远程监控机连接；分布式网络组建模块可输入本机在自建坐标系内的坐标位置，设置自己的坐标点位置。

本发明的处理单元为数字信号处理器dsp式微控制器。

本发明在所述电源模块的变压器进线端设置有电源滤波器。

本发明在所述电源模块的电源线端与地线端加接去藕电容。

由上述技术方案可知，本发明是基于传感器技术、嵌入式技术，数据采集技术、数据处理技术、无线传感网络与远程通信技术相融合的系统平台，通过近距离无线通信模块使前端监控装置和处理主机无缝融合，实现了开放式的实时作业监控，在对起重重型机械设备实现现场安全监控的同时，通过远程高速无线数据传输，将起重重型机械设备运行工况安全数据和报警信息无线实时发送到远程GIS可视化监控平台，并能在报警时自动触发手机短信向相关人员告知，从而实现实时的动态远程监控、远程报警，使得起重重型机械设备安全监控成为开放的实时动态监控。

附图说明

图1为本发明一个实施例的结构原理框图。

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

具体实施方式

以下以在塔吊上的应用为例，对本发明的起重重型机械设备安全监控系统进行说明，本发明的安全监控系统也可以应用于其它如龙门吊等大型起重机械上。如图1所示，本发明的起重重型机械设备安全监控系统包括起重量检测模块1、幅度检测模块2、高度检测模块3、角度检测模块4、风速检测模块5、继电器控制模块6、处理主机7、远程监控机8以及为各设备提供电力的电源模块9。其中，起重量检测模块1包括重力传感器10及与重力传感器10连接的重力A/D转换器11，用于对塔吊悬臂的承载力进行实时检测；幅度检测模块2包括幅度传感器20及与幅度传感器10连接的幅度A/D转换器21，用于对塔吊悬臂的方位进行实时检测；高度检测模块3包括高度传感器30及与高度传感器30连接的高度A/D转换器31，用于对塔吊悬臂的提升高度进行实时检测；角度检测模块4包括角度传感器40及与高度传感器40连接的角度A/D转换器41，用于对塔吊悬臂的旋转角度进行实时检测；风速检测模块5包括速度传感器50及与速度传感器50连接的速度A/D转换器51，用于检测塔吊悬臂位置的实时风速。各传感器不间断地采集塔吊的数据信息，对应的A/D转换器将各传感器测得的数据转换成电压值输出。

起重量检测模块1、幅度检测模块2、高度检测模块3、角度检测模块4、风速检测模块5分别通过通信接口模块与处理主机7相连，本发明的处理主机7包括处理单元70、输入模块71、显示模块72、存储模块73、无线通讯模块74、时钟模块75、分布式网络组建模块76。处理主机7设置于每台作业塔吊上。为了抑制噪声干扰，本发明处理主机7的外壳采用屏蔽接地。本发明的无线通讯模块74包括近距离无线通信模块74-1和GPRS通信模块74-2。近距离无线通信模块74-1用于近距离通信，处理单元70通过近距离无线通信模块74-1与各检测模块相连，从而获得各检测模块测得的数据，各检测模块将塔吊的实时信息传输给处理主机7，并接受处理主机7返回的数据。处理主机7通过GPRS通信模块74-2与远程监控机8进行数据交互，远程监控机8可以对预警、报警阀值参数进行读取设置，并显示系统内塔吊的位置、实时运行状态。远程监控机8的数据库完整存储塔机运行安全的全部历史数据，可根据需要进行各种综合查询。

本发明的处理单元70采用的是数字信号处理器dsp式微控制器，用于对数据进行处理和运送以及整机的逻辑运行控制。处理单元70通过串行通信接口模块与输入模块71及显示模块72相连，输入模块71为键盘，显示模块72为触摸液晶显示屏。时钟模块75通过系统总线与处理单元70相连，可以在显示模块72的系统界面上显示，参数保存时可以加时间戳。

处理单元70通过系统总线与分布式网络组建模块76连接，每一处理主机7的分布式网络组建模块76可输入本机在自建坐标系内的坐标位置，设置自己的坐标点位置。任意一台具备CAN报文收发能力的处理主机7均可并入塔吊群的分布式网络中。分布式网络组建模块76通过GPS模块使监控终端可精确获取塔机所处位置，实现各监控终端将塔机工作参数、状态信息和位置信息等发送到远程监控机8，远程监控机8将获得的每台塔吊的运行状态信息，按照塔吊群运行时相互避免碰撞的算法和安全运行算法，经过运算获得相关结果，然后，仍然通过将结果回传给每台塔吊的处理主机7，控制塔吊群的安全报警和运行控制，远程监控机8还可以将这些信息存入数据库，从而可以将任何所属塔机的任何可能的危险情况记录并提示给区域管理员，消除了现场与管理部门之间的沟通障碍，实现对塔吊机群信息的远程监管，杜绝了事故隐患的瞒报、漏报现象，并能变被动为主动，针对具体情况实时做出分析判断，提高了工作效率。

本发明通过分布式网络组建模块76使塔吊群的形成分布式网络后，塔吊之间的防碰撞计算是在整个建筑工地的笛卡尔绝对坐标系下进行的，而塔吊塔臂上各点的坐标是以其塔基所在点为极点、以各塔吊转角的零位所在直线为极轴、塔吊转角为极角、各点到塔基的距离为极径的极坐标，塔吊在该绝对坐标系中的位置、塔臂上小车所在位置可以用坐标表示。修正时是在工地上任选一塔吊为基准塔吊，以其塔基坐标和转角值为基准确定整个施工现场笛卡尔坐标系所在位置，然后用基准塔吊标定出与其相关的其他塔吊的塔基坐标和零位偏角。塔吊的静态信息修正后，远程监控机8的塔吊静态参数数据库即被更新，并同时发送给各塔吊的处理主机7，其后的防碰撞计算中，各塔吊的位置坐标、角度都将统一为同一基准，这样大大降低了由于数据误差带来的防碰撞计算误差，进而降低了控制误差。

处理单元70通过系统总线与继电器控制模块6连接，继电器控制模块6同时通过CAN系统总线与各检测模块相连。继电器对塔吊电气系统的控制器相连，用户可对继电器控制模块6设置继电器的报警阀值（百分比）和预警阀值（百分比），并将设定的参数通过处理单元70向存储模块73进行存储。存储，根据用户设定的重量、角度、幅度、高度等阀值，控制继电器的闭合状态，继电器默认为常闭状态，当达到阀值时断开，从而使塔吊停止工作。

本发明的起重重型机械设备安全监控系统为了降低干扰，在电源变压器的进线端设置了电源滤波器，电源滤波器采用的是一阶无源低通滤波器。由此解决了当电源接通或断开电感负载时，产生的瞬变噪声电压影响塔吊控制系统正常工作的问题。

起重重型机械设备安全监控系统中，数字电路信号电平转换时会产生很大的冲击电流，并在传输线和共同电源内阻上产生较大压降，形成严重的干扰，因线路板的噪声容限很低，这种干扰很容易导致数字电路误动作，而且数字电路开关动作时也会产生瞬变电流，在电源内阻和公共阻抗作用下，产生开关噪声，使电源电压发生振荡。为了抑制这些干扰，本发明在控制系统的各个集成电路上配置去藕电容，同时在逻辑器外的电源线端与地线端加接去藕电容。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种起重重型机械设备安全监测系统，包括通过通信接口模块与处理主机及继电器控制模块相连的重量检测模块、幅度检测模块、高度检测模块、角度检测模块、风速检测模块，所述处理主机通过系统总线与继电器控制模块相连；所述继电器控制模块与作业设备电气系统的控制器相连，所述重量检测模块、幅度检测模块、高度检测模块、角度检测模块、风速检测模块、继电器控制模块、处理主机均与电源模块相连接；

其特征在于：

所述处理主机设置于作业设备上，其包括处理单元、输入模块、显示模块、存储模块、无线通讯模块、时钟模块及分布式网络组建模块，所述处理单元通过串行通信接口模块与所述输入模块、显示模块、存储模块相连所述处理单元通过系统总线与无线通讯模块、时钟模块及分布式网络组建模块相连；

其中，所述无线通讯模块包括近距离无线通信模块和GPRS通信模块，所述处理单元通过所述近距离无线通信模块分别与所述重量检测模块、幅度检测模块、高度检测模块、角度检测模块、风速检测模块连接；所述处理主机通过所述GPRS通信模块与远程监控机连接；

所述分布式网络组建模块用于输入本机在自建坐标系内的坐标位置，设置自己的坐标点位置。

2.根据权利要求1所述的起重重型机械设备安全监测系统，其特征在于：所述处理单元为数字信号处理器dsp式微控制器。

3.根据权利要求1所述的起重重型机械设备安全监测系统，其特征在于：在所述电源模块的变压器进线端设置有电源滤波器。

4.根据权利要求3所述的起重重型机械设备安全监测系统，其特征在于：在所述电源模块的电源线端与地线端加接去藕电容。

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