CN104003304A - 具有能效监测功能的起重机安全监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于起重机技术领域，提供了具有能效监测功能的起重机安全监测装置，包括：信息采集系统、信息处理系统和支撑平台；信息处理系统嵌入在信息采集系统内部，包括：操作系统、中间件层和应用层；操作系统和中间件层，采用实时操作系统，用于支持工作人员的实时操作和记录功能；应用层，用于处理各通道信号的检测、采集、记录，实现远程数据传输，能效指标计算，作业人员管理、固件更新的功能；支撑平台，与信息采集系统内相连接，用于接收和存储远程传输的数据。本发明具有安全监控、能效监控，对作业人员信息进行采集，实时显示工作情况，明确起重机安全事故发生的原因和责任，提高了起重机信息化水平的优点。

Description

具有能效监测功能的起重机安全监测装置

技术领域

本发明属于起重机技术领域，特别涉及一种具有能效监测功能的起重机安全监测装置。

背景技术

起重机广泛用于各行各业的物料搬运中，在国民经济建设中有十分重要的作用。起重机械是特种设备的重要组成部分，占全部8大类特种设备的比例超过22％，能源年消耗量超过365亿千瓦时，产品质量和安全生产关系到人民的生命安全，现有的起重机能耗大，浪费能源，能源利用效率直接关系到节能减排的国家大计。

现有起重机安全监控管理系统主要面向大型起重机，电气控制采用变频调速和可编程控制器，安全监控管理系统基于工业控制计算机，自动化、信息化程度高，造价高，且和该起重机是密切相关的，不易广泛使用。

大量通用桥门式起重机，结构型式和应用场合各异，使用频繁，耗能大，通常采用联动台操作，通过主令控制器控制主钩、副钩、大车、小车的运行。起重机的零位保护、门限位开关、大小车限位、线路过载、短路、断路、过流保护均采用继电器控制方式，信息化程度低，使用过程中各种事故时有发生，造成生命与财产损失，迫切需要一种安全监控提高起重机的本质安全，提高能源使用效率。

现有的安全管理系统极少将作业人员信息管理作为起重机安全管理的重要因素加以考虑，同时也缺乏起重机作业中的能效的评价。

因此，起重机技术领域急需一种能够进行安全监控、能效监控，对作业人员信息进行采集，实时显示工作情况，明确起重机安全事故发生的原因和责任，提高了起重机信息化水平的具有能效监测功能的起重机安全监测装置。

发明内容

本发明提供了具有能效监测功能的起重机安全监测装置，技术方案如下：

具有能效监测功能的起重机安全监测装置，其特征在于，包括：信息采集系统、信息处理系统和支撑平台；

信息采集系统包括：主控制器、总线扩展器、电平转换器、串行通讯接口、实时时钟、RFID读写器、称重传感器、触摸屏、限位开关检测装置、安全联锁检测装置、起升高度检测装置、能效检测装置、电流互感器；并且主控制器与总线扩展器、串行通讯接口、实时时钟、触摸屏、电平转换器、支撑平台相连接，电平转换器与限位开关检测装置、安全联锁检测装置相连接，串行通讯接口，与RFID读写器、称重传感器、起升高度检测装置、能效检测装置相连接，电流互感器与能效检测装置相连接。

信息处理系统，嵌入在主控制器内部，包括：操作系统、中间件层和应用层；

操作系统和中间件层，采用实时操作系统，用于支持工作人员的实时操作和记录功能；

应用层，用于处理各通道信号的检测、采集、记录，实现远程数据传输，能效指标计算，作业人员管理、固件更新的功能；

支撑平台，与所述信息采集系统内的主控制器相连接，用于接收和存储远程传输的数据，并且分析起重机安全事故发生的原因和责任。

如上所述的具有能效监测功能的起重机安全监测装置，其中，主控制器为微控制器芯片ARM9。

如上所述的具有能效监测功能的起重机安全监测装置，其中，起升高度检测装置为脉冲编码器。

如上所述的具有能效监测功能的起重机安全监测装置，其中，操作系统为Windows CE6.0实时操作系统。

如上所述的具有能效监测功能的起重机安全监测装置，其中，操作系统和中间件层包括：实时操作系统、数据库系统、网络协议支持和驱动模块。

本发明的有益效果：

1、本发明增加了RFID读卡器，当工作人员上岗时，需要配带存有工作人员名字、年龄以及是否符合此种工作等信息的RFID标签，当工作人员处在提升、降低重物的合理工作范围内，RFID读卡器读取RFID标签的内容，自动采集起重机操作的输入功率、交接班时间、工作时间、操作人员等信息，同时能够读取出工作人员是否具有操作资格，操作是否规范等信息，并将其存储在操作系统的数据库系统内，一旦发现工作人员不具备操作资格，可以立即要求停止操作，或者进行相关处理，要求其经过培训、考试等手段合格后再进行操作，或者进行开除处理等，都使起重机的操作更加规范、安全，提高了安全系数，降低了事故发生的概率，更加安全、可靠。

2、本发明的支撑平台与主控制器相连接，当发生事故时，工作人员能够对支撑平台进行操作，通过无线等远程数据传输装置调取主控制器的数据库系统内的数据，通过核准其记录的起重机操作的交接班时间、工作时间、操作人员、有效能、超载时的重量、超载事件代码和时间、状态数据等信息，判定事故发生原因，追究其相关责任人，进行处罚，对操作人员和其操作过程起到了监督的作用，同时具有更好的可追溯性，更加高效、安全、可靠。

3、本发明增加了能效检测装置，能够更好的对能耗进行检测，避免能源的浪费，同时能效检测装置测得的能耗量在操作系统的数据库系统内进行存储，通过操作支撑平台可以查询数据库系统内的每次起重机完成工作所消耗的能量，与数据库系统内存储内预先设置好的合理的能量消耗值进行比对，一旦超出上限，即造成了浪费，可以通过追究相关人员的责任，进行处罚和教育，避免再次造成浪费，对工作人员起到了监督的作用。

4、本发明的主控制器采用微控制器芯片ARM9，操作系统采用Windows CE6.0实时操作系统，数据库系统采用SQLite，将操作系统嵌入到主控制器内，使其主频400M，具有64MB系统内存，128M闪存，系统内存用于存储应用程序和数据，与总线扩展器和多路串行通信接口相连接，用本实施方式代替目前基于工控机的安全监控系统，既大大的减小了体积和功耗，同时将成本降低至基于工控机的安全监控系统的1/5。

5、本发明增加了总线扩展器，使其与主控制器相连接，扩展了数据通道，能够与更多的设备相连接，具有更加广泛的适用性。

6、本发明增加了实时时钟，起到了对起重机进行实时监控的作用，为后期的责任认定等提供方便，使本发明的可追溯性更强。

7、本发明增加了触摸屏，工作人员可以通过触摸屏对起重机进行操作，同时主控制器采集到的人员信息、载荷重量、高度信息等实时显示在触摸屏上，对工作人员起到指导和提示作用，更加直观，便于操作。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明：

图1是本发明具有能效监测功能的起重机安全监测装置的结构示意图。

图2是本发明信息采集系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明技术实现的措施、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

图1是本发明具有能效监测功能的起重机安全监测装置的结构示意图。

如图1所示，具有能效监测功能的起重机安全监测装置，包括：具有能效监测功能的起重机安全监测装置，其特征在于，包括：信息采集系统1、信息处理系统2和支撑平台3；

图2是本发明信息采集系统的结构示意图。

如图2所示，信息采集系统1包括：主控制器101、串行通讯接口102、总线扩展器103、触摸屏104、实时时钟105、RFID读写器106、电流互感器107、称重传感器108、起升高度检测装置109、能效检测装置110、电平转换器111、限位开关检测装置112、安全联锁检测装置113；并且主控制器101与串行通讯接口102、总线扩展器103、触摸屏104、实时时钟105、电平转换器111、支撑平台3相连接，电平转换器111与限位开关检测装置112、安全联锁检测装置113相连接，串行通讯接口102，与RFID读写器106、称重传感器108、起升高度检测装置109、能效检测装置110相连接，电流互感器107和能效检测装置110连接。

信息处理系统2，嵌入在主控制器101内部，包括：操作系统与中间件层201、应用层202；

操作系统和中间件层201，包括：实时操作系统、数据库系统、网络协议支持和驱动模块；

采用实时操作系统，用于支持工作人员的实时操作和记录功能；

应用层，用于处理各通道信号的检测、采集、记录，实现远程数据传输，能效指标计算，作业人员管理、固件更新的功能；

支撑平台，用于接收和存储远程传输的数据，并且分析起重机安全事故发生的原因和责任。

本实施方式中，主控制器采用微控制器芯片ARM9，操作系统采用Windows CE6.0实时操作系统，数据库系统采用SQLite，将操作系统嵌入到主控制器内，使其主频400M，具有64MB系统内存，128M闪存，系统内存用于存储应用程序和数据，与总线扩展器和多路串行通信接口相连接，用本实施方式代替目前基于工控机的安全监控系统，既大大的减小了体积和功耗，同时将成本降低至基于工控机的安全监控系统的1/5。

主控制器采用控制器芯片ARM9，由于控制器芯片本身具有多个管脚，通过操作系统设置不同的管脚分别具有不同功能，使其与多个串行通讯接口相连接，串行通讯接口随之具有不同的功能，进而使多个串行通讯接口分别形成作业人员检测通道、起升高度检测通道、称重传感检测通道、电压电流检测通道、能效检测通道、时钟检测通道；当串行接口不够用时，将总线扩展器与主控制器相连接，使总线控制器形成限位开关检测通道、安全联锁检测通道等，然后将实时时钟、RFID读写器、称重传感器、触摸屏、限位开关检测装置、安全联锁检测装置、起升高度检测装置、能效检测装置、电流互感器、电平转换器分别与对应通道的串行接口或者总线扩展器相连接。

本发明开始工作时，通过电流互感器将输入电流转换成标准0～5A电流后，提供给能效检测装置110电流，再接入主控器的电流通道上，电压则接入到电压通道内，主控制器采集电压、电流信号，同时对其进行计算，将计算出的输入功率保存至操作系统的数据库系统内。

本发明工作时，通过限位开关检测转置和安全联锁检测装置等开关量信号接入相应的检测通道，通过电平转换器将其电压进行转换，以使其满足主控制器的需要，主控制器内的Windows CE6.0实时操作系统每隔100ms定时检测各通道的状态信号，一旦发现状态信号发生改变，则表明发生了相应的事件，主控制器自动将时间代码和事件发生的时间保存至操作系统的数据库系统内。

将重物刚挂好后，与称重传感通道相连接的称重传感器每隔500ms定时发送载荷数据至主控制器，称重数据包括主钩和副钩的载荷，Windows CE6.0实时操作系统获取到载荷大小和作用时间后，将其保存至操作系统的数据库系统内，同时与数据库系统内存储的预先设定好的额定载荷相比较，如果发生超载，则将超载时的重量、超载事件代码和时间保存至操作系统的数据库内。

重物刚挂好后，开始提升或者降低重物时，本发明的起升高度检测装置采用脉冲编码器，并且将其安装在起升卷筒上，用于采集起升或下降作业过程中的运行距离。脉冲编码器通过起升高度检测通道与主控制器相连接，主控制器内的Windows CE6.0实时操作系统每隔500ms定时采集起升高度至系统主控制器内，主控制器根据采集的本次作业的开始时间、结束时间、载荷大小和起升高度计算本次作业的有效能并保存至操作系统的数据库系统内，实时记录起重机工作情况。

工作人员上岗时，需要配带存有工作人员名字、年龄以及是否符合此种工作等信息的RFID标签，当工作人员处在提升、降低重物的合理工作范围内，RFID读卡器读取RFID标签的内容，自动采集起重机操作的输入功率、交接班时间、工作时间、操作人员等信息，同时能够读取出工作人员是否具有操作资格，操作是否规范等信息，并将其存储在操作系统的数据库系统内，一旦发现工作人员不具备操作资格，可以立即要求停止操作，或者进行相关处理，要求其经过培训、考试等手段合格后再进行操作，或者进行开除处理等，都使起重机的操作更加规范、安全，提高了安全系数，降低了事故发生的概率，更加安全、可靠。

当发生事故时，工作人员能够对支撑平台进行操作，通过无线等远程数据传输装置调取数据库系统内的数据，通过核准其记录的起重机操作的交接班时间、工作时间、操作人员、有效能、超载时的重量、超载事件代码和时间、状态数据等信息，判定事故发生原因，追究其相关责任人，进行处罚，对操作人员和其操作过程起到了监督的作用，同时具有更好的可追溯性，更加高效、安全、可靠。

本发明增加了能效检测装置，能够更好的对能耗进行检测，避免能源的浪费，同时能效检测装置测得的能耗量在操作系统的数据库系统内进行存储，通过操作支撑平台可以查询数据库系统内的每次起重机完成工作所消耗的能量，与数据库系统内存储内预先设置好的合理的能量消耗值进行比对，一旦超出上限，即造成了浪费，可以通过追究相关人员的责任，进行处罚和教育，避免再次造成浪费，对工作人员起到了监督的作用。

本发明增加了总线扩展器，使其与主控制器相连接，扩展了数据通道，能够与更多的设备相连接，具有更加广泛的适用性。

本发明增加了实时时钟，起到了对起重机进行实时监控的作用，为后期的责任认定等提供方便，使本发明的可追溯性更强。

本发明增加了触摸屏，工作人员可以通过触摸屏对起重机进行操作，同时主控制器采集到的人员信息、重物重量、高度信息等实时显示在触摸屏上，对工作人员起到指导和提示作用，更加直观，便于操作。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (5)

1.具有能效监测功能的起重机安全监测装置，其特征在于，包括：信息采集系统、信息处理系统和支撑平台； 

所述信息采集系统包括：主控制器、总线扩展器、电平转换器、串行通讯接口、实时时钟、RFID读写器、称重传感器、触摸屏、限位开关检测装置、安全联锁检测装置、起升高度检测装置、能效检测装置、电流互感器；并且所述主控制器与总线扩展器、串行通讯接口、实时时钟、触摸屏、电平转换器、支撑平台相连接，所述电平转换器与限位开关检测装置、安全联锁检测装置相连接，所述串行通讯接口，与RFID读写器、称重传感器、起升高度检测装置、能效检测装置相连接，所述电流互感器与能效检测装置相连接；

所述信息处理系统，嵌入在主控制器内部，包括：操作系统、中间件层和应用层；

所述操作系统和中间件层，采用实时操作系统，用于支持工作人员的实时操作和记录功能；

所述应用层，用于处理各通道信号的检测、采集、记录，实现远程数据传输，能效指标计算，作业人员管理、固件更新的功能；

所述支撑平台，与所述信息采集系统内的主控制器相连接，用于接收和存储远程传输的数据，并且分析起重机安全事故发生的原因和责任。

2.根据权利要求1所述的具有能效监测功能的起重机安全监测装置，其特征在于，所述主控制器为微控制器芯片ARM9。

3.根据权利要求1所述的具有能效监测功能的起重机安全监测装置，其特征在于，所述起升高度检测装置为脉冲编码器。

4.根据权利要求1所述的具有能效监测功能的起重机安全监测装置，其特征在于，所述操作系统为Windows CE 6.0实时操作系统。

5.根据权利要求1所述的具有能效监测功能的起重机安全监测装置，其特征在于，所述操作系统和中间件层包括：实时操作系统、数据库系统、网络协议支持和驱动模块。