CN104030177A - 基于高速工业数据总线的塔机工作参数远端数字采样装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于高速工业数据总线的塔机工作参数远端数字采样装置，包括远程监控平台、各种传感器和变换器、塔机主控单元、显示屏和电源，其中各传感器分别与各自的变换器连接；各变换器的输出端均挂接于485总线上，通过485总线与塔机主控单元连接；塔机主控单元通过GPRS传输网将其获得的信号发送到远程监控平台，塔机主控单元还通过线缆与显示屏连接；电源给各模块供电。本发明安装调试简便，测量精度高。
Description
技术领域
本发明属于塔机安全监测领域，具体是一种基于高速工业数据总线的塔机工作参数远端数字采样装置。
背景技术
近年来，塔机以其高效率的垂直运输能力，在建筑行业得到大量应用。国内建筑工地的塔机约70万台，并以每年3万台的数量增加，重庆地区拥有1万多台塔机，有较大的保有量和制造能力。但各类塔机运行安全事故频发，占工地重特大安全事故的30%，造成了巨大的安全隐患和生命财产损失。为避免此类事故的发生，塔机安全监控系统应运而生，塔吊安全监控系统相对于常规的塔吊安全检测，大量应用了传感器，此类系统可实时采集塔吊的载重、变幅、高度、风速等重要信息，并将采集到的传感器数据传输至微处理器，进一步对塔吊承受力矩进行分析，对危险动作进行预判，提供声光报警信息，提醒驾驶员及时调整动作，避免事故发生。但现有的塔机安全监控系统安装调试繁琐，现场布线复杂，测量精度差。
发明内容
本发明的目的是提供一种安装简便，运行稳定可靠的塔机运行参数远程数字采集装置。
为了实现上述目的本发明采用如下技术方案：基于高速工业数据总线的塔机工作参数远端数字采样装置，包括远程监控平台、风速传感器、风速变换器、重量传感器、重量变换器、转角传感器、转角变换器、高度传感器、高度变换器、变幅传感器、变幅变换器、塔机主控单元、显示屏和电源，其中所述风速传感器的信号输出端与风速变换器的输入端连接，重量传感器的信号输出端与重量变换器的输入端连接，转角传感器的信号输出端与转角变换器的输入端连接，高度传感器的信号输出端与高度变换器的输入端连接，变幅传感器的信号输出端与变幅变换器的输入端连接；各变换器模块对原始传感器模拟信号进行前端转换,将传感器模拟信号变换为数字信号,然后通过485工业总线进行数字信号的传输,供后续处理器处理。即风速变换器的输出端、重量变换器的输出端、转角变换器的输出端、高度变换器的输出端和变幅变换器的输出端均挂接于485总线上，通过485总线与塔机主控单元连接；塔机主控单元通过GPRS网络传输模块将其获得的信号发送到远程监控平台，塔机主控单元还通过线缆与显示屏连接；电源给各模块供电。
具体地，上述风速变换器、重量变换器、转角变换器、高度变换器和变幅变换器每个变换器都是由信号变换电路、A/D转换电路和单片机构成的，其中信号变换电路接收传感器采集的模拟信号，经A/D转换电路进行模数转换后，输入单片机。
为了更好地实施本发明，塔机主控单元和显示屏安装于塔机的驾驶舱内。
本发明能达到的有益技术效果是：本装置安装调试方便，可实时采集塔机的运行参数，对塔机的危险动作进行预判，及时以声光形式提醒驾驶员对危险动作进行规避，可很好的避免塔机安全事故的发生，有效的保护了施工现场工人的生命和财产安全，起到积极的社会效益和经济效益。采用485总线进行数据的传输，可以大大减少现场的布线复杂度，从而使安装简单。远程监控中心对采集装置上传的塔机运行参数数据进行历史存储，可供事后查询和分析，为相关安全监管机构提供可靠的数据支持。
附图说明
本发明的装置可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明。
图1为本发明的系统原理框图；
图2为本发明中转换器的原理框图；
图3为本发明中传感器转换器的电路图；
图4为本发明中塔机主控单元电路图；
图中：1.1-风速传感器；1.2-风速变换器；2.1-重量传感器；2.2-重量变换器；3.1-转角传感器；3.2-转角变换器；4.1-高度传感器；4.2-高度变换器；5.1-变幅传感器；5.2-变幅变换器；6-塔机主控单元；7-显示屏；8-电源；9-远程监控平台；11-信号变换电路；12-A/D转换电路；13-单片机。
具体实施方式
参见图1，基于高速工业数据总线的塔机工作参数远端数字采样装置，包括远程监控平台9，风速传感器1.1、风速变换器1.2、重量传感器2.1、重量变换器2.2、转角传感器3.1、转角变换器3.2、高度传感器4.1、高度变换器4.2、变幅传感器5.1、变幅变换器5.2、塔机主控单元6、显示屏7和电源8，其中所述风速传感器1.1的信号输出端与风速变换器1.2的输入端连接，重量传感器2.1的信号输出端与重量变换器2.2的输入端连接，转角传感器3.1的信号输出端与转角变换器3.2的输入端连接，高度传感器4.1的信号输出端与高度变换器4.2的输入端连接，变幅传感器5.1的信号输出端与变幅变换器5.2的输入端连接；风速变换器1.2的输出端、重量变换器2.2的输出端、转角变换器3.2的输出端、高度变换器4.2的输出端和变幅变换器5.2的输出端均挂接于485总线上，通过485总线与塔机主控单元6连接；塔机主控单元6通过GPRS传输网将其获得的信号发送到远程监控平台9，塔机主控单元6还通过线缆与显示屏7连接；电源8（采用芯片为LP3876-ADJ和/或NCV1117ST33T3G）给各模块供电。
风速变换器1.2、重量变换器2.2、转角变换器3.2、高度变换器4.2和变幅变换器5.2每个变换器都是由信号变换电路11、A/D转换电路12和单片机13构成的，参见图2，信号变换电路11接收各传感器采集的信号，经A/D转换电路12进行模数转换后，输入单片机13。
参见图3，传感器信号输入仪表放大器INA126（即信号变换电路11），经放大后接入串行A\D转换器CS5511，转换为串行数字信号，单片机STC12LE5604AD对串行数字信号采集，经处理后得到对应的被测量参数，单片机将串行数字信号转变为具体的被测量数据。将具体被测量参数通过串口，经TTL转485 MAX3485ESA转换为485信号，最终通过485总线传输至塔机主控单元6。
各个传感器采用的信号如下：重力销轴传感器YHLX、变幅行程传感器TZLX、高度行程传感器TZLX、风速三杯式风速传感器、转角行程传感器TZLX，各个传感器采集模块的数据经485总线传输至塔机主控单元6（参见图4），经485转TTL MAX3485ESA转换为TTL信号，然后接入塔机主控单元核心处理器LPC2387的串口，处理器LPC2387对各个传感器模块的数据进行处理，并通过串口控制GPRS模块（NEO-M590）以TCP协议将数据传输至远程监控平台9。塔机主控单元6还对数据分析做出危险预判和报警，通过串口控制语音模块和显示屏7向操作人员进行警示，避免危险发生。
本装置中主控单元的具体工作控制过程如下：
1.上电后主控单元依次对485工业总线上挂载的重力变换器、高度变换器、变幅变换器、转角变换器、风速变换器进行轮询，采集各变换器采集到的数字信号，并控制屏幕实时显示采集到的信息，同时通过GPRS网络模块以TCP协议链接远程监控中心，将采集到的信息实时上传。
2.主控单元对采集到的重量信号进行分析，如果超出塔机额定载重的90%/100%，主控单元控制语音模块发出预警/报警声音，提醒驾驶员注意，同时控制屏幕进行载重预警/报警显示。
3.主控单元对采集到的塔机小车高度信号进行分析，如果小于2m/1m，主控单元控制语音模块发出预警/报警声音，提醒驾驶员注意，同时控制屏幕进行高度预警/报警显示。
4.主控单元对采集到的转角信号进行分析，如果小于-540°或大于540°，主控单元控制语音模块发出预警/报警声音，提醒驾驶员注意，同时控制屏幕进行转角预警/报警显示。
5.主控单元对采集到的风速信号进行分析，如果超出15m/s，主控单元控制语音模块发出报警声音，提醒驾驶员注意，同时控制屏幕进行风速警显示。
6.主控单元对采集到的塔机小车变幅信号进行分析，如果距离额定变幅小于2m/1m，主控单元控制语音模块发出预警/报警声音，提醒驾驶员注意，同时控制屏幕进行变幅预警/报警显示。
7.主控单元根据采集到的重量信号和变幅信号进行计算得出力矩信息，如果超出塔机额定力矩的90%/100%，主控单元控制语音模块发出预警/报警声音，提醒驾驶员注意，同时控制屏幕进行力矩预警/报警显示。
每次的预警报警信息主控单元都通过GPRS网络模块以TCP协议实时传输至远程监控中心。
Claims (3)
1. 基于高速工业数据总线的塔机工作参数远端数字采样装置，包括远程监控平台（9），其特征在于：还包括风速传感器（1.1）、风速变换器（1.2）、重量传感器（2.1）、重量变换器（2.2）、转角传感器（3.1）、转角变换器（3.2）、高度传感器（4.1）、高度变换器（4.2）、变幅传感器（5.1）、变幅变换器（5.2）、塔机主控单元（6）、显示屏（7）和电源（8），其中所述风速传感器（1.1）的信号输出端与风速变换器（1.2）的输入端连接，重量传感器（2.1）的信号输出端与重量变换器（2.2）的输入端连接，转角传感器（3.1）的信号输出端与转角变换器（3.2）的输入端连接，高度传感器（4.1）的信号输出端与高度变换器（4.2）的输入端连接，变幅传感器（5.1）的信号输出端与变幅变换器（5.2）的输入端连接；风速变换器（1.2）的输出端、重量变换器（2.2）的输出端、转角变换器（3.2）的输出端、高度变换器（4.2）的输出端和变幅变换器（5.2）的输出端均挂接于485总线上，通过485总线与塔机主控单元（6）连接；塔机主控单元（6）通过GPRS传输网将其获得的信号发送到远程监控平台（9），塔机主控单元（6）还通过线缆与显示屏（7）连接；电源（8）给各模块供电。
2.根据权利要求1所述基于高速工业数据总线的塔机工作参数远端数字采样装置，其特征在于：所述风速变换器（1.2）、重量变换器（2.2）、转角变换器（3.2）、高度变换器（4.2）和变幅变换器（5.2）每个变换器都是由信号变换电路（11）、A/D转换电路（12）和单片机（13）构成的，其中信号变换电路（11）接收传感器采集的信号，经A/D转换电路（12）进行模数转换后，输入单片机（13）。
3.根据权利要求1或2所述基于高速工业数据总线的塔机工作参数远端数字采样装置，其特征在于：所述塔机主控单元（6）和显示屏（7）安装于塔机的驾驶舱内。
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