CN104229632A - 一种门式起重机安全健康监测系统 - Google Patents

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CN104229632A CN201410317603.4A CN201410317603A CN104229632A CN 104229632 A CN104229632 A CN 104229632A CN 201410317603 A CN201410317603 A CN 201410317603A CN 104229632 A CN104229632 A CN 104229632A
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陈红艳
张一辉
朱龙彪
袁桂芳
许兵
李淑娟
陈洪良
王发贤
姜武
顾建平
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Nantong University
Special Equipment Safety Supervision Inspection Institute of Jiangsu Province Nantong Branch
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Nantong University
Special Equipment Safety Supervision Inspection Institute of Jiangsu Province Nantong Branch
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Abstract

为了防止起重机使用过程中各种事故的发生，本发明提供一种门式起重机安全健康监测系统，包括人机界面、应变传感器、应变传感器节点、应变传感器网关、视频摄像头、多通道切换控制模块、路由器、网桥、高增益天线、中央计算机。本系统能实时监测起重机的运行状态参数及安全健康状况，能及时发现异常情况，进行改正或维修，避免事故的发生，有效地提高起重机的健康与安全。另外，本系统还可以实现特检人员、起重机管理者、厂家等的远程监测，防止司机的违规操作，大大降低维护成本，节约人力资源。

Description

一种门式起重机安全健康监测系统
技术领域
本发明涉及一种监测系统，尤其涉及一种门式起重机安全健康监测系统。
技术背景
起重机械一直以来被誉为托起国民经济的臂膀，进入21世纪以来，随着我国基础设施建设的迅猛发展和国民经济传统工业的整体复苏，我国的起重机械行业也迅速发展壮大，截至目前为止，我国起重机械的保有量和制造量均居世界第一位，起重机械已从原始意义上的物料搬运机械转变为我国国民经济持续快速发展的重要装备之一，被广泛应用于冶金工业、电力工业、机械制造业、交通运输业、建筑业、商业和农业等国民经济各部门及人们日常生活中。
由于工业生产规模的不断扩大，生产效率日益提高，促使起重机的需求量不断上涨，要求也越来越高，起重机正向大型化、高速化、自动化的方向发展，同时也对它的安全性能提出了越来越高的要求，根据近几年国家质检总局事故统计结果，在各类特种设备事故中，起重机械事故比例是最高的，而且起重机械一旦发生事故通常是重大、特大事故，起重机械的事故多发不仅严重威胁着我国的安全生产形势，更严重威胁着人民的生命财产安全。因此，起重机安全健康状况受到了越来越高的重视，进行起重机安全健康监测势在必行。
发明内容
    为了防止起重机使用过程中各种事故的发生，本发明提供一种门式起重机安全健康监测系统，包括人机界面、应变传感器、应变传感器节点、应变传感器网关、视频摄像头、多通道切换控制模块、路由器、网桥、高增益天线、中央计算机；所述人机界面安装在起重机司机室；应变传感器安装在起重机的危险点处；视频摄像头安装在起重机上可以监测起重机作业危险区域的位置；摄像头输出与多通道切换控制模块相连，多通道切换控制模块与人机界面相连；路由器与人机界面及中央计算机相连；网桥与路由器相连；高增益天线安装在每台起重机及中央监控室外；应变传感器通过CAN总线或ZIGBEE无线与应变传感器节点相连；应变传感器节点通过CAN总线或ZIGBEE无线与应变传感器网关相连；应变传感器网关与人机界面相连。
进一步的，人机界面主要完成中央计算机、起重机PLC及传感器网关的通信，显示所有的模拟量及开关量信号，实现故障报警，完成视频监测等功能，选择GP-3650T触摸屏。
进一步的，应变传感器选用日本共和Kxw-5-120-g10-11型焊接式电阻应变片。
进一步的，应变传感器节点为CSG401型CAN总线应变传感器节点或SG404型ZIGBEE无线应变传感器节点，由采集处理模块、CAN/ZIGBEE收发模块组成，每个应变传感器节点有4个通道，每个通道内置有独立的高精度120 桥路电阻和放大调理电路，可由软件自动切换选择1/4桥、半桥、全桥测量方式，采集数据实时传输至 传感器网关。
进一步的，应变传感器网关为BS909或BS909-CAN型应变传感器网关，所述应变传感器网关将应变传感器节点采集到的数据上传给人机界面，其内置GPRS无线通讯模块，也可通过外网将数据发送到远程终端机上。
进一步的，视频摄像头选用QH-SD6980-HN型工业级远距离红外高速云台可变焦距摄像头，其图像传感器为1/3″SONY CCD，变焦率为18倍光学变倍，红外照射距离大于100m，信号制式为NTSC/PAL，采用IP66、 4000V防雷、防浪涌和防突波保护，符合GB/T17626.5  4级标准， 0°～360°水平连续旋转和垂直方向-2°～90°自动翻转180°后连续监视。
进一步的，门式起重机安全健康监测系统共采用4个视频摄像头完成监测任务。
    进一步的，还包括多通道切换控制模块；所述多通道切换控制模块采用STC89C52单片机控制实现4个视频摄像头的视频图像通道的切换。
本发明的有益效果在于：
（1）能实时监测起重机的运行状态参数及安全健康状况，能及时发现异常情况，进行改正或维修，避免事故的发生，有效地提高起重机的健康与安全。同时，本系统还可以实现特检人员、起重机管理者、厂家等的远程监测，防止司机的违规操作，大大降低维护成本，节约人力资源。
（2）人机界面所选用的GP-3650T触摸屏除具有基本的通信功能外，还支持多种通信协议，具有足够的处理速度、足够的画面数据存储及足够的显示方式。
（3）采用CSG401型CAN总线应变传感器节点传输速率高且传输距离远，每个节点4个通道的设置便于位置相近的电阻应变片传感器连接到一个节点上，节省节点个数，降低整个监测系统费用。
（4）BS909网关将应变传感器节点采集到的数据上传给人机界面，具有数据透明传输和数据缓存的特性。
（5）安装4个QH-SD6980-HN型工业级远距离红外高速云台可变焦距摄像头，可以取消操作人员的视野盲区，降低操作人员的操作难度。
附图说明
 图1为本发明结构示意图；
 图2为本发明视频图像通道切换控制模块原理框图。
具体实施方式
 起重设备的安全健康性是当今相关工程领域所密切关注的研究课题。本发明研发了完备的门式起重机安全健康监测系统，不仅可以同时监测门座式起重机的安全与健康性能，保障起重机安全有效运行，更能提升起重机的安全管理和维修养护的水平，具有广泛的应用前景和社会经济效益。
 如图1所示，门式起重机安全健康监测系统以司机室内配置的人机界面为上位机，实时显示起重机的运行状态安全状况及结构健康状况，对故障及危险状况进行报警。结构健康监测部分是由应变传感器、应变传感器节点和传感器网关组成。应变传感器用来感受起重机结构的受力情况并将应变信息转换成电信号传送至应变传感器节点；应变传感器节点是结构健康监测的数据采集与传输部分，传感器数据采集后由内部的数据发送模块发送至传感器网关；传感器网关是结构健康监测的数据传输部分，网关内有数据接收模块，接收到各传感器节点发送的数据后将数据发送至触摸屏。运行状态监测部分主要监测起重机的运行状态参数及起重机作业区域的视频图像，按照GB 6067.1及相关标准的要求，绝大部分门式起重机已安装起重机械安全保护装置，这些保护装置能实时监测门式起重机的起重量、变幅幅度、旋转角度等运行参数，这些数据被传送至起重机的可编程控制器中， PLC通过扩展模块与变频器通讯，可获知门式起重机各个机构电机的电流、电压等参数值，运行状态监测只需完成PLC与触摸屏的通讯并从PLC中读出数据即可。
如图2所示，视频图像通过在起重机上配置摄像头来采集施工现场危险区域及司机视野盲区的实时动态图像，一般配置多个摄像头以监测吊钩、吊钩周围、各门腿等区域，摄像头与触摸屏的信号采用有线传输。本地安全健康监测系统所获取的起重机信息可以通过有线或无线网络传输至远程监控中心，设备管理部门、特检机构等可以远程获知起重机的运行及安全健康状况。
 本系统通过人机界面与起重机的PLC控制系统相连，采集PLC的所有实时状态数据，实现对起重机比较全面的运行状态安全监测；通过人机界面与传感器网关相连，采集各个危险点的应变数据，监测起重机的健康状况；通过人机界面与摄像头相连，观察起重机附近的环境状况，取消操作人员的视野盲区，降低操作人员的操作难度。
 以上显示和描述了本发明的基本原理和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效物界定。

Claims (8)

1.一种门式起重机安全健康监测系统，其特征在于：包括人机界面、应变传感器、应变传感器节点、应变传感器网关、视频摄像头、多通道切换控制模块、路由器、网桥、高增益天线、中央计算机；所述人机界面安装在起重机司机室；应变传感器安装在起重机的危险点处；视频摄像头安装在起重机上可以监测起重机作业危险区域的位置；摄像头输出与多通道切换控制模块相连，多通道切换控制模块与人机界面相连；路由器与人机界面及中央计算机相连；网桥与路由器相连；高增益天线安装在每台起重机及中央监控室外；应变传感器通过CAN总线或ZIGBEE无线与应变传感器节点相连；应变传感器节点通过CAN总线或ZIGBEE无线与应变传感器网关相连；应变传感器网关与人机界面相连。
2.根据权利要求1所述的一种门式起重机安全健康监测系统，其特征在于：所述人机界面主要完成中央计算机、起重机PLC及传感器网关的通信，显示所有的模拟量及开关量信号，实现故障报警，完成视频监测等功能，选择GP-3650T触摸屏。
3.根据权利要求1所述的一种门式起重机安全健康监测系统，其特征在于：所述应变传感器选用日本共和Kxw-5-120-g10-11型焊接式电阻应变片。
4.根据权利要求1所述的一种门式起重机安全健康监测系统，其特征在于：所述应变传感器节点为CSG401型CAN总线应变传感器节点或SG404型ZIGBEE无线应变传感器节点，由采集处理模块、CAN/ZIGBEE收发模块组成，每个应变传感器节点有4个通道，每个通道内置有独立的高精度120 桥路电阻和放大调理电路，可由软件自动切换选择1/4桥、半桥、全桥测量方式，采集数据实时传输至 传感器网关。
5.根据权利要求1所述的一种门式起重机安全健康监测系统，其特征在于：所述应变传感器网关为BS909或BS909-CAN型应变传感器网关，所述应变传感器网关将应变传感器节点采集到的数据上传给人机界面，其内置GPRS无线通讯模块，也可通过外网将数据发送到远程终端机上。
6.根据权利要求1所述的一种门式起重机安全健康监测系统，其特征在于：所述视频摄像头选用QH-SD6980-HN型工业级远距离红外高速云台可变焦距摄像头，其图像传感器为1/3″SONY CCD，变焦率为18倍光学变倍，红外照射距离大于100m，信号制式为NTSC/PAL，采用IP66、 4000V防雷、防浪涌和防突波保护，符合GB/T17626.5  4级标准， 0°～360°水平连续旋转和垂直方向-2°～90°自动翻转180°后连续监视。
7.根据权利要求1所述的一种门式起重机安全健康监测系统，其特征在于：所述门式起重机安全健康监测系统共采用4个视频摄像头完成监测任务。
8.根据权利要求1所述的一种门式起重机安全健康监测系统，其特征在于：还包括多通道切换控制模块；所述多通道切换控制模块采用STC89C52单片机控制实现4个视频摄像头的视频图像通道的切换。
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