CN104326360A - 门座式起重机全息检测方法和安全监控平台 - Google Patents

门座式起重机全息检测方法和安全监控平台 Download PDF

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Abstract

一种门座式起重机全息检测方法和安全监控平台，全息检测方法分为定量检测项目和定性检测项目。安全监控平台，包括远程终端1、互联网2、网关3、现场工业以太网4和多个现场传感网5，所述现场传感网5包括现场仪表6和传感器组7。本发明可以对起重机进行全面的在线监控检测，大大地减轻检测人员的劳动强度、节约人力、提高工作效率。对于设备使用和管理人员，能够实时了解机械设备当前的运行状况，同时也可以进行远程的实时监控，方便了及时发现问题并采取相应的措施，避免事故的发生。设备的生产厂家也可以及时了解到设备运行中出现的问题，为设备的改进提供理论依据。

Description

门座式起重机全息检测方法和安全监控平台
技术领域
本发明涉及起重机安全监控领域，尤其是一种门座式起重机全息检测方法和安全监控平台。
背景技术
起重机传统的定期巡检方式通过现场安装传感器的方式，按照检测的规则和流程，测量一段时间，得到一部份样本数据，从而判断设备的可靠性，并不能实时的了解起重机在现场实际作业中的运行状况，这种检测方法日益不能满足人们的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种门座式起重机全息检测方法和安全监控平台。
为解决上述技术问题，本发明提供一种门座式起重机全息检测方法和安全监控平台。全息检测方法主要分为定量检测和定性检测两个方面，定量检测即是对设备运动状态各物理参数进行数量检测，定性检测即是对设备运动的性质状态进行检测，而不对其进行具体的数量检测。定量检测项目包括起重量的检测，幅度的检测，同一或不同一轨道运行机构安全距离检测，工作时间检测，润滑油温度检测，风速检测，环境因素检测；定性检测项目包括起升/下降限位检测，起升制动器安全限位检测，回转角度限位检测，供电电缆卷筒安全限位检测。
所述定量检测项目具体检测方法如下：
(1)起重量测量即是绳子拉力的测量，在起升机构的卷筒轴端安装一个绝对式编码器测量起重钢丝绳的实际长度L；将加速度传感器固结在钢丝绳上测量钢丝绳的自振频率fn，n为钢丝绳自振频率的阶数，fn为第n阶自振频率，最后将测得的自振频率fn和钢丝绳实际长度L结合已知的钢丝绳线密度ρ和修正系数β输入到工业平板电脑中计算出起重机的起重量Q。
(2)幅度的检测，在回转臂架的铰支点销轴端安装角度传感器，通过联杆摆动输出电压信号传递给仪表，测量出臂梁的回转角度，同时臂梁的长度已知，可计算出其中幅度。对于动力驱动的动臂变幅的起重机，液压变幅除外，在臂架俯仰行程的极限位置处，设置臂架低位置和高位置的幅度限位器；具有变幅机构的起重机，设置幅度指示器或臂架俯仰指示器。
(3)同一或不同一轨道运行机构安全距离检测，在门式起重机臂部和底座部位分别安装雷达及激光复合位置感应装置的两个模块，两个模块分别为雷达主判定模块以及激光主判定模块，雷达主判定模块收集的数据传给ZigBee传输单元A，激光主判定模块收集的数据传给ZigBee传输单元B，A、B ZigBee传输单元与预定位装置连接，预定位装置将定位信息传送给防撞决断装置，当门座式起重机即将超越预定位位置时，防撞决断装置触发报警器报警。
(4)工作时间检测，检测每次工作循环时间，即起重机从起吊一个物品起，到开始起吊下一个物品止，包括起重机运行及正常的停歇在内，整个完整过程所运行时间。依据传感器监测钢丝绳张力的阶跃性变化的时间计算每次工作循环时间。
(5)润滑油温度检测，通过温度传感器检测减速箱内润滑油的温度，数字信号处理模块处理温度传感器传递过来的信号，分析出润滑油温度升高的原因，再将分析后的信号传递给保护装置，保护装置开始工作，对起重机进行保护。
(6)风速检测，通过风速仪实时检测和显示工作现场的风速，当超过规定值时，检测器发出报警。
所述定性检测采用限位器或限制器监测起重机工作时各机构的安全行程或安全尺寸，当将超过安全行程或安全尺寸时，警报器发出报警信号。
安全监控平台，包括远程终端、互联网、网关、现场工业以太网和多个现场传感网，所述现场传感网包括现场仪表和传感器组。传感器组包括多个传感器，各个传感器分别对定量检测和定性检测的项目进行数据检测，所述传感器组通过Modbus/RS485网络和现场仪表相连，现场仪表可对传感器组中各传感器的检测数据按照优先集的顺序依次实时采集，所述现场传感网将采集数据进行预处理并打包，然后经由工业以太网、网关、互联网传至远程终端，远程终端的监控平台可对现场仪表上的数据进行实时监控、分析、存储和报警。
所述传感器组中的每个传感器与现场仪表以现场总线的方式相连，现场传感网的物理层采用RS485。所述现场仪表采用工业平板电脑或嵌入式工控计算机。
所述工业以太网的通信协议为Modbus/TCP，Modbus/TCP通信协议物理层和数据链路层是基于以太网标准协议，网络层和传输层采用TCP/IP协议，应用层都采用Modbus应用层报文传输协议，所述多个现场仪表以及网关之间通过工业以太网相连，并依据GB/T 19582.3-2008将Modbus在TCP/IP上实现。
所述定性检测的实时数据的优先级高于定量检测的实时数据。
本发明的有益效果为：可以对起重机进行全面的在线监控检测，大大地减轻检测人员的劳动强度、节约人力、提高工作效率。对于设备使用和管理人员，能够实时了解机械设备当前的运行状况，同时也可以进行远程的实时监控，方便了及时发现问题并采取相应的措施，避免事故的发生。设备的生产厂家也可以及时了解到设备运行中出现的问题，为设备的改进提供理论依据。
附图说明
图1是本发明的安全监控平台的结构图。
图2是本发明的安全监控平台现场传感网的示意图。
图3是本发明的采用Modbus/TCP总线的传感网的示意图。
图4是本发明的起重量检测系统示意图。
图5是本发明的防碰撞整体结构示意图。
图6是本发明的起重机温度检测的信号传递示意图。
图7是本发明的起升制动器整体结构示意图。
具体实施方式
门座式起重机全息检测方法主要分为定量检测和定性检测两个方面，定量检测项目包括起重量的检测，幅度的检测，同一或不同一轨道运行机构安全距离检测，工作时间检测，润滑油温度检测，风速检测，环境因素检测；定性检测项目包括起升/下降限位检测，起升制动器安全限位检测，回转角度限位检测，供电电缆卷筒安全限位检测。
如图4所示，起重量的测量即是绳子拉力的测量。在起重机起升机构的卷筒轴端安装一个绝对式编码器，通过绝对式编码器检测卷筒的所转过的绝对角度，测量出钢丝绳的长度，并以Modbus总线的方式传送给工业平板电脑；将加速度传感器固结在钢丝绳上，采用脉动法检测振动信号并对信号进行放大、A/D转换为数字信号；DSP数字信号处理器对加速度传感器采集到的数字信号进行去噪、频谱分析、测得钢丝绳的各阶自振频率fn，并将数据通过Zigbee无线方式传输、经由Zigbee无线接受模块和Zigbee无线接受模块传输给工业平板电脑；在工业平板电脑中输入设置钢丝绳线密度ρ和修正系数β，并结合实时采集到的自振频率fn和钢丝绳实际长度L计算出、显示、存储起重机的起重量Q，同时自动将检测到的实时起重量与起重机的最大起重量QMax进行比较，判断是否超载，若超载工业平板电脑发出警报信号，并存储警报事件。所述起重机起重量的计算公式如下：
T = 4 βρ L 2 ( f n 2 2 - f n 1 2 n 2 2 - n 1 2 )
如图5所示，同一或不同一轨道运行机构安全距离检测。在门式起重机臂部和底座部位分别安装雷达及激光复合位置感应装置的两个模块，两个模块分别为雷达主判定模块以及激光主判定模块，雷达主判定模块收集的数据传给ZigBee传输单元A，激光主判定模块收集的数据传给ZigBee传输单元B，A、B ZigBee传输单元与预定位装置连接，预定位装置将定位信息传送给防撞决断装置，当门座式起重机即将超越预定位位置时，防撞决断装置触发报警器报警。在门座式起重机即将作业之前，先通过雷达及激光复合位置感应装置采集起重机各个方向的位置信息，安装在起重臂雷达主模块主要采集不同轨道上其他起重机的起重臂位置，安装在门座式起重底座部的激光主模块通过发散的激光采集同一轨道上门式起重机底座位置以及不同轨道上门式起重机底座位置，然后雷达主模块将位置信号发送给ZigBee传输单元A端，激光主模块将位置信号发送给ZigBee传输单元B端，然后ZigBee传输单元将复合信号发送给预定位单元，预定位单元经过通过对位置信号的处理计算出实时的安全作业区，接着该时刻的安全作业区信息发送给防撞决断装置，当门座式起重机即将超越预定位位置时，防撞决断装置发警报给报警器，报警器响起，门座式起重机停止同轨道移动或是起重臂旋转运动。
如图6所示，润滑油温度检测。安装在减速箱中的温度传感器将所测的润滑油温度通过模/数转换器传递给数字信号处理模块，如果数字信号处理模块分析润滑油温度升高的原因是因为起重机疲劳工作引起的，则立即向降温装置发出信号，降温装置工作，当润滑油温度回到安全温度范围内后，温度传感器发出安全信号，降温装置停止工作；如果数字信号处理模块分析润滑油温度升高的原因是因为起重机过载所引起的，则立即向继电器发出信号，继电器接收到信号后断开电流，电机停止工作，减速箱停止运转。
如图7所示，起升制动器安全限位检测。在制动材料内埋有制动材料磨损检测器，当制动材料达到磨损的危险位置时，材料磨损检测器与制动盘发生接触，此时材料磨损检测器发出一个信号给单片机采集模块，单片机采集模块以中断的形式接受信号，并向现场仪表发送报警信号，操作者根据现场仪表发送的报警信号更换制动材料，从而防止了由于材料的过度磨损导致制动器失灵而发生的安全事故。
如图1-3所示，门座式起重机安全监控平台，包括远程终端1、互联网2、网关3、现场工业以太网4和多个现场传感网5，所述现场传感网5包括现场仪表6和传感器组7。传感器组7包括四个传感器，四个传感器分别对起重量、同一或不同一轨道运行机构安全距离、润滑油温度、起升制动器安全限位进行数据检测，所述传感器组7通过Modbus/RS485网络和现场仪表6相连，现场仪表6可对传感器组7中的四个传感器的检测数据按照优先集顺序依次实时采集，所述现场传感网5将采集数据进行预处理并打包，然后经由工业以太网4、网关3、互联网2传至远程终端1，远程终端1的监控平台可对现场仪表6上的数据进行实时监控、分析、存储和报警。
所述传感器组7中的每个传感器与现场仪表6以现场总线的方式相连，现场传感网5依照国家标准GB/T 1958.2-2008《基于Modbus协议的工业自动化网络规范第2部分：Modbus协议在串行链路上的实现指南》进行搭建，现场传感网5的物理层采用RS485。所述现场仪表6采用工业平板电脑或嵌入式工控计算机。
所述工业以太网4的通信协议为Modbus/TCP，Modbus/TCP通信协议物理层和数据链路层是基于以太网标准协议，网络层和传输层采用TCP/IP协议，应用层都采用Modbus应用层报文传输协议，具体实施细节依照国家GB/T19582.3-2008《基于Modbus协议的工业自动化网络规范第3部分：Modbus协议在TCP/IP上的实现指南》；所述多个现场仪表6以及网关3之间通过工业以太网4相连，并依据GB/T 19582.3-2008将Modbus在TCP/IP上实现。
监控过程：
如图3所示，现场仪表4将Modbus/RS485子网中传感器组5中的四个传感器所检测的数据按照优先集依次实时采集，在Modbus/TCP网中将数据传递给网关2，并经由网关2和Internet网上传至远程终端1。
元件选择：
现场人机交互设备即现场仪表6采用工业平板电脑，具体配置如下：
a)品牌：华南智能工控
b)型号：HNPPC-1211 12.1"LCD寸铝合金工业平板电脑
特点：HNPPC-1211是一款低功耗的工业平板电脑。面板采用铝合金拉丝工艺，美观大方、性能稳定、功能强大等特点使它成为接近无噪音工作环境和无尘室应用的当然之选。
产品规格：
CPU IntelIvy Bridge平台赛扬双核1.8GHZ
内存   2GB DDR3SDRAM 最大支持8G
芯片组   NM70MOBILE chipset
显示核心   HD Graphics (Sandy Bridge)支持Directx 11
硬盘     32G固态盘2.5寸可选配
显示屏 12.1寸TFT LCD
分辨率  800X600
触摸屏   电阻式触摸屏
COM口 4个RS-232
USB口  个USB2.0
以太网   Realtek RTL8111EL PCI-E Gigabit Ethernet LAN
I/O接口 2个VGA、4个USB、1个HDMI、1个12V输入
2个RJ45、4个RS-232、1个5.1音频(2孔)、1个开关
工作环境      工作温度-20℃～70℃
储存温度 0℃～60℃
c)整机尺寸：(324*258*64)mm
安装尺寸：(304*236*58)mm
安装方式  支架安装、嵌入式安装、壁挂式安装
供电方式   适配器输入12V 5A
注：可预订宽压输入、可选用续航电池供电
工业平板电脑装Windows XP系统，开发交互界面时，可直接在Visual Studio2010平台上采用C/C++语言进行开发，无需移植。
尽管本发明就优选实施方式进行了示意和描述，但本领域的技术人员应当理解，只要不超出本发明的权利要求所限定的范围，可以对本发明进行各种变化和修改。

Claims (7)

1.一种门座式起重机全息检测方法，其特征在于：全息检测方法分为定量检测项目和定性检测项目，定量检测项目包括起重量的检测、幅度的检测、同一或不同一轨道运行机构安全距离检测、工作时间检测、润滑油温度检测、风速检测、环境因素检测；定性检测项目包括起升/下降限位检测、起升制动器安全限位检测、回转角度限位检测、供电电缆卷筒安全限位检测。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，定量检测项目具体检测方法如下：
(1)起重量测量即是绳子拉力的测量，在起升机构的卷筒轴端安装一个绝对式编码器测量起重钢丝绳的实际长度L；将加速度传感器固结在钢丝绳上测量钢丝绳的自振频率fn，n为钢丝绳自振频率的阶数，fn为第n阶自振频率，最后将测得的自振频率fn和钢丝绳实际长度L结合已知的钢丝绳线密度ρ和修正系数β输入到工业平板电脑中计算出起重机的起重量Q；
(2)幅度的检测，在回转臂架的铰支点销轴端安装角度传感器，通过联杆摆动输出电压信号传递给仪表，测量出臂梁的回转角度，同时臂梁的长度已知，可计算出其中幅度；对于动力驱动的动臂变幅的起重机，液压变幅除外，在臂架俯仰行程的极限位置处，设置臂架低位置和高位置的幅度限位器；具有变幅机构的起重机，设置幅度指示器或臂架俯仰指示器；
(3)同一或不同一轨道运行机构安全距离检测，在门式起重机臂部和底座部位分别安装雷达及激光复合位置感应装置的两个模块，两个模块分别为雷达主判定模块以及激光主判定模块，雷达主判定模块收集的数据传给ZigBee传输单元A，激光主判定模块收集的数据传给ZigBee传输单元B，A、B ZigBee传输单元与预定位装置连接，预定位装置将定位信息传送给防撞决断装置，当门座式起重机即将超越预定位位置时，防撞决断装置触发报警器报警；
(4)工作时间检测，检测每次工作循环时间，即起重机从起吊一个物品起，到开始起吊下一个物品止，包括起重机运行及正常的停歇在内，整个完整过程所运行时间；依据传感器监测钢丝绳张力的阶跃性变化的时间计算每次工作循环时间；
(5)润滑油温度检测，通过温度传感器检测减速箱内润滑油的温度，数字信号处理模块处理温度传感器传递过来的信号，分析出润滑油温度升高的原因，再将分析后的信号传递给保护装置，保护装置开始工作，对起重机进行保护；(6)风速检测，通过风速仪实时检测和显示工作现场的风速，当超过规定值时，检测器发出报警。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，定性检测采用限位器或限制器监测起重机工作时各机构的安全行程或安全尺寸，当将超过安全行程或安全尺寸时，警报器发出报警信号。
4.一种安全监控平台，包括远程终端(1)、互联网(2)、网关(3)、现场工业以太网(4)和多个现场传感网(5)，所述现场传感网(5)包括现场仪表(6)和传感器组(7)；传感器组(7)包括多个传感器，各个传感器分别对定量检测和定性检测的项目进行数据检测，所述传感器组(7)通过Modbus/RS485网络和现场仪表(6)相连，现场仪表(6)可对传感器组(7)中各传感器的检测数据按照优先集顺序依次实时采集，所述现场传感网(5)将采集数据进行预处理并打包，然后经由工业以太网(4)网关(3)、互联网(2)传至远程终端(1)，远程终端(1)的监控平台可对现场仪表(6)上的数据进行实时监控、分析、存储和报警。
5.如权利4所述的监控平台，其特征在于，所述传感器组(7)中的每个传感器与现场仪表(6)以现场总线的方式相连，现场传感网(5)的物理层采用RS485；所述现场仪表(6)采用工业平板电脑或嵌入式工控计算机。
6.如权利要求4所述的监控平台，其特征在于，所述工业以太网(4)的通信协议为Modbus/TCP，Modbus/TCP通信协议物理层和数据链路层是基于以太网标准协议，网络层和传输层采用TCP/IP协议，应用层都采用Modbus应用层报文传输协议，并依据GB/T 19582.3-2008将Modbus在TCP/IP上实现。
7.如权利要求4所述的监控平台，其特征在于，定性检测的实时数据优先级高于定量检测的实时数据。
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PB01 Publication
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Inventor after: Li Dongbo

Inventor after: Huang Chuan

Inventor after: Zhang Min

Inventor after: Wu Shaofeng

Inventor after: Zhao Hong

Inventor before: Li Dongbo

Inventor before: He Fei

Inventor before: Zhu Baiqing

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GR01 Patent grant