CN104843585A - 一种智能塔吊控制系统 - Google Patents

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姜金钟
谭道君
汪鹏远
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Abstract

本发明公开了一种智能塔吊控制系统，包括通过无线连接的前位机和后位机，所述前位机上连接有传感器接口电路和电器开关接口电路，所述后位机上连接有操作面板，后位机内嵌入有施工建筑信息数据识别和数据处理子系统。所述施工建筑信息数据识别和数据处理子系统内导入有建筑信息模型数据，所述建筑信息模型数据包括对塔吊在吊臂回转有效半径范围内的建筑物、临时设施、高压线和邻近的其它塔吊进行的三维定义数据。本发明根据建筑信息模型记录的在建建筑物周边静止物体和活动物体的三维数据信息，以及自身吊钩的回转平面和吊钩起吊高度所决定的吊钩三维运行轨迹，计算出吊钩可以安全运行的三维空间，对可能发生的碰撞做出规避，防止发生安全事故。

Description

一种智能塔吊控制系统
技术领域
本发明涉及建筑吊塔控制，特别涉及一种智能塔吊控制系统。
背景技术
在现代建筑施工中过程中，塔吊是最为常见的和必不可少的垂直起重设备。随着建筑施工技术的不断发展，塔吊的自动化和智能化也提上了日程。
现在的塔吊（塔式起重机）一般都采用附着式，起重机的塔身是附着在建筑物上的。安装塔吊的平面位置，在开始施工前，已经设计在施工平面布置图上，在塔吊安装就位后，其塔身与建筑物之间的距离、位置就基本固定了。施工平面布置图上除了有待建建筑物的坐标位置以外，还绘有与该建筑物临近的其它建筑物、临时设施、高压线、邻近的其它塔吊等，不过这些都只有二维的平面数据。 塔吊驾驶舱一般是可升降的，操作时，塔吊驾驶员须随驾驶舱升到塔身顶端，进行塔吊的操作。因为塔吊吊钩常常处于驾驶员看不见的盲区，所以，驾驶塔吊时，一般需配备两名指挥人员来掌握吊钩的起吊、下降、就位等情况，通过对讲机通知驾驶员进行相应操作，浪费人力，且效率低下，不够安全。
发明内容
本发明目的是：提供一种能对可能发生的碰撞做出规避，有效防止发生安全事故的智能塔吊控制系统。
本发明的技术方案是：
一种智能塔吊控制系统，包括通过无线连接的前位机和后位机，所述前位机上连接有传感器接口电路和电器开关接口电路，所述后位机上连接有操作面板，后位机内嵌入有施工建筑信息数据识别和数据处理子系统。
优选的，所述施工建筑信息数据识别和数据处理子系统内导入有建筑信息模型数据，所述建筑信息模型数据包括对塔吊在吊臂回转有效半径范围内的建筑物、临时设施、高压线和邻近的其它塔吊进行的三维定义数据。
优选的，所述传感器接口电路连接有风力测速子系统、起重力矩测量子系统、吊钩高度测量子系统和回转角度测量子系统。
优选的，所述施工建筑信息数据识别和数据处理子系统，根据系统内导入的建筑信息模型数据，配合前位机传送过来的塔身位置坐标、吊臂小车变幅坐标、吊臂回转角度、吊钩高度位置信号，进行实时处理，对塔吊在所有操作中可能出现的碰撞做出规避。
优选的，所述建筑信息模型数据还包括：根据在建建筑物实际施工进度情况，每天建筑物的高度变化情况；通过无线电通讯的方式，获知在本塔吊吊臂回转半径内，有可能与之碰撞的其它塔吊的运转信息；本塔吊自身的吊钩高度、吊物伸出吊钩最长的尺寸信息。
优选的，所述后位机上还连接有作业画面显示子系统，所述吊塔的塔钩上安装有变焦摄像头，所述变焦摄像头连接到后位机。
优选的，所述后位机还包括工作状态记录子系统，记录、查询、输出塔吊在一段日期内每天的开、关机时间和所进行的所有操作。
优选的，所述前位机是由单片机组成的控制器，后位机是由微机组成的控制器。
优选的，所述起重力矩测量子系统包括吊钩测重模块和小车变幅测量模块。
进一步优选的，电器开关接口电路两分别连接有电力开关、起重电机开关、回转电机开关和变幅电机开关。
本发明的优点是：
1．本发明所提供的智能塔吊控制系统，由计算机根据建筑信息模型（BIM）记录的在建建筑物周边静止物体和活动物体的三维数据信息，以及自身吊钩的回转平面和吊钩起吊高度所决定的吊钩三维运行轨迹，计算出吊钩可以安全运行的三维空间，对可能发生的碰撞做出规避，有效防止发生安全事故；
2．本发明把高悬在塔吊顶端的驾驶舱控制台，改成无线操纵的便携式地面遥控控制器，至少省去一名指挥人员，塔吊驾驶员更安全；
3．本发明的前位机控制器被设计成便携背包式，由塔吊驾驶员挂在身上操作，驾驶员甚至可以在作业面上直接控制吊钩的升、降、转动等动作，对吊物的就位来说，更直观、准确、高效。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明所述的智能塔吊控制系统的原理图。
具体实施方式
如图1所示，本发明所揭示的智能塔吊控制系统，包括通过无线连接的前位机和后位机，前位机是由单片机组成的控制器，完成塔吊吊钩高度、小车变幅距离、吊臂回转角度、起重量、风速等所有传感器的信号采集工作，并把所有实时测量信号打包后通过无线的方式传输给后位机。后位机是由微机组成的控制器，对前位机传送过来的信号进行计算、储存、显示、报警等处理，后位机同时还要完成向前位机传送塔吊驾驶员操作指令的工作。前位机和后位机上各连接有无线信号收发模块，用于前位机与后位机之间各种测量、控制信号的可靠传输，达到塔吊驾驶员在地面或在作业面上完成吊物就位的控制操作。所述前位机上连接有传感器接口电路和电器开关接口电路，所述传感器接口电路连接有风力测速子系统、起重力矩测量子系统、吊钩高度测量子系统和回转角度测量子系统；电器开关接口电路两分别连接有电力开关、起重电机开关回转电机开关和变幅电机开关。
所述后位机内嵌入有施工建筑信息数据识别和数据处理子系统。所述施工建筑信息数据识别和数据处理子系统内导入有建筑信息模型数据，所述建筑信息模型数据包括对塔吊在吊臂回转有效半径范围内的静态的建筑物、临时设施、高压线和邻近的其它塔吊进行的三维定义数据。所述建筑信息模型数据还包括塔吊的实际运行过程中的一些物体的活动信息：（1）根据在建建筑物实际施工进度情况，每天建筑物的高度变化情况；（2）通过无线电通讯的方式，获知在本塔吊吊臂回转半径内，有可能与之碰撞的其它塔吊的运转信息；（3）本塔吊自身的吊钩高度、吊物伸出吊钩最长的尺寸信息。
施工建筑信息数据识别和数据处理子系统，根据系统内导入的建筑信息模型数据，配合前位机传送过来的塔身位置坐标、吊臂小车变幅坐标、吊臂回转角度、吊钩高度位置信号，进行实时处理，对塔吊在所有操作中可能出现的碰撞做出规避。
所述后位机上连接有操作面板，操作面板上有普通塔吊驾驶室内所有的操作开关、按钮、操纵杆等，完成对塔吊的吊钩上下、小车变幅（前后）、吊臂回转（左右）等动作的控制操作。
后位机及其所连接的操作面板构成地面遥控子系统，地面遥控子系统被设计成便携背包式，由塔吊驾驶员挂在身上操作。
下面对前位机上通过传感器接口电路连接的风力测速子系统、起重力矩测量子系统、吊钩高度测量子系统、行走坐标测量子系统和回转角度测量子系统作具体介绍。
风力测速子系统主要由安装在塔身上部的风速传感器来测量当时的风速，测量数据通过接口传送给前位机。
起重力矩测量子系统包括吊钩测重模块和小车变幅测量模块。吊钩测重模块主要由安装在吊臂顶端的起重钢丝导向滑轮上的压力传感器或直接安装在吊钩处的拉力传感器来测量起吊重物的重量，测量数据通过接口传送给前位机。小车变幅测量模块是一种安装在控制吊臂小车的卷扬机钢丝绳上的、靠摩擦感知钢丝绳卷、放长度的测量模块，测量数据通过接口传送给前位机。
吊钩高度测量子系统是一种安装在起重卷扬机钢丝绳上的、靠摩擦感知钢丝绳卷、放长度的测量模块，测量数据通过接口传送给前位机。
回转角度测量子系统是一种安装在塔吊吊臂回转轮上的、靠齿轮传动感知吊臂左右回转角度的测量模块，测量数据通过接口传送给前位机。
所述后位机上还连接有作业画面显示子系统，所述吊塔的塔钩上合适位置安装变焦摄像头，所述变焦摄像头连接到后位机，变焦摄像头所摄画面传送到驾驶员操作面板的显示屏幕上，使吊钩所到之处始终不离开塔吊驾驶员的视线。摄像头所摄画面可以根据需要进行局部放大、满屏显示、正常显示等选择操作。
所述后位机还包括工作状态记录子系统，记录、查询、输出塔吊在一段日期内每天的开、关机时间和所进行的所有操作，供设备检修、维护、保养使用。
本发明所提供的智能塔吊控制器的操控方式如下：
首先运用BIM（建筑信息模型）技术，获取塔吊活动范围内物体的相对静止信息：
（1）把在建建筑物临近的其它建筑物、临时设施、高压线、对施工有影响的其它相关物体等相对静止物体的坐标位置，及它们各自的高度（标高）数据信息，录入建筑信息模型；
（2）把在建建筑物临近的其它塔吊等运动物体的坐标位置录入建筑信息模型。
其次，塔吊的实际运行过程中，获取以下一些物体的活动信息：
（1）根据在建建筑物实际施工进度情况，把每天建筑物的高度变化情况录入建筑信息模型。
（2）通过无线电通讯的方式，获知在本塔吊吊臂回转半径内，有可能与之碰撞的其它塔吊的运转信息；
（3）本塔吊自身的吊钩高度、吊物宽长度（伸出吊钩最长的尺寸）信息。
在这些信息、数据的支持下，智能塔吊控制器以本塔吊塔身的中心相对在建建筑物的坐标为圆心；以塔身中心到起重吊钩的距离减去起吊物体的长度的一半为半径，画出一个平面圆，如果这个平面圆形不与建筑信息模型中描述的任何物体相碰撞，塔吊吊臂可以做任何角度的回转；如果起吊物体在某一高度时，会与某一静止物体相碰撞，控制器将控制吊臂的回转角度，做出有效规避；如果本塔吊接收到其它塔吊的吊臂正在可能发生碰撞的区域运行的信息，则本塔吊将会控制吊臂的回转角度，做出有效规避。对于施工现场出现的随机运动物体，比如人员的活动，进出工地的车辆、吊车等，还是需要塔吊驾驶员来控制吊臂、吊钩的运行。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能塔吊控制系统，包括通过无线连接的前位机和后位机，所述前位机上连接有传感器接口电路和电器开关接口电路，其特征在于：所述后位机上连接有操作面板，后位机内嵌入有施工建筑信息数据识别和数据处理子系统。
2.根据权利要求1所述的智能塔吊控制系统，其特征在于：所述施工建筑信息数据识别和数据处理子系统内导入有建筑信息模型数据，所述建筑信息模型数据包括对塔吊在吊臂回转有效半径范围内的建筑物、临时设施、高压线和邻近的其它塔吊进行的三维定义数据。
3.根据权利要求2所述的所述的智能塔吊控制系统，其特征在于：所述传感器接口电路连接有风力测速子系统、起重力矩测量子系统、吊钩高度测量子系统和回转角度测量子系统。
4.根据权利要求3所述的所述的智能塔吊控制系统，其特征在于：所述施工建筑信息数据识别和数据处理子系统，根据系统内导入的建筑信息模型数据，配合前位机传送过来的塔身位置坐标、吊臂小车变幅坐标、吊臂回转角度、吊钩高度位置信号，进行实时处理，对塔吊在所有操作中可能出现的碰撞做出规避。
5.根据权利要求2所述的智能塔吊控制系统，其特征在于：所述建筑信息模型数据还包括：根据在建建筑物实际施工进度情况，每天建筑物的高度变化情况；通过无线电通讯的方式，获知在本塔吊吊臂回转半径内，有可能与之碰撞的其它塔吊的运转信息；本塔吊自身的吊钩高度、吊物伸出吊钩最长的尺寸信息。
6.根据权利要求5所述的智能塔吊控制系统，其特征在于：所述后位机上还连接有作业画面显示子系统，所述吊塔的塔钩上安装有变焦摄像头，所述变焦摄像头连接到后位机。
7.根据权利要求6所述的智能塔吊控制系统，其特征在于：所述后位机还包括工作状态记录子系统，记录、查询、输出塔吊在一段日期内每天的开、关机时间和所进行的所有操作。
8.根据权利要求7所述的智能塔吊控制系统，其特征在于：所述前位机是由单片机组成的控制器，后位机是由微机组成的控制器。
9.根据权利要求3所述的智能塔吊控制系统，其特征在于：所述起重力矩测量子系统包括吊钩测重模块和小车变幅测量模块。
10.根据权利要求1所述的智能塔吊控制系统，其特征在于：电器开关接口电路两分别连接有电力开关、起重电机开关、回转电机开关和变幅电机开关。
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