CN105271028A - 塔式起重机械基础稳定度实时检测方法及检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种塔式起重机械基础稳定度实时检测方法及检测装置，包括电源、电源转换与管理模块、监控主机、水平度传感器、位移传感器、卫星定位模块和通信模块，所述的电源通过电源转换与管理模块分别与监控主机、卫星定位模块和通信模块连接，所述的监控主机分别与水平度传感器、位移传感器、卫星定位模块和通信模块连接；电子水平尺测量的倾斜度信号、以及差动变压器式位移传感器测量的沉降和水平位移信号均发送给监控主机，该监控主机实时将检测数据发送给远程监控中心，同时在倾斜量或沉降量超过设定门限时进行本地声光报警。与现有技术相比，本发明具有总线组网功能、精度高、响应速度快、数据记录完整和上传远程监控中心等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种塔机基础安全监控技术，尤其是涉及一种塔式起重机械基础稳定度实时检测方法及检测装置。
背景技术
固定式塔式起重机(简称塔机)，是建筑施工中应用最为广泛的垂直运输工具，目前常用的塔机基础多采用现浇钢筋混凝土基础，由于塔机基础受力复杂、倾覆荷载较大，基础设计时不仅要考虑塔机工作或非工作状态的情形，还要考虑塔机处于旋转状态、起吊过程中突然卸载、暴风雨等特殊工况，国家出台了JGJT187-2009《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》，规范了不同型号塔机基础设计与制作的基础方案，对塔机基础位移和沉降和表面平整度等允许的偏差进行了规定，规定在钢筋混凝土的强度必须达到设计要求后才可以进行塔机安装。
塔机基础稳定是影响塔机整体稳定性的重要因素，塔机安全生产各环节包括施工企业、监理单位、生产厂家、建筑行政主管部门、检测机构等都需要加强塔机基础的安全管理，杜绝安全隐患，才能够有效地预防和减少塔机使用过程中各种事故的发生。
尽管从设计源头采取了管理措施，但是，对已发生的塔机事故案例统计分析却发现，塔机事故统计50％因为地基松动导致的；由于塔机基础施工管理质量、塔机在使用过程中，遇到的意外情况，例如邻近地块基础开挖、打桩等施工，大雨时因排水不畅造成水土流失等，会导致塔机基础的松动。因此在塔机使用过程中，为了保证使用的安全，需要及时注意基础不均匀沉降和水平位移，定期作检测。
现有市场上缺乏实时对塔机基础进行检测与管理的设备，对塔机基础定期采用手动方式进行，技术状态如下：
1)通过在使用外部经纬仪，人工测量，不能做到实时检测；
2)使用传统测量方法响应慢，精度低，成本高，难以满足基础沉降的实时监测。
3)基础不均匀沉降判断麻烦。
4)基础水平位移判断麻烦。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种塔式起重机械基础稳定度实时检测方法及检测装置，具有总线组网功能、精度高、响应速度快、数据记录完整和上传远程监控中心功能，达到通过监控技术，实时完成对塔机基础沉降、水平位移和倾斜的检测，从而提升塔机安全生产水平。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种塔式起重机械基础稳定度实时检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)开机；
2)系统进行自检，并判断自检是否正常，若为是，执行步骤3)，否则返回步骤1)；
3)读取塔式起重机械的位置信息和卫星时间，并执行步骤4)；
4)读取水平度传感器测量塔机基础每个角位置的倾斜度和位移传感器测量塔机基础每个角到相对固定位置位移变化，保存数据，并执行步骤5)；
5)判断塔机基础的倾斜量或沉降量超过设定门限，若为是，执行步骤6)，否则执行步骤7)；
6)现场监测终端发出现场声光报警，提示工程人员采取相应的防范措施，同时提醒远程监测中心管理人员处理，待报警解除后返回步骤5)；
7)实时将检测数据发送给远程监控中心，远程监控中心记录塔机基础沉降数据与倾斜数据，分析得到其沉降趋势，提示工程人员采取相应的防范措施。
一种塔式起重机械基础稳定度实时检测方法的检测装置，其特征在于，包括电源、电源转换与管理模块、监控主机、水平度传感器、位移传感器、卫星定位模块和通信模块，所述的电源通过电源转换与管理模块分别与监控主机、卫星定位模块和通信模块连接，所述的监控主机分别与水平度传感器、位移传感器、卫星定位模块和通信模块连接。
所述的水平度传感器采用电子水平尺，该电子水平尺设有8个，分别安装在塔机基础四个角处，用于测量塔机基础每个角位置的倾斜度。
所述的位移传感器采用差动变压器式位移传感器，该差动变压器式位移传感器设有四个，安装于塔机基础四个角上，同时离开塔机1.5米外选择一个相对固定的位置，安装一个固定测量支架，该测量支架一端固定在地里，支架另一端与其中两个差动变压器式位移传感器测量端接触，用于塔机基础的沉降和水平位移。
所述的电子水平尺测量的倾斜度信号、以及差动变压器式位移传感器测量的沉降和水平位移信号均发送给监控主机，该监控主机实时将检测数据发送给远程监控中心，同时在倾斜量或沉降量超过设定门限时进行本地声光报警。
所述的卫星定位模块准确记录各点时间和上传监控中心各测量点位置，便于监控中心直观观测塔机基础状态。
所述的通信模块与远程监控中心连接，用于实时将检测数据发送给远程监控中心。
所述的电源转换与管理模块包括DCDC转换电路、电源切换电路、充电管理电路、电池、第一LDO和第二LDO，所述的DCDC转换电路分别与电源、电源切换电路、充电管理电路连接，所述的电源切换电路分别与电池、第一LDO和第二LDO连接，所述的充电管理电路与电池连接，所述的电池与通信模块连接，所述的第一LDO与卫星定位模块连接，所述的第二LDO与监控主机连接。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、监控装置实现了塔机基础沉降、水平位移与倾斜度的实时监控，装置支持多达8个测试点的倾斜度测量和4个角的沉降，能实现塔机基础全面监控；
2、采用MEMS加速度计技术的电子水平尺进行倾斜度测量和差动变压器式位移传感器(LVDT)实现沉降和水平位移的非接触式测量，测量精度高；
3、电子水平尺测量信号和LVDT测量信号送入测量装置，结合嵌入式软件，实时检测各测量值，并通过无线公共数据网络传送至检测中心；
4、电子水平尺采用基于槽钢制作，便于安装，防水，每个电子水平尺都带有安装孔，可以方便地安装于基础测量点，并进行水平度的校正。
5、采用RS485总线方式，同时连接4到8个电子水平尺，同时观测塔机基础4个角的水平度变化，安装方便；
6、测量装置带有卫星定位系统，能够准确记录个点时间和上传监控中心各测量点位置，便于监控中心直观观测塔机基础状态。
7、记录数据安全性好，测量数据不仅保留在监控装置主机中，同时将作业数据保留在系统服务器中；
8、同时现场声光告警和远程系统告警相结合；
9、内置备用电池，在装置外部供电损坏时，能及时报警。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为本发明传感器布置图；
图4为本发明的详细结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1所示，塔式起重机械基础稳定度实时检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)开机；
2)系统进行自检，并判断自检是否正常，若为是，执行步骤3)，否则返回步骤1)；
3)读取塔式起重机械的位置信息和卫星时间，并执行步骤4)；
4)读取水平度传感器测量塔机基础每个角位置的倾斜度和位移传感器测量塔机基础每个角到相对固定位置位移变化，保存数据，并执行步骤5)；
5)判断塔机基础的倾斜量或沉降量超过设定门限，若为是，执行步骤6)，否则执行步骤7)；
6)现场监测终端发出现场声光报警，提示工程人员采取相应的防范措施，同时提醒远程监测中心管理人员处理，待报警解除后返回步骤5)；
7)实时将检测数据发送给远程监控中心，远程监控中心记录塔机基础沉降数据与倾斜数据，分析得到其沉降趋势，提示工程人员采取相应的防范措施。以物联网的手段，预防由塔机基础不稳定引起的塔机安全事故发生。
如图2所示，本发明的硬件结构包括电源、电路板1、水平度传感器2、位移传感器3、卫星定位模块4、通信模块5、显示屏6和声光报警器7，所述的电路板1包括电源转换与管理模块、监控主机11，所述的电源通过电源转换与管理模块分别与监控主机、卫星定位模块和通信模块连接，所述的监控主机11分别与水平度传感器2、位移传感器3、卫星定位模块4和通信模块5连接。
如图4所示，所述的电源包括依次连接的交流供电端、电源滤波器8和ACDC转换器9。所述的电源转换与管理模块包括DCDC转换电路12、电源切换电路13、充电管理电路14、电池15、第一LDO16和第二LDO17，所述的DCDC转换电路12分别与电源、电源切换电路13、充电管理电路14连接，所述的电源切换电路14分别与电池15、第一LDO16和第二LDO17连接，所述的充电管理电路14与电池15连接，所述的电池15与通信模块5连接，所述的第一LDO16与卫星定位模块4连接，所述的第二LDO17与监控主机11连接。
所述的水平度传感器2安装于500mm槽钢上，或制成带有安装控的塔机基础监控专用电子水平尺，可以方便地安装于基础测量点和进行水平度的校正，该电子水平尺设有8个，分别安装在塔机基础四个角处(如图3所示)，用于测量塔机基础每个角位置的倾斜度。
所述的位移传感器3采用差动变压器式位移传感器LVDT，该差动变压器式位移传感器设有四个，安装于塔机基础四个角上，安装点见图3，同时离开塔机1.5米外选择一个相对固定的位置，安装一个固定测量支架，该测量支架一端固定在地里，支架另一端与其中两个差动变压器式位移传感器测量端接触，用于塔机基础的沉降和水平位移。
所述的电子水平尺测量的倾斜度信号、以及差动变压器式位移传感器测量的沉降和水平位移信号均发送给监控主机，该监控主机实时将检测数据发送给远程监控中心，同时在倾斜量或沉降量超过设定门限时进行本地声光报警。
所述的卫星定位模块准确记录各点时间和上传监控中心各测量点位置，便于监控中心直观观测塔机基础状态。
所述的通信模块与远程监控中心连接，用于实时将检测数据发送给远程监控中心。测量记录数据安全性好，不仅保留在记录装置主机，而且可以同时上传到监控中心。每分钟记录一次数据，数据保留1年以上。
本发明设计检测装置，具有以下功能：
1)卫星定位，准确记录塔式基础地点与各准确时刻基础状态；
2)支持短消息与GPRS通信方式与监控中心连接；
3)多达8路的电子水平尺测量数据采集；
4)多达4路LDVT读取加速度传感器数据；
5)数据记录与上传；
6)现场告警与指示。
本发明装置各部分具体如下：
1)交流电源：通过交流220V与380V自适应交流电源得到12VDC，提供+12VDC电源给装置电路板使用。
2)使用TI公司DC-DC转换电路(TI公司TPS5430芯片)，将DC12V电源转化DC+5V电源，供内部电路板内部使用；DC-DC电路之前使用自恢复保险丝、压敏电阻、稳压管、三级管和IRF公司PMOS管完成电源前级保护电路；
3)使用充电管理电路(控制芯片GS1405)对3.7V锂电池进行充电管理；该充电电路输出供连接通信模块VBAT输入；
4)两路LDO电路(5V-3.3V)分别给监控主机、通信模块、卫星定位模块供电；
5)监控主机采用CortexM332位MCU，型号EFM32G380作为装置主CPU，实现塔机基础4个观测点沉降、8点观测点倾斜测量与运算、指示、告警，实现远程通信、监测数据记录等；
6)采用GPRS方式作为数据通信手段，GSM模块采用Telit公司GL868模块实现，采用TCP/IP数据协议和短信实现通信；
7)采用UM220卫星定位模块实现定位与时间基准获取；
8)采用3.7V，700mAh锂电池作为备份电池；
9)采用Ramtron铁电存储器，作为快速采样数据保存，每秒采集一次，保留塔机基础运行状态10分钟以上；
10)采用Flash存储器，AtmelAT25DF系列作为数据记录，每分钟记录一次，记录一年以上监测数据；
11)工作状态LED指示采用逻辑电路7414进行驱动；
12)通信接口电路：采用航空接口连接器连接外部电子水平度传感器器\显示屏或者PC，采用RS232或者RS485收发器实现；
13)数字控制信号输出采用信号继电器实现；
14)模拟接口电路：实现LDVT测量数据的采集；
15)通信接口保护，采用TVS管、压敏电阻等实现；
16)留有镀金SMA射频插座，连接外接卫星天线；
17)留有镀镍SMA射频插座，连接外接GSM天线。
Claims (8)
1.一种塔式起重机械基础稳定度实时检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)开机；
2)系统进行自检，并判断自检是否正常，若为是，执行步骤3)，否则返回步骤1)；
3)读取塔式起重机械的位置信息和卫星时间，并执行步骤4)；
4)读取水平度传感器测量塔机基础每个角位置的倾斜度和位移传感器测量塔机基础每个角到相对固定位置位移变化，保存数据，并执行步骤5)；
5)判断塔机基础的倾斜量或沉降量超过设定门限，若为是，执行步骤6)，否则执行步骤7)；
6)现场监测终端发出现场声光报警，提示工程人员采取相应的防范措施，同时提醒远程监测中心管理人员处理，待报警解除后返回步骤5)；
7)实时将检测数据发送给远程监控中心，远程监控中心记录塔机基础沉降数据与倾斜数据，分析得到其沉降趋势，提示工程人员采取相应的防范措施。
2.一种实施权利要求1所述的塔式起重机械基础稳定度实时检测方法的检测装置，其特征在于，包括电源、电源转换与管理模块、监控主机、水平度传感器、位移传感器、卫星定位模块和通信模块，所述的电源通过电源转换与管理模块分别与监控主机、卫星定位模块和通信模块连接，所述的监控主机分别与水平度传感器、位移传感器、卫星定位模块和通信模块连接。
3.根据权利要求2所述的一种塔式起重机械基础稳定度实时检测方法的检测装置，其特征在于，所述的水平度传感器采用电子水平尺，该电子水平尺设有8个，分别安装在塔机基础四个角处，用于测量塔机基础每个角位置的倾斜度。
4.根据权利要求2所述的一种塔式起重机械基础稳定度实时检测方法的检测装置，其特征在于，所述的位移传感器采用差动变压器式位移传感器，该差动变压器式位移传感器设有四个，安装于塔机基础四个角上，同时离开塔机1.5米外选择一个相对固定的位置，安装一个固定测量支架，该测量支架一端固定在地里，支架另一端与其中两个差动变压器式位移传感器测量端接触，用于塔机基础的沉降和水平位移。
5.根据权利要求3或4所述的一种塔式起重机械基础稳定度实时检测方法的检测装置，其特征在于，所述的电子水平尺测量的倾斜度信号、以及差动变压器式位移传感器测量的沉降和水平位移信号均发送给监控主机，该监控主机实时将检测数据发送给远程监控中心，同时在倾斜量或沉降量超过设定门限时进行本地声光报警。
6.根据权利要求2所述的一种塔式起重机械基础稳定度实时检测方法的检测装置，其特征在于，所述的卫星定位模块准确记录各点时间和上传监控中心各测量点位置，便于监控中心直观观测塔机基础状态。
7.根据权利要求2所述的一种塔式起重机械基础稳定度实时检测方法的检测装置，其特征在于，所述的通信模块与远程监控中心连接，用于实时将检测数据发送给远程监控中心。
8.根据权利要求2所述的一种塔式起重机械基础稳定度实时检测方法的检测装置，其特征在于，所述的电源转换与管理模块包括DCDC转换电路、电源切换电路、充电管理电路、电池、第一LDO和第二LDO，所述的DCDC转换电路分别与电源、电源切换电路、充电管理电路连接，所述的电源切换电路分别与电池、第一LDO和第二LDO连接，所述的充电管理电路与电池连接，所述的电池与通信模块连接，所述的第一LDO与卫星定位模块连接，所述的第二LDO与监控主机连接。
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