CN105484211A - 一种门机安全监控管理系统 - Google Patents

Abstract

一种门机安全监控管理系统，包括用于门机抓梁重量信号检测的重量传感器，用于门机抓梁检穿销检测的位移传感器，用于门机抓梁高度检测的高度传感器，用于环境风速实时检测的风速传感器，用于大车行走安全距离检测的防碰撞传感器，用于司机持证上岗检测的脸谱传感器，所述重量传感器、位移传感器、高度传感器、风速传感器、防碰撞传感器、脸谱传感器连接安全管理系统主机，所述安全管理系统主机连接报警器、控制器、工控机；应力应变监测传感器连接应力应变采集仪，应力应变采集仪连接工控机。本发明一种门机安全监控管理系统，可以对设备故障形成过程做出完整的分析判断，为改进设备管理提供科学依据。

Description

一种门机安全监控管理系统

技术领域

本发明涉及大坝的闸门监控领域，具体是一种门机安全监控管理系统。

背景技术

中国水电站的拦河大坝多数大坝都配置有坝顶门机，它的主要作用是负责对大坝上下游闸门进行打开或者关闭，闸门打开或者关闭的方式是靠门机的抓梁（吊具），将闸门提升或者下降，提升时打开闸门、下降时关闭闸门。当河上游下暴雨时，需要泄洪时根据水调的命令门机要能够及时将闸门打开泄洪；当需要蓄水时根据水调的命令门机要能够迅速将闸门关闭；否则，需要闸门打开时门机如果出故障闸门打不开，洪水就有漫坝的可能，就可能会给国家及人民的生命财产造成不可估量的损失；需要关闭闸门时如果门机故障闸门关不住，河水就有可能白白流掉，给发电企业造成严重的经济损失，所以门机的可靠工作是至关重要的。

大坝的闸门的重量一般都有几百吨，门机的大梁是闸门起吊承载的关键钢结构，闸门打开或者关闭时作用力一般都在门机的大梁上。但是我国许多电站都已经运行很多年，少则十几年多则几十年，随着工作年限的增加、大负荷运行，门机大梁经受了高周期应力的循环作用。大梁的钢结构机械疲劳状态如何、有没有发生塑性变形无从知晓。如果大梁的钢结构已经发生塑性变形，就需要设定预警值及时进行预警；否则闸门在提升或者下降过程中突然发生屈服断裂就有可能发生重大安全事故。严重时，甚至可能带来难以估量的损失，因此坝顶门机的安全管理系统，迫切需要有门机大梁机械应力实时在线监测报警功能。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种门机安全监控管理系统，各种信息可以存储在工控机内，供管理人员、维修人员可以对其检索、查询；可以对设备故障形成过程做出完整的分析判断，为改进设备管理提供科学依据。

本发明所采用的技术方案是：

一种门机安全监控管理系统，包括：

用于门机抓梁重量信号检测的重量传感器，

用于门机抓梁检穿销检测的位移传感器，

用于门机抓梁高度检测的高度传感器，

用于环境风速实时检测的风速传感器，

用于大车行走安全距离检测的防碰撞传感器，

用于司机持证上岗检测的脸谱传感器，

所述重量传感器、位移传感器、高度传感器、风速传感器、防碰撞传感器、脸谱传感器连接安全管理系统主机，所述安全管理系统主机连接报警器、控制器、工控机；

应力应变监测传感器连接应力应变采集仪，应力应变采集仪连接工控机。

所述安全管理系统主机连接数传电台，通讯信息通过数传电台输送至远程管理平台。

还包括GPS卫星基站、GPS移动采集计算板卡，卫星定位天线，GPS卫星基站安装在地面，GPS卫星基站与GPS天线、数传电台连接，数传电台与数传天线连接，GPS天线和数传天线安装在室外空旷的屋顶上。

所述GPS移动天线安装在门机的小车顶、正对抓梁1/2中间点的屋顶上，用于为门机、抓梁提供精确定位；GPS数传天线安装在门机小车的防护栏外与基站天线通讯；GPS移动采集计算板卡安装在安全管理系统主机的控制柜内。

所述GPS移动天线信号线与GPS移动采集计算板卡的数传天线接口连接，GPS移动采集计算板卡通过RS-232与安全管理系统主机连接。

所述应力应变监测传感器信号线与应力应变采集仪连接，应力应变采集仪通过CAN总线与工控机内信号采集板的CAN总线接口连接，工控机连接显示器。

所述脸谱传感器安装在司机室内，安全管理系统主机安装在监控机柜内；脸谱传感器通过脸谱管理处理板与安全管理系统主机连接。

所述门机操作信息采集板安装在门机监控机柜内，各个操作信息采集端口与门机操作台内控制继电器辅助触点联接，门机操作信息采集板的信息输出端为CAN总线接口，与安全管理系统主机的CAN端口联接，各种传感器通过CAN总线与安全管理系统主机连接，安全管理系统主机内部有输出报警控制器，安全管理系统主机通过RS-232与工控机连接；门机操作信息采集板通过CAN总线将所有采集的信息送给安全管理系统主机进行分析、报警及处理，并且通过RS-232将所有信息送给工控机进行显示、存储。

本发明一种门机安全监控管理系统，技术效果如下：

1）、在工控机内设计有大坝矢量地图，对大坝上的各个闸门门槽有精确坐标指示，当门机抓梁所抓的闸门下放门槽时，系统会自动对位，当闸门与门槽对位偏差超过设定范围时，系统会自动报警、并且禁止闸门下放，从而确保闸门下放安全；

2）、利用卫星定位技术检测坝顶门机行走行程及闸门与门槽自动对位技术，在网络上目前尚未发现相关报道。但是利用卫星定位技术在码头轮胎吊上进行集装箱堆放定位监测有较多应用。该技术与本发明的区别是：轮胎吊与坝顶门机属于两个不同领域及对象，功能及作用、性能均不相同。门机大梁实时应力应变在线监测报警技术，在中南水利发电期刊的2008.12发布有【坝顶3500kN门机大梁原型试验监测质量控制与监测成果分析】，主要介绍的是门机大梁原型试验监测。该系统与本发明的主要区别是：（1）：它是原型试验监测，属于一次性试验监测，本发明是实时长期在线监测。（2）：它是属于静态监测，本发明是动态监测。（3）：它是计算门机大梁当前的可靠性，本发明既有计算当前门机大梁的可靠性功能，也有预测门机大梁机械结构疲劳趋势的功能。（4）：工艺不一样，它是需要人工现场操作才能够分析、处理门机大梁的应力应变信息，人工判断其可靠性，本发明是自动在线监测、分析、处理门机大梁的应力应变信息，自动判断门机大梁的可靠性；（5）：它是一次性试验监测、分析系统，不具有连续性，特别是对超龄使用的大型门机管理决策难以形成科学判断；本发明是属于门机安全管理系统的一部分，每天监测的大梁应力应变信息、趋势图都存储在工控机内，可以为决策者提供连续信息判断，从而使设备管理更科学；

3）、门机脸谱监控管理系统，脸谱监控管理在升降机已经有所应用，在网络上目前尚未发现在坝顶门机有脸谱监控管理系统相关报道。

4）、门机智能操作信息采集、故障诊断、报警系统，在【交通于计算机】2000年增刊18卷有【港口门机动态监测及故障诊断专家系统】该系统与本发明的区别是：（1）、它是港口门机智能故障诊断系统；本发明是坝顶门机在线监测属智能故障诊断报警系统，使用领域及对象不一样。（2）、它是港口门机人工操作动态监测及故障诊断专家分析系统。本发明是坝顶门机在线自动监测、分析、报警系统，不需要人工输入任何数据或者信息。（3）、它在使用是需要接众多传感器，或者将各个传感器检测信号输入专家分析系统才能够得出结果；本发明是是自动监测自动分析报警系统，不需要再接其它传感器，不需要输入任何信息。（4）、它是用于设备故障检修时临时使用的一种智能工具，信息不具有连续性，不能对设备的历史发展过程做出完整判断；本发明是属于门机安全管理系统的一部分，各种信息可以存储在工控机内，供管理人员、维修人员可以对其检索、查询，可以对设备故障形成过程做出完整的分析判断，为改进设备管理提供科学依据。

附图说明

图1为本发明的系统原理图。

图2为本发明的门机GPS卫星定位监控系统原理图。

图3为本发明的门机大梁应力应变实时监测原理图。

图4为本发明的脸谱管理系统原理图。

图5为本发明的操作信息采集、故障诊断报警系统工作原理图。

图6为本发明的安全管理系统主机工作原理图。

图7为本发明的门机报警控制电路图。

图8为本发明的应力应变监测系统连接图。

图9为本发明的脸谱传感器系统连接图。

图10为本发明的报警、控制电路图。

具体实施方式

一种门机安全监控管理系统,由重量传感器，位移传感器，高度传感器，风速传感器，大车行走编码器，防碰撞传感器，脸谱传感器，应力应变监测传感器，应力应变采集仪，GPS定位系统、门机操作信息采集板、安全管理系统主机，工控机、显示器、门机视频监控系统等组成，原理图如图1所示，

系统工作原理：

重量传感器是用于门机抓梁重量信号检测的，位移传感器是用于门机抓梁穿销检测的，高度传感器是用于门机抓梁高度检测，风速传感器是用于环境风速实时检测，防碰撞传感器是用于大车行走安全距离检测，脸谱传感器是用于司机持证上岗检测，GPS移动采集计算板卡是用于检测大小车当前的位置坐标，通过GPS定位系统可以对门机行走自动定位，自动记录闸门与门槽精确位置，对每一台门机及门槽的位置以及大车行走行程实时检测显示；这些传感器将信号检测出来以后通过CAN总线或者RS-232接口送给安全管理系统主机，安全管理系统主机根据事先程序设定进行比较、分析及处理，将报警信号送给报警器；控制信号送给控制器；通讯信息通过数传电台送给远程管理平台，管理信息送给工控机进行显示、存储、查询；周而复始；

应力应变监测传感器将应力应变监测信号送给应力应变采集仪，应力应变采集仪将信号整理后送给再送给工控机，由工控机分析软件进行分析报警，同时将报警信息通过安全管理系统的数传电台送给远程监控管理中心，为远程监控管理中心管理决策参考，周而复始。起重机的操作信息、故障信息是通过操作台的执行机构继电器触点检测的，然后将检测信息送给安全管理系统主机处理，处理结果送给工控机进行存储，便于日后检索、查询。

门机GPS卫星定位监控系统：

工作原理图如图2所示，工作时，GPS移动天线不断将接收到的卫星信号送给GPS移动采集计算板卡，GPS移动采集计算板卡通过差分计算得出当前位置坐标，同时与GPS基站送来的静态位置坐标进行比对、校准，然后将校准后的坐标信息送给GPS处理板，GPS处理板将其转换成CAN信号后，通过CAN总线送给安全管理系统主机CXJK1000、安全管理系统主机CXJK1000将门机及抓梁的位置信息分开处理后再送给工控机IPC610，工控机IPC610根据门机及抓梁当前的位置坐标与大坝门槽矢量坐标进行比对，当发现抓梁位置坐标与门槽位置坐标偏差超过设定值时，就会及时命令安全管理系统主机CXJK1000自动报警并且禁止闸门下放操作。

门机大梁应力应变实时监测系统：

工作原理图如图3所示，工作时，应力应变监测传感器DH1101不断将门机大梁应力应变监测信号，送给应力应变采集仪DH3820，应力应变采集仪DH3820将信号整理后再经过R-J45送给路由器，路由器再经过R-J45送给工控机IPC610，由工控机IPC610应力应变分析软件进行分析报警，如果大梁应力值超过设定值就会立刻报警，周而复始。

脸谱管理系统：

工作原理图如图4所示，工作时，司机必须先到脸谱传感器NP2100面前照个相，等待脸谱传感器确认是否合法，如果信息合法，脸谱传感器会将合法信息通过RS-232送给脸谱管理处理板CX-SJ100，CX-SJ100将其转换成CAN信息后，通过CAN总线送给安全管理系统主机CX-JK1000，安全管理系统主机CX-JK1000才会发布开机命令，安全管理系统才会闭合工作继电器，门机才能够正常工作，否则门机不工作；

操作信息采集、故障诊断报警系统：

工作原理图如图5所示，工作时，操作信息采集板CX-CJ05.2通过CAN总线将所有采集的信息送给安全管理系统主机CX-JK1000进行分析、报警及处理，并且通过RS-232将所有信息送给工控机进行显示、存储；当操作信息采集板CX-CJ05.2采集到司机由门机操作信号，而安全管理系统主机CX-JK1000的传感器又没有检测到执行机构动作信息，则认为该执行机构故障，系统就会报警，并且给出故障部位，供检修人员参考；

CX-JK1000安全管理系统主机：

工作原理图如图6所示，安全管理系统主机CX-JK1000是由显示器、键盘接口电路、信号指示电路、CPUSTM32F101C8T6、时钟电路DS1302、存储器电路24C256、看门狗电路HP705、CAN电路SN65HVD230以及RS232接口、RS485接口电路等组成。工作时，键盘电路负责操作、设置及控制，CPUSTM32F101C8T6负责信息的采集、分析及处理，存储器电路24C256负责程序的存储，信号指示电路负责门机状态的报警指示，通讯接口电路负责与传感器、控制器、工控机的通讯，周而复始；

门机报警控制电路：

工作原理图如图7所示，门机的报警控制电路是一块独立的单片机系统，CPUSTM32F101C8T6通过CAN总线与安全管理系统主机CX-JK1000联接，工作时CPUSTM32F101C8T6不断通过CAN总线采集来自CX-JK1000主机的命令，需要报警时立刻通过报警器报警，需要控制时立刻通过控制继电器控制，从而完成报警、控制任务。

具体实施例：

一种门机安全监控管理系统，由重量传感器JZ-4-50T，位移传感器CX-WY100，高度传感器CX-GD01，风速传感器CX-FS01，大车行走的防碰撞传感器QF-10ML，持证上岗的脸谱管理传感器NF2011，应力应变监测传感器DH1101，应力应变采集仪DH3820，GPS定位系统、门机操作信息采集板、门机报警、控制系统电路、安全监控主机，工控机IPC610、门机安全监控管理系统软件、应力应变实时分析监控软件、显示器及门机视频监控系统等组成，

该系统还包括：GPS卫星基站M600、门机GPS移动采集计算板卡Devd980、门机报警、控制系统电路、安全管理系统主机CX-JK1000、工控机IPC610、大坝矢量地图及实时监控软件、卫星定位天线AT300、数传电台SCADAD2710及天线所组成。

GPS卫星基站安装在地面5KM以内任意位置，接AC220V电源，与GPS天线及数传电台联接，数传电台与数传天线联接，GPS天线及数传天线安装在室外空旷的屋顶上。

门机GPS移动天线安装在门机的小车顶正对抓梁1/2中间点的屋顶上，为门机及抓梁提供精确定位，GPS数传天线是全向天线，安装在门机小车的防护栏外与基站天线遥相辉映便于通讯，GPS采集计算板卡安装在安全管理系统主机CX-JK1000的控制柜内；

门机GPS移动天线信号线与GPS采集计算板卡GPS信号接口连接，GPS数传天线与GPS采集计算板卡数传天线接口连接，GPS采集计算板卡通过RS-232与安全管理系统主机连接，大坝矢量地图及监控软件安装在工控机IPC610内；工作时GPS移动天线不断将接收到的卫星信号送给GPS采集计算板卡，GPS采集计算板卡通过差分计算得出当前位置坐标，同时与GPS基站送来的位置坐标进行比对、校准，然后将校准后的坐标信息送给GPS处理板电路，GPS处理板电路将其转换成CAN信号后通过CAN总线送给安全管理系统主机CXJK1000、安全管理系统主机CXJK1000将门机及抓梁的位置信息分开处理后再送给工控机IPC610，工控机IPC610根据门机及抓梁当前的位置坐标与大坝门槽矢量坐标进行比对，当发现抓梁位置坐标与门槽位置坐标偏差超过设定值时就会及时命令安全管理系统主机CXJK1000自动报警并且禁止闸门下放操作。

该系统还包括：应力应变监测传感器，应力应变采集仪，工控机、应力应变分析软件、显示器。应力应变监测传感器DH1101安装在门机大梁中心1/2处及与支腿交界处，应力应变采集仪DH3820，工控机DL610、安装在监控机柜内；显示器S14AH安装在司机室操作台右前方。应力应变监测传感器信号线与应力应变采集仪连接，应力应变采集仪通过CAN总线与工控机内信号采集板的CAN总线接口连接，工控机与显示器连接，应力应变分析软件安装在工控机内，通过应力应变分析软件实时分析，并将分析结果与应力设置报警点进行比对，如果大梁应力值超过设定值则立刻发布报警信号，系统联接图如图8所示。

该系统还包括：脸谱传感器NF2011、安全管理系统主机、脸谱管理软件。脸谱传感器安装在司机室内便与司机照相的合适位置，安全管理系统主机安装在监控机柜内。脸谱传感器通过RS-232总线与脸谱处理板CX-SJ100安全管理系统主机连接；工作时司机必须的脸谱传感器签名照个相，等传感器确认是合法，才会发布开机命令，安全管理系统才会闭合工作继电器，门机才能够工作，否则门机不工作；系统原理图如图9所示。

该系统还包括：门机操作信息采集板、门机安全监控管理系统CX-JK1000主机、信息反馈系统（传感器系统）、报警系统、控制系统、工控机、显示器及信息采集、报警、控制软件。

门机操作信息采集板安装在门机监控机柜内，各个操作信息采集端口与门机操作台内控制继电器辅助触点联接，门机操作信息采集板的信息输出端为CAN总线接口，与安全管理系统主机的CAN端口联接，各种传感器通过CAN总线与与安全管理系统主机CX-JK1000联接，安全管理系统主机CX-JK1000内部有输出报警控制器，安全管理系统主机CX-JK1000通过RS232与工控机联接；操作信息采集板通过CAN总线将所有采集的信息送给监控管理主机进行分析、报警及处理，并且通过RS232将所有信息送给工控机、显示、存储；当操作信息采集板采集到司机操作信号，而安全管理系统主机CX-JK1000的传感器又没有检测到执行机构动作，则认为该执行机构故障，系统就会报警，并且给出故障部位，供检修人员参考。

Claims (10)

1.一种门机安全监控管理系统，包括：

用于门机抓梁重量信号检测的重量传感器，

用于门机抓梁检穿销检测的位移传感器，

用于门机抓梁高度检测的高度传感器，

用于环境风速实时检测的风速传感器，

用于大车行走安全距离检测的防碰撞传感器，

用于司机持证上岗检测的脸谱传感器，

所述重量传感器、位移传感器、高度传感器、风速传感器、防碰撞传感器、脸谱传感器连接安全管理系统主机，所述安全管理系统主机连接报警器、控制器、工控机；

应力应变监测传感器连接应力应变采集仪，应力应变采集仪连接工控机。

2.根据权利要求1所述一种门机安全监控管理系统，其特征在于，所述安全管理系统主机连接数传电台，通讯信息通过数传电台输送至远程管理平台。

3.根据权利要求1所述一种门机安全监控管理系统，其特征在于，还包括GPS卫星定位固定基站、GPS卫星定位移动采集计算板卡，卫星定位天线，GPS卫星固定基站安装在地面，GPS卫星定位固定基站与GPS卫星天线、GPS卫星基站的数传电台连接，GPS卫星基站的数传电台与数传天线连接，GPS天线和数传天线都安装在室外空旷的屋顶上。

4.根据权利要求3所述一种门机安全监控管理系统，其特征在于，所述GPS移动天线安装在门机的小车顶、正对抓梁1/2中间点的屋顶上，用于为门机、抓梁提供精确定位；GPS数传天线安装在门机小车的防护栏外与基站天线通讯；GPS移动采集计算板卡安装在安全管理系统主机的控制柜内。

5.根据权利要求3所述一种门机安全监控管理系统，其特征在于，所述GPS移动天线信号线与GPS移动采集计算板卡的数传天线接口连接，GPS移动采集计算板卡通过RS-232与安全管理系统主机连接。

6.根据权利要求1所述一种门机安全监控管理系统，其特征在于，所述应力应变监测传感器信号线与应力应变采集仪连接，应力应变采集仪通过CAN总线与工控机内信号采集板的CAN总线接口连接，工控机连接显示器。

7.根据权利要求1所述一种门机安全监控管理系统，其特征在于，所述脸谱传感器安装在司机室内，安全管理系统主机安装在监控机柜内；脸谱传感器通过脸谱管理处理板与安全管理系统主机连接。

8.根据权利要求1所述一种门机安全监控管理系统，其特征在于，还包括门机操作信息采集板，门机操作信息采集板安装在门机监控机柜内，各个操作信息采集端口与门机操作台内控制继电器辅助触点联接，门机操作信息采集板的信息输出端为CAN总线接口，与安全管理系统主机的CAN端口联接，各种传感器通过CAN总线与安全管理系统主机连接，安全管理系统主机内部有输出报警控制器，安全管理系统主机通过RS-232与工控机连接；门机操作信息采集板通过CAN总线将所有采集的信息送给安全管理系统主机进行分析、报警及处理，并且通过RS-232将所有信息送给工控机进行显示、存储。

9.一种门机GPS卫星定位监控方法，其特征在于，工作时，GPS移动天线不断将接收到的卫星信号送给GPS移动采集计算板卡，GPS移动采集计算板卡通过差分计算得出当前位置坐标，同时与GPS卫星基站送来的静态位置坐标进行比对、校准，然后将校准后的坐标信息送给GPS处理板，GPS处理板将其转换成CAN信号后，通过CAN总线送给安全管理系统主机、安全管理系统主机将门机及抓梁的位置信息分开处理后再送给工控机，工控机根据门机及抓梁当前的位置坐标，与大坝门槽矢量坐标进行比对；当发现抓梁位置坐标与门槽位置坐标偏差超过设定值时，就会及时命令安全管理系统主机自动报警，并且禁止闸门下放操作。

10.一种门机大梁应力应变实时监测方法，其特征在于，工作时，应力应变监测传感器不断将门机大梁应力应变监测信号送给应力应变采集仪，应力应变采集仪将信号整理后，再经过RJ45送给路由器，路由器再经过RJ45送给工控机，由工控机应力应变分析软件进行分析报警，如果大梁应力值超过设定值就会立刻报警，周而复始。