CN106957020A - 塔吊安全管理系统和管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种塔吊管理系统，尤其是塔吊安全管理系统和管理方法，塔吊安全管理系统包括传感器系统、数据采集系统、服务器、无线通信系统和安全管理系统，所述传感器系统通过无线通信系统与数据采集系统连接，所述数据采集系统与服务器连接，所述安全管理系统与服务器连接。本发明提供的塔吊安全管理系统和管理方法在传统机械和电子传感器的基础上结合当前数字处理技术、传感器技术及无线通信技术而开发的一套新型、高可靠的塔吊安全管理系统，该系统实现了对塔吊运行时工作状态的监控、显示、记录和报警，通过引入无线通信技术及可靠的防碰撞算法构建了分布式塔机群控制系统，可以有效地实现塔机间的安全作业。

Description

塔吊安全管理系统和管理方法

技术领域

本发明涉及一种塔吊管理系统，尤其是塔吊安全管理系统和管理方法。

背景技术

塔吊属于一种非连续性搬运机械，是一种起重臂装设于高处的全回转起重机械。塔吊具有机体庞大、重心高、起吊重量大、作用范围广、运行速度快等特点，高效率的垂直运输能力使塔吊在建筑行业得到大量应用。

塔吊可以分为基础、塔身、顶升、回转、起升、平衡臂、起重臂、起重小车、塔顶、司机室、变幅等部分。基础是塔吊安装在地面上的部分；塔身是塔吊的身子，也是升高的部分；顶升是使得塔吊可以升高的部分；回转是保持塔吊上半身可以水平旋转的部分；起升机构用来将重物提升起来的部分；平衡臂架是保持力矩平衡的部分；起重臂架是提升重物的受力部分；小车是用来安装滑轮组和钢绳以及吊钩的，是直接受力部分；塔顶是用来保持臂架受力平衡的部分；司机室是操作的地方；变幅是使小车沿轨道运行的部分。

塔吊也是一种蕴含危险因素较多、事故发生机率较大的机械设备，据有关部门统计资料表明，塔吊的事故率已达2.77%。在发生的事故中各种塔吊违规超限操作、超载作业是主因，部分建筑企业赶工期、抢进度，违规超重、超力矩起吊作业，致使塔吊结构疲劳失稳，发生塔吊群干涉碰撞。目前塔吊作业多应用机械式限位装置保护，性能一般，安装塔吊记录仪、塔吊黑匣子进行监测，采用的是封闭式的记录方式，主要用于事故滞后分析，意义不大。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种能实时监测塔吊的塔吊安全管理系统和管理方法，具体技术方案为：

塔吊安全管理系统，包括传感器系统、数据采集系统、服务器、无线通信系统和安全管理系统，所述传感器系统通过无线通信系统与数据采集系统连接，所述数据采集系统与服务器连接，所述安全管理系统与服务器连接；所述传感器系统用于获取塔吊各种数据；所述数据采集系统用于采集传感器系统的信息并传输给中心服务器；所述无线通信系统用于数据的传输；所述服务器用于数据的存储和管理；所述安全管理系统设置运行参数，对服务器中的数据进行处理，监控塔吊的运作状态并显示在显示器上，同时对塔吊进行健康诊断，得到健康状况诊断报告，并根据健康状况诊断报告预测塔吊是否失效或发生故障，评价塔吊运行安全性，得到安全评价报告。

优选的，所述传感器子系统包括动态传感器和静态传感器；所述动态传感器用于监测塔吊的运行状态；所述静态传感器用于监测塔吊的结构状态。

其中，所述动态传感器包括称重传感器、振动传感器、距离传感器、风速传感器、角度传感器和位移传感器；所述称重传感器用于测量提升重物的重量；所述振动传感器用于测量起升/变幅/回转机构驱动电机，以及起升/变幅/回转机构减速机的振动信号，所述距离传感器用于测量吊钩的高度位置和小车的位置；所述风速传感器用于测量环境的风速；所述角度传感器用于测量起重臂相对于塔身的转动角度；所述位移传感器用于测量回转机构制动器的位移信号；所述动态传感器包括应变传感器，用于采集塔吊的塔身、起重臂和平衡臂的应变信号。

所述称重传感器为无线数传电子吊称；所述振动传感器为压电式加速度传感器，采用打孔方式、焊接方式或磁基座方式安装到塔吊各机构中的驱动电机及减速机上，用于测量驱动电机及减速机的振动加速度变化信息；所述距离传感器为激光测距传感器，激光测距传感器均安装在小车上；所述风速传感器安装在塔顶上；所述角度传感器固定在塔吊的回转台上；所述位移传感器为高精度直线式位移传感器，采用螺栓固定方式安装到塔吊回转机构中的制动器上，用于感知制动器闸瓦的位移信息；所述应变传感器为自温补光纤光栅应变传感器，采用焊接方式安装到钢结构上。

优选的，所述安全管理系统包括参数设置模块、健康诊断预报模块和安全性评价模块；所述参数设置模块用于设置传感器标定、工作禁行区设置、重量极限值、幅度极限值和风速极限值的设定；所述健康诊断预报模块用于显示塔吊各机构和结构的诊断报告，以及塔吊总体的健康诊断报告；所述安全性评价模块用于显示港口塔吊各机构和结构的安全评价结果，以及塔吊总体的安全评价结果。

其中，还包括防撞模块，所述防撞模块用于防止塔吊群中的相邻塔吊相互碰撞。

塔吊安全管理系统的管理方法，包括以下步骤：

S1数据的采集，传感器系统获取的各种数据通过有线和/或无线传输给数据采集系统；

S2数据的转换，数据采集系统将各种参数对应的物理量转换成电信号，然后通过电缆将电信号传送到信号调理电路进行数据放大处理，再由A/D转换模块将电信号变成数字信号，通过串行总线送到服务器；

S3数据的存储和管理，服务器对数字信号进行数据融合、判断、计算、存储、转化；

S4运行的监控，安全管理系统调用服务器中的数据，通过显示屏显示相关的数据给塔机司机，同时与预设的重量、幅度、风速等极限值以及防撞参数进行比较，当到达或超过预设的极限值时，就发出预警信号提示工作人员，并且对相应继电器发出控制信号，进而实现对相应电机的控制，从而达到安全保护的目的以及实现塔吊群的防撞；

S5健康状况的诊断，安全管理系统调用服务器中的数据对塔吊进行健康诊断，得到健康状况诊断报告，

S5安全评价，根据健康状况诊断报告预测塔吊是否失效或发生故障，评价塔吊运行安全性，得到安全评价报告。

所述步骤S2中防撞包括以下步骤：

预设相邻塔吊进入干涉区的最大距离L，即两塔机最大回转半径之和，当测出两塔机之间的距离D＜L，表示两塔机可能进入干涉区域，此时通过无线通讯系统发送含有自身塔机的旋转角度、起升高度及变幅幅度数据，同时接收可能与自身发生干涉的塔机数据，根据建立相应的数学模型进行数据综合处理，进一步确认是否已经进入干涉区域，并做出相应防撞决策。

与现有技术相比本发明具有以下有益效果：

本发明提供的塔吊安全管理系统和管理方法在传统机械和电子传感器的基础上结合当前数字处理技术、传感器技术及无线通信技术而开发的一套新型、高可靠的塔吊安全管理系统，该系统实现了对塔吊运行时工作状态的监控、显示、记录和报警，通过引入无线通信技术及可靠的防碰撞算法构建了分布式塔机群控制系统，可以有效地实现塔机间的安全作业。

具体实施方式

现结合实施例说明本发明的具体实施方式。

实施例1

塔吊安全管理系统，包括传感器系统、数据采集系统、服务器、无线通信系统和安全管理系统，所述传感器系统通过无线通信系统与数据采集系统连接，所述数据采集系统与服务器连接，所述安全管理系统与服务器连接；所述传感器系统用于获取塔吊各种数据；所述数据采集系统用于采集传感器系统的信息并传输给中心服务器；所述无线通信系统用于数据的传输；所述服务器用于数据的存储和管理；所述安全管理系统设置运行参数，对服务器中的数据进行处理，监控塔吊的运作状态并显示在显示器上，同时对塔吊进行健康诊断，得到健康状况诊断报告，并根据健康状况诊断报告预测塔吊是否失效或发生故障，评价塔吊运行安全性，得到安全评价报告。

所述传感器子系统包括动态传感器和静态传感器；所述动态传感器用于监测塔吊的运行状态；所述静态传感器用于监测塔吊的结构状态。

所述动态传感器包括称重传感器、振动传感器、距离传感器、风速传感器、角度传感器和位移传感器；所述称重传感器用于测量提升重物的重量；所述振动传感器用于测量起升/变幅/回转机构驱动电机，以及起升/变幅/回转机构减速机的振动信号，所述距离传感器用于测量吊钩的高度位置和小车的位置；所述风速传感器用于测量环境的风速；所述角度传感器用于测量起重臂相对于塔身的转动角度；所述位移传感器用于测量回转机构制动器的位移信号；所述动态传感器包括应变传感器，用于采集塔吊的塔身、起重臂和平衡臂的应变信号。

所述称重传感器为无线数传电子吊称；所述振动传感器为压电式加速度传感器，采用打孔方式、焊接方式或磁基座方式安装到塔吊各机构中的驱动电机及减速机上，用于测量驱动电机及减速机的振动加速度变化信息；所述距离传感器为激光测距传感器，激光测距传感器均安装在小车上；所述风速传感器安装在塔顶上；所述角度传感器固定在塔吊的回转台上；所述位移传感器为高精度直线式位移传感器，采用螺栓固定方式安装到塔吊回转机构中的制动器上，用于感知制动器闸瓦的位移信息；所述应变传感器为自温补光纤光栅应变传感器，采用焊接方式安装到钢结构上。

所述安全管理系统包括参数设置模块、健康诊断预报模块和安全性评价模块；所述参数设置模块用于设置传感器标定、工作禁行区设置、重量极限值、幅度极限值和风速极限值的设定；所述健康诊断预报模块用于显示塔吊各机构和结构的诊断报告，以及塔吊总体的健康诊断报告；所述安全性评价模块用于显示港口塔吊各机构和结构的安全评价结果，以及塔吊总体的安全评价结果。

还包括防撞模块，所述防撞模块用于防止塔吊群中的相邻塔吊相互碰撞。

实施例2

塔吊安全管理系统的管理方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1数据的采集，传感器系统获取的各种数据通过有线和/或无线传输给数据采集系统；

S2数据的转换，数据采集系统将各种参数对应的物理量转换成电信号，然后通过电缆将电信号传送到信号调理电路进行数据放大处理，再由A/D转换模块将电信号变成数字信号，通过串行总线送到服务器；

S3数据的存储和管理，服务器对数字信号进行数据融合、判断、计算、存储、转化；

S4运行的监控，安全管理系统调用服务器中的数据，通过显示屏显示相关的数据给塔机司机，同时与预设的重量、幅度、风速等极限值以及防撞参数进行比较，当到达或超过预设的极限值时，就发出预警信号提示工作人员，并且对相应继电器发出控制信号，进而实现对相应电机的控制，从而达到安全保护的目的以及实现塔吊群的防撞；

S5健康状况的诊断，安全管理系统调用服务器中的数据对塔吊进行健康诊断，得到健康状况诊断报告，

S5安全评价，根据健康状况诊断报告预测塔吊是否失效或发生故障，评价塔吊运行安全性，得到安全评价报告。

所述步骤S2中的防撞包括以下步骤：

预设相邻塔吊进入干涉区的最大距离L，即两塔机最大回转半径之和，当测出两塔机之间的距离D＜L，表示两塔机可能进入干涉区域，此时通过无线通讯系统发送含有自身塔机的旋转角度、起升高度及变幅幅度数据，同时接收可能与自身发生干涉的塔机数据，根据建立相应的数学模型进行数据综合处理，进一步确认是否已经进入干涉区域，并做出相应防撞决策。

Claims (8)

1.塔吊安全管理系统，其特征在于，包括传感器系统、数据采集系统、服务器、无线通信系统和安全管理系统，所述传感器系统通过无线通信系统和数据线与数据采集系统连接，所述数据采集系统与服务器连接，所述安全管理系统与服务器连接；所述传感器系统用于获取塔吊各种数据；所述数据采集系统用于采集传感器系统的信息并传输给中心服务器；所述无线通信系统用于数据的传输；所述服务器用于数据的存储和管理；所述安全管理系统设置运行参数，对服务器中的数据进行处理，监控塔吊的运作状态并显示在显示器上，同时对塔吊进行健康诊断，得到健康状况诊断报告，并根据健康状况诊断报告预测塔吊是否失效或发生故障，评价塔吊运行安全性，得到安全评价报告。

2.根据权利要求1所述的塔吊安全管理系统，其特征在于，所述传感器子系统包括动态传感器和静态传感器；所述动态传感器用于监测塔吊的运行状态；所述静态传感器用于监测塔吊的结构状态。

3.根据权利要求2 所述的塔吊安全管理系统，其特征在于，所述动态传感器包括称重传感器、振动传感器、距离传感器、风速传感器、角度传感器和位移传感器；所述称重传感器用于测量提升重物的重量；所述振动传感器用于测量起升/变幅/回转机构驱动电机，以及起升/变幅/回转机构减速机的振动信号，所述距离传感器用于测量吊钩的高度位置和小车的位置；所述风速传感器用于测量环境的风速；所述角度传感器用于测量起重臂相对于塔身的转动角度；所述位移传感器用于测量回转机构制动器的位移信号；所述动态传感器包括应变传感器，用于采集塔吊的塔身、起重臂和平衡臂的应变信号。

4.根据权利要求3 所述的塔吊安全管理系统，其特征在于，所述称重传感器为无线数传电子吊称；所述振动传感器为压电式加速度传感器，采用打孔方式、焊接方式或磁基座方式安装到塔吊各机构中的驱动电机及减速机上，用于测量驱动电机及减速机的振动加速度变化信息；所述距离传感器为激光测距传感器，激光测距传感器均安装在小车上；所述风速传感器安装在塔顶上；所述角度传感器固定在塔吊的回转台上；所述位移传感器为高精度直线式位移传感器，采用螺栓固定方式安装到塔吊回转机构中的制动器上，用于感知制动器闸瓦的位移信息；所述应变传感器为自温补光纤光栅应变传感器，采用焊接方式安装到钢结构上。

5.根据权利要求1所述的塔吊安全管理系统，其特征在于，所述安全管理系统包括参数设置模块、健康诊断预报模块和安全性评价模块；所述参数设置模块用于设置传感器标定、工作禁行区设置、重量极限值、幅度极限值和风速极限值的设定；所述健康诊断预报模块用于显示塔吊各机构和结构的诊断报告，以及塔吊总体的健康诊断报告；所述安全性评价模块用于显示港口塔吊各机构和结构的安全评价结果，以及塔吊总体的安全评价结果。

6.根据权利要求5所述的塔吊安全管理系统，其特征在于，还包括防撞模块，所述防撞模块用于防止塔吊群中的相邻塔吊相互碰撞。

7.根据权利要求1至6任一项所述的塔吊安全管理系统的管理方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1数据的采集，传感器系统获取的各种数据通过有线和/或无线传输给数据采集系统；

S2数据的转换，数据采集系统将各种参数对应的物理量转换成电信号，然后通过电缆将电信号传送到信号调理电路进行数据放大处理，再由A/D转换模块将电信号变成数字信号，通过串行总线送到服务器；

S3数据的存储和管理，服务器对数字信号进行数据融合、判断、计算、存储、转化；

S4运行的监控，安全管理系统调用服务器中的数据，通过显示屏显示相关的数据给塔机司机，同时与预设的重量、幅度、风速等极限值以及防撞参数进行比较，当到达或超过预设的极限值时，就发出预警信号提示工作人员，并且对相应继电器发出控制信号，进而实现对相应电机的控制，从而达到安全保护的目的以及实现塔吊群的防撞；

S5健康状况的诊断，安全管理系统调用服务器中的数据对塔吊进行健康诊断，得到健康状况诊断报告，

S5安全评价，根据健康状况诊断报告预测塔吊是否失效或发生故障，评价塔吊运行安全性，得到安全评价报告。

8.根据权利要求7所述的塔吊安全管理系统的管理方法，其特征在于，所述步骤S2中的防撞包括以下步骤：

预设相邻塔吊进入干涉区的最大距离L，即两塔机最大回转半径之和，当测出两塔机之间的距离D＜L，表示两塔机可能进入干涉区域，此时通过无线通讯系统发送含有自身塔机的旋转角度、起升高度及变幅幅度数据，同时接收可能与自身发生干涉的塔机数据，根据建立相应的数学模型进行数据综合处理，进一步确认是否已经进入干涉区域，并做出相应防撞决策。