CN108529436B - 一种塔吊智能控制与操作系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种塔吊智能控制与操作系统，包括智能规划子系统以及与所述智能规划子系统通讯连接的运行参数实时测量子系统、手持定位与控制终端、现场作业管理子系统、运动控制子系统。本发明的有益效果：将塔吊的运行模式从人工控制变成计算机程序控制，操作人员只需通过手持定位和控制终端输入操作指令，后台智能规划子系统根据采集到的施工现场信息、塔机自身信息以及操作人员的操作指令，自动计算并规划吊车各运动部件的安全运行顺序和路径。本发明相对于传统的人工操作和遥控器控制模式，把塔吊司机从危险的工作环境中解放出来，操作过程简单高效，大大提升了塔吊作业的安全性和生产效率。

Description

一种塔吊智能控制与操作系统

技术领域

本发明涉及工程机械控制技术领域，具体涉及一种塔吊智能控制与操作系统。

背景技术

传统塔吊的操作模式由塔吊驾驶员、信号员协同操作，驾驶员在塔吊顶部的驾驶室中，借助作业面信号员的旗语、口哨或对讲机操作塔机，劳动强度大，危险系数高。

市场上现有的塔吊遥控器，实际上是把塔吊的操作手柄小型化，通过无线电将操作指令传递给塔机上的PLC控制器，间接操控塔机运转。借助塔吊遥控器，塔吊司机可以不必在高空中进行作业，能够在一定程度上降低吊装工作的危险性。但是，使用该类遥控器工作时，必须保证塔吊的所有运动部件在司机的视线范围以内才能使用，一旦有部分运动部件进入驾驶员的盲区，就无法安全操控。因此，这类遥控器无法在大型建筑工地上广泛应用。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种塔吊智能控制与操作系统，以克服目前现有技术存在的上述不足。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种塔吊智能控制与操作系统，包括智能规划子系统以及与所述智能规划子系统通讯连接的运行参数实时测量子系统、手持定位与控制终端、现场作业管理子系统、运动控制子系统；所述运行参数实时测量子系统包括运动部件实时位置信息采集单元以及塔机工况信息采集单元；所述的现场作业管理子系统至少包括信息输入模块和通讯模块；所述运行参数实时测量子系统和现场作业管理子系统将采集到的信息发送给所述智能规划子系统，所述智能规划子系统将接受到的信息发送给手持定位与控制终端，所述手持定位与控制终端接受所述智能规划子系统发送的信息后将其解析并以可读的形式在人机界面上进行显示，所述手持定位与控制终端还可通过输入单元输入操控信息并将操控信息发送给所述智能规划子系统，所述智能规划子系统将所述操控信息解析为控制命令，并根据控制命令与所述运动控制子系统通讯，以控制所述运动控制子系统执行对对应的塔机各个运动部件的控制。

进一步的，所述通讯连接方式为无线通信连接或有线通信连接。

进一步的，所述运行参数实时测量系统包含多个北斗卫星定位系统电路模块或全球卫星定位系统（GPS）电路模块。

进一步的，运动部件实时位置信息采集单元可采集塔吊的塔臂、小车、吊钩的位置信息。

进一步的，所述塔机工况信息采集单元可采集塔机的工况信息数据，所述工况信息数据至少包括塔臂倾角、风速。

进一步的，所述信息输入模块至少可输入工地位置信息、作业面形状和高度信息、周围障碍物信息、本塔机的位置和技术参数信息、相邻塔吊的位置和技术参数信息。

进一步的，所述输入单元具有以符号呈现的操作按钮和操作手柄，所述操作按钮至少包括塔吊控制申请、呼叫塔吊、塔吊复位、紧急制动、操作锁，所述的操作手柄至少包括塔臂左旋与右旋、小车前进与后退、吊钩升降三轴运动控制。

进一步的，所述控制命令为弱电信号。

进一步的，所述的运动控制子系统设有PLC，所述PLC可将所述弱电信号转化为强电信号。

进一步的，所述手持定位与控制终端还包括北斗卫星定位系统电路模块或全球卫星定位系统（GPS）电路模块。

本发明的有益效果：将塔吊的运行模式从人工控制变成计算机程序控制，操作人员只需通过手持定位和控制终端输入操作指令，后台智能规划子系统根据采集到的施工现场信息、塔机自身信息以及操作人员的操作指令，自动计算并规划吊车各运动部件的安全运行顺序和路径。本发明相对于传统的人工操作和遥控器控制模式，把塔吊司机从危险的工作环境中解放出来，操作过程简单高效，大大提升了塔吊作业的安全性和生产效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例所述的一种塔吊智能控制与操作系统功能方框图；

图中：1、智能规划子系统；2、手持定位与控制终端；3、运行参数实时测量子系统；4、运动控制子系统；5、现场作业管理子系统。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明实施例所述的一种塔吊智能控制与操作系统，包括智能规划子系统以及与所述智能规划子系统通讯连接的运行参数实时测量子系统、手持定位与控制终端、现场作业管理子系统、运动控制子系统。

运行参数实时测量子系统包括运动部件实时位置信息采集单元以及塔机工况信息采集单元。运动部件实时位置信息采集单元用于采集塔吊的塔臂、小车、吊钩的精准位置信息，其可以是一组北斗或GPS定位模块，还可以使用旋转编码器作为辅助装置，定位模块分别安装于驾驶室附近、小车、吊钩等位置。塔机工况信息采集单元包括风速传感器、高度传感器、倾角传感器、幅度传感器、重量传感器、回旋传感器，其用于采集塔机的塔臂倾角、风速、是否超重、是否达到限位等工况信息数据。

现场作业管理子系统可以运行在一个独立的台式机、工控机或手机端，它包括信息输入模块、通讯模块以及权限配置单元，信息输入模块能输入并及时调整工地作业面地理信息、周围障碍物地理信息、本塔机和相邻塔机的位置和技术参数信息等，通讯模块将输入的信息发送给智能规划子系统，为其提供安全运行参数，权限配置单元包括识别模块和权限配置模块，识别模块通过密码登录识别来识别用户，权限配置模块根据识别结果配置用户的操作权限，不同的用户和密码具有不同的权限范围。

手持定位与控制终端用于采集自生位置信息并将操作指令发送给智能规划子系统。它包括输入单元、显示单元、定位单元和通讯单元，输入单元包括以符号呈现的操作按钮和操作手柄，操作按钮至少包括塔吊控制申请、呼叫塔吊、塔吊复位、紧急制动、操作锁等，操作手柄至少包括塔臂左旋与右旋、小车前进与后退、吊钩升降三轴运动控制等；定位单元包括一个北斗卫星定位系统电路模块或全球卫星定位系统（GPS）电路模块。

智能规划子系统由一台处理机、存储器及其相应的通信模块以及相应的算法构成。智能规划子系统作用是读取手持定位与控制终端的指令，并结合手持定位终端的位置信息、运行参数实时测量子系统和作业管理子系统的数据，自动规划塔吊各运动部件的安全运行线路并形成系列控制指令发送给运动控制子系统。

运动控制子系统包括工业级的PLC，PLC能接受智能规划子系统的控制指令，并将弱电信号的控制指令转化成强电信号控制指令，进而操控塔机各个运动部件的运动模式，运动模式包括紧急制动、塔臂左旋与右旋、小车前进与后退、吊钩升降等。

如图1所示，运行参数实时测量子系统和现场作业管理子系统将采集到的信息发送给所述智能规划子系统，智能规划子系统将接受到的信息发送给手持定位与控制终端，手持定位与控制终端接受所述智能规划子系统发送的信息后将其解析并以可读的形式在人机界面上进行显示，手持定位与控制终端还可通过输入单元输入操控信息并将操控信息发送给所述智能规划子系统，智能规划子系统将所述操控信息解析为控制命令，并根据控制命令与所述运动控制子系统通讯，以控制所述运动控制子系统执行对对应的塔机各个运动部件的控制。

本发明一个实施例中，通讯连接方式为无线通信连接或有线通信连接。

现结合本发明一个实施例的实施方式对本发明的工作原理和有益效果作进一步说明：

步骤一，将塔吊智能控制与操作系统正确的安装在塔机上；

步骤二，启动并登录现场作业管理子系统，将本工地建筑物和障碍物的地理信息（经度、纬度和高度）、本塔吊和相邻塔吊的位置和技术参数输入系统，并在现场作业管理子系统中设置本塔机可以入网的手持终端名称、数量以及各自的操作权限；

步骤三，操作人员点击手持定位与操作终端上的操作按钮，手持终端将自己的位置信息（经度、纬度、高度）和操作指令一起发送给智能规划子系统；

步骤四，智能规划子系统读取手持定位与操作终端发送的操作指令，参考作业子系统和测量子系统的实时数据以及手持终端的位置信息，结合操作指令，自动规划出一个塔吊各运动部件安全运行的线路，并形成一系列操控指令发送给运行控制子系统；

步骤五，运行控制子系统根据智能规划子系统发送的指令，控制伺服电机运转，完成操作人员的意图。

本发明将塔吊的运行模式从人工控制变成计算机程序控制，操作人员只需通过手持定位和控制终端输入操作指令，后台智能规划子系统根据采集到的施工现场信息、塔机自身信息以及操作人员的操作指令，自动计算并规划吊车各运动部件的安全运行顺序和路径。本发明相对于传统的人工操作和遥控器控制模式，把塔吊司机从危险的工作环境中解放出来，操作过程简单高效，大大提升了塔吊作业的安全性和生产效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种塔吊智能控制与操作系统，其特征在于，包括智能规划子系统以及与所述智能规划子系统通讯连接的运行参数实时测量子系统、手持定位与控制终端、现场作业管理子系统、运动控制子系统；所述运行参数实时测量子系统包括运动部件实时位置信息采集单元以及塔机工况信息采集单元；所述的现场作业管理子系统至少包括信息输入模块和通讯模块；所述运行参数实时测量子系统和现场作业管理子系统将采集到的信息发送给所述智能规划子系统，所述智能规划子系统将接受到的信息发送给手持定位与控制终端，所述手持定位与控制终端接受所述智能规划子系统发送的信息后将其解析并以可读的形式在人机界面上进行显示，所述手持定位与控制终端还通过输入单元输入操控信息并将操控信息发送给所述智能规划子系统，所述智能规划子系统将所述操控信息解析为控制命令，并根据控制命令与所述运动控制子系统通讯，以控制所述运动控制子系统执行对对应的塔机各个运动部件的控制，所述运动部件实时位置信息采集单元可采集塔吊的塔臂、小车、吊钩的位置信息，所述塔机工况信息采集单元可采集塔机的工况信息数据，所述工况信息数据至少包括塔臂倾角、风速，所述信息输入模块至少可输入工地位置信息、作业面形状和高度信息、周围障碍物信息、本塔机的位置和技术参数信息、相邻塔吊的位置和技术参数信息，所述输入单元具有以符号呈现的操作按钮和操作手柄，所述操作按钮至少包括塔吊控制申请、呼叫塔吊、塔吊复位、紧急制动、操作锁，所述的操作手柄至少包括塔臂左旋与右旋、小车前进与后退、吊钩升降三轴运动控制；

所述塔吊智能控制与操作系统的使用方法具体为：步骤一，将塔吊智能控制与操作系统正确的安装在塔机上；步骤二，启动并登录现场作业管理子系统，将本工地建筑物和障碍物的地理信息即经度、纬度和高度、本塔吊和相邻塔吊的位置和技术参数输入系统，并在现场作业管理子系统中设置本塔机可以入网的手持终端名称、数量以及各自的操作权限；步骤三，操作人员点击手持定位与操作终端上的操作按钮，手持终端将自己的位置信息即经度、纬度、高度和操作指令一起发送给智能规划子系统；步骤四，智能规划子系统读取手持定位与操作终端发送的操作指令，参考作业子系统和测量子系统的实时数据以及手持终端的位置信息，结合操作指令，自动规划出一个塔吊各运动部件安全运行的线路，并形成一系列操控指令发送给运行控制子系统；步骤五，运行控制子系统根据智能规划子系统发送的指令，控制伺服电机运转，完成操作人员的意图。

2.根据权利要求1所述的一种塔吊智能控制与操作系统，其特征在于，所述通讯连接方式为无线通信连接或有线通信连接。

3.根据权利要求1所述的一种塔吊智能控制与操作系统，其特征在于，所述运行参数实时测量系统包含多个北斗卫星定位系统电路模块或全球卫星定位系统(GPS)电路模块。

4.根据权利要求1所述的一种塔吊智能控制与操作系统，其特征在于，所述控制命令为弱电信号。

5.根据权利要求4所述的一种塔吊智能控制与操作系统，其特征在于，所述的运动控制子系统设有PLC，所述PLC可将所述弱电信号转化为强电信号。

6.根据权利要求1所述的一种塔吊智能控制与操作系统，其特征在于，所述手持定位与控制终端还包括北斗卫星定位系统电路模块或全球卫星定位系统(GPS)电路模块。

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