CN109110647A - 一种智能塔吊控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能塔吊控制系统及方法，包括第一风扇、第二风扇、风扇防抖控制单元、风力抵消单元、红外传感单元、重力传感单元和中央处理器，所述第一风扇安装在塔吊的横杆尾部，为风扇防抖控制单元的执行部件；所述第二风扇安装在塔吊的竖直杆上半部，为风力抵消单元的执行部件；所述风扇防抖控制单元、风力抵消单元、红外传感单元、重力传感单元与中央处理器之间为无线数据传输。本发明的智能塔吊控制系统及方法，实时监测其的工作环境，并增加了防抖和风力抵消功能，保证安全和可靠的工作，智能化程度高，具有良好的应用前景。

Description

一种智能塔吊控制系统及方法

技术领域

本发明涉及智能控制技术领域，具体涉及一种智能塔吊控制系统及方法。

背景技术

目前，塔吊在现代建筑建设中应用十分广泛。随着建筑市场技术的发展和建筑市场的需要，建筑施工呈现出向高、大、难、快方向发展的特点，从而建筑机械化在施工中发挥着极其重要和不可代替的作用。其中，起重机械设备尤其塔吊更是以其快速、便捷、高效的工作性能而迅速成为建筑施工中使用最为普遍、数量最多的机械设备。

从安全角度讲，塔吊属于特种设备，因设备本身和外在因素影响极容易发生事故，并且一旦发生事故往往会造成较大的人身伤亡及重大经济损失。近年来，全国接连不断发生塔吊倒塌而造成的机毁人亡的重大事故，给广大建筑工人的生命财产造成重大损失，也给建筑企业的声誉和业务扩展造成了无法估量影响。

如何能够使塔吊在恶劣的自然环境下，实时监测其的工作环境，保证安全和可靠的工作，以便提高工作效率，是当前急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中塔吊在工作中，存在较大安全风险的问题。本发明的智能塔吊控制系统及方法，实时监测其的工作环境，并增加了防抖和风力抵消功能，保证安全和可靠的工作，智能化程度高，具有良好的应用前景。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种智能塔吊控制系统，包括第一风扇、第二风扇、风扇防抖控制单元、风力抵消单元、红外传感单元、重力传感单元和中央处理器，

所述第一风扇安装在塔吊的横杆尾部，为风扇防抖控制单元的执行部件；

所述第二风扇安装在塔吊的竖直杆上半部，为风力抵消单元的执行部件；

所述风扇防抖控制单元，用于实时监测塔吊的横杆、竖直杆之间的夹角，将监测夹角信号实时传送给中央处理器，并接收中央处理器发送的防抖控制信号，并控制第一风扇的正转、反转以及旋转速度，保证在塔吊的工作臂维持在初始方向上；

所述风力抵消单元，用于实时监测塔吊所处环境自然风的风力、风向，并将监测风数据实时传送给中央处理器，并接收中央处理器的抵消控制信号，以便控制第二风扇的正转、反转以及旋转速度；

所述红外传感单元，设置有两组红外传感器，将两组红外传感器分别安装在起吊重物和目标位置上，中央处理器接收两组红外传感器的输出红外信号，实现起吊重物的定位；

所述重力传感单元，用于实时测量起吊重物的重量，并将重量数据传送给中央处理器；

所述中央处理器，用于接收夹角信号、重量数据、风数据、两组红外传感器的输出红外信号进行处理后，并输出防抖控制信号、抵消控制信号给风扇防抖控制单元、风力抵消单元，控制对应的第一风扇、第二风扇的正转、反转以及旋转速度，保证塔吊的正常运行；

所述风扇防抖控制单元、风力抵消单元、红外传感单元、重力传感单元与中央处理器之间为无线数据传输。

前述的一种智能塔吊控制系统，所述风力抵消单元包括风力风向传感器，所述风力风向传感器安装在塔吊的顶部，用于实时监测塔吊所处环境自然风的风力、风向。

前述的一种智能塔吊控制系统，所述风力抵消单元包括角度传感器，所述角度传感器安装在塔吊的工作臂、竖直杆之间，用于实时监测塔吊的工作臂、竖直杆之间的夹角。

前述的一种智能塔吊控制系统，所述第二风扇安装在塔吊的竖直杆上半部，可通过驱动电机控制第二风扇的扇叶朝向，所述第二风扇工作时，扇叶正对自然风的方向，所述驱动电机与中央处理器相连接。

一种智能塔吊控制系统的控制方法，包括以下步骤，

步骤（A），将红外传感单元的一组红外传感器安装于起吊重物上，另一组红外传感器安装于目标位置上；

步骤（B），塔吊工作时，起吊重物上红外传感器、目标位置上的红外传感器将各自的空间位置，发送给中央处理器，控制塔吊的吊钩在相应的位置高度落下，起吊重物上红外传感器实时测量与起吊重物之间的高度信息，并发送给中央处理器；

步骤（C），当高度信息低于1米时，减缓塔吊吊钩的降落速度，当高度为0 时，通过起吊重物放置到塔吊吊钩上，中央处理器控制塔吊臂旋转到目标位置所在的直线位置上，目标位置的红外传感器将起吊重物的实时高度信息，发送给中央处理器，中央处理器控制重物吊送速度；

步骤（D），在塔吊臂提拉起吊重物过程中，重力传感单元工作，将检测到的重力数据发送给中央处理器，中央处理器接收重力参数，并启动风扇防抖控制单元工作，通过其内部的角度传感器实时监测塔吊的工作臂、竖直杆之间的夹角，并发送给中央处理器；

步骤（E），中央处理器根据接收重力参数和塔吊的工作臂、竖直杆之间的夹角信息，控制对应的第一风扇的正转、反转以及旋转速度，保证塔吊的正常运行；

步骤（F），在塔吊工作过程中，风力抵消单元存在工作状态，风力风向传感器将获取的风力、风向信息传送给中央处理器，中央处理器发出抵消控制信号，以便控制第二风扇的正转、反转以及旋转速度，维持塔吊在竖直方向稳定性。

前述的智能塔吊控制系统的控制方法，步骤（E），中央处理器根据接收重力参数和塔吊的工作臂、竖直杆之间的夹角信息，控制对应的第一风扇的正转、反转以及旋转速度，保证塔吊的正常运行，包括以下步骤，

（E1），在起吊重物没有脱离地面前，第一风扇均加速的增加旋转速率，且控制塔吊的工作臂维持在初始方向上，并提拉起吊重物；

（E2），在起吊重物与地面脱离时，重力参数恒定，此时中央处理器控制第一扇叶匀速旋转，维持塔吊平衡，并控制起吊重物以恒定的速度上升；

（E3），在起吊重物达到目标位置时，需要放下时，控制第一风扇相同旋转速度反方向旋转，并均减速的减小旋转速率，直到起吊重物放下，维持塔吊平衡。

前述的智能塔吊控制系统的控制方法，在塔吊非工作时，当横杆与塔吊的竖直杆之间的夹角出现变化时，中央处理器接收到塔吊的工作臂、竖直杆之间的夹角信息，控制第一风散正向或者反向旋转，维持该夹角不变。

前述的智能塔吊控制系统的控制方法，步骤（F），在塔吊工作过程中，风力抵消单元存在工作状态，风力风向传感器将获取的风力、风向信息传送给中央处理器，中央处理器发出抵消控制信号，以便控制第二风扇的正转、反转以及旋转速度，维持塔吊在竖直方向稳定性，包括以下步骤，

（F1），风力风向传感器实时将自然风的风力参数、风向参数发送给中央处理器；

（F2），中央处理器根据收到的风力参数、风向参数，判断是否超过风力阈值，若超过风力阈值时，执行步骤（F3）；若不超过风力参数大小，重复步骤（F1）；

（F3），中央处理器通过驱动电机控制第二风扇的扇叶正对自然风的风向，并根据自然风的风力参数大小，并第二风扇的扇叶正的旋转的速率，产生与自然风风力参数大小相同的风力，两者产生相反的气流，维持塔吊在竖直方向稳定性。

前述的智能塔吊控制系统的控制方法，所述风力阈值为四级风。

本发明的有益效果是：本发明的智能塔吊控制系统及方法，实时监测其的工作环境，并增加了防抖和风力抵消功能，保证安全和可靠的工作，智能化程度高，具体表现如下：

（1）增加风扇防抖控制单元，保证在塔吊的横杆与塔吊的竖直杆之间的夹角维持不变，维持塔吊平衡；

（2）增加的风力抵消单元，用于实时监测塔吊所处环境自然风的风力、风向，并将监测风数据实时传送给中央处理器，并接收中央处理器的抵消控制信号，以便控制第二风扇的正转、反转以及旋转速度，维持塔吊在竖直方向稳定性；

（3）增加了红外传感单元，实现起吊重物的定位。

附图说明

图1是本发明的智能塔吊控制系统的系统框图；

图2是本发明的智能塔吊控制系统的具体装配图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明的智能塔吊控制系统，包括第一风扇、第二风扇、风扇防抖控制单元、风力抵消单元、红外传感单元、重力传感单元和中央处理器，

所述第一风扇安装在塔吊的横杆尾部，为风扇防抖控制单元的执行部件；

所述第二风扇安装在塔吊的竖直杆上半部，为风力抵消单元的执行部件；

所述风扇防抖控制单元，用于实时监测塔吊的工作臂、竖直杆之间的夹角，将监测夹角信号实时传送给中央处理器，并接收中央处理器发送的防抖控制信号，并控制第一风扇的正转、反转以及旋转速度，保证在塔吊的工作臂维持在初始方向上；

所述风力抵消单元，用于实时监测塔吊所处环境自然风的风力、风向，并将监测风数据实时传送给中央处理器，并接收中央处理器的抵消控制信号，以便控制第二风扇的正转、反转以及旋转速度；

所述红外传感单元，设置有两组红外传感器，将两组红外传感器分别安装在起吊重物和目标位置上，中央处理器接收两组红外传感器的输出红外信号，实现起吊重物的定位；

所述重力传感单元，用于实时测量起吊重物的重量，并将重量数据传送给中央处理器；

所述中央处理器，用于接收夹角信号、重量数据、风数据、两组红外传感器的输出红外信号进行处理后，并输出防抖控制信号、抵消控制信号给风扇防抖控制单元、风力抵消单元，控制对应的第一风扇、第二风扇的正转、反转以及旋转速度，保证塔吊的正常运行；

所述风扇防抖控制单元、风力抵消单元、红外传感单元、重力传感单元与中央处理器之间为无线数据传输，便于安装，无线布线，使用方便，便于智能塔吊控制系统更好的推广。

优选的，所述风力抵消单元包括风力风向传感器，所述风力风向传感器安装在塔吊的顶部，用于实时监测塔吊所处环境自然风的风力、风向。

优选的，所述风力抵消单元包括角度传感器，所述角度传感器安装在塔吊的工作臂、竖直杆之间，用于实时监测塔吊的工作臂、竖直杆之间的夹角。

优选的，所述第二风扇安装在塔吊的竖直杆上半部，可通过驱动电机控制第二风扇的扇叶朝向，所述第二风扇工作时，扇叶正对自然风的方向，所述驱动电机与中央处理器相连接。

根据本发明的智能塔吊控制系统的控制方法，包括以下步骤，

步骤（A），将红外传感单元的一组红外传感器安装于起吊重物上，另一组红外传感器安装于目标位置上；

步骤（B），塔吊工作时，起吊重物上红外传感器、目标位置上的红外传感器将各自的空间位置，发送给中央处理器，控制塔吊的吊钩在相应的位置高度落下，起吊重物上红外传感器实时测量与起吊重物之间的高度信息，并发送给中央处理器；

步骤（C），当高度信息低于1米时，减缓塔吊吊钩的降落速度，当高度为0 时，通过起吊重物放置到塔吊吊钩上，中央处理器控制塔吊臂旋转到目标位置所在的直线位置上，目标位置的红外传感器将起吊重物的实时高度信息，发送给中央处理器，中央处理器控制重物吊送速度；

步骤（D），在塔吊臂提拉起吊重物过程中，重力传感单元工作，将检测到的重力数据发送给中央处理器，中央处理器接收重力参数，并启动风扇防抖控制单元工作，通过其内部的角度传感器实时监测塔吊的工作臂、竖直杆之间的夹角，并发送给中央处理器；

步骤（E），中央处理器根据接收重力参数和塔吊的工作臂、竖直杆之间的夹角信息，控制对应的第一风扇的正转、反转以及旋转速度，保证塔吊的正常运行，包括以下步骤，

（E1），在起吊重物没有脱离地面前，第一风扇均加速的增加旋转速率，且控制塔吊的工作臂与塔吊的竖直杆之间的夹角不变，并提拉起吊重物；

（E2），在起吊重物与地面脱离时，重力参数恒定，此时中央处理器控制第一扇叶匀速旋转，维持塔吊平衡，并控制起吊重物以恒定的速度上升；

（E3），在起吊重物达到目标位置时，需要放下时，控制第一风扇相同旋转速度反方向旋转，并均减速的减小旋转速率，直到起吊重物放下，维持塔吊平衡；

步骤（F），在塔吊工作过程中，风力抵消单元存在工作状态，风力风向传感器将获取的风力、风向信息传送给中央处理器，中央处理器发出抵消控制信号，以便控制第二风扇的正转、反转以及旋转速度，维持塔吊在竖直方向稳定性，包括以下步骤，

（F1），风力风向传感器实时将自然风的风力参数、风向参数发送给中央处理器；

（F2），中央处理器根据收到的风力参数、风向参数，判断是否超过风力阈值，若超过风力阈值时，执行步骤（F3）；若不超过风力参数大小，重复步骤（F1），优选的风力阈值为四级风；

（F3），中央处理器通过驱动电机控制第二风扇的扇叶正对自然风的风向，并根据自然风的风力参数大小，并第二风扇的扇叶正的旋转的速率，产生与自然风风力参数大小相同的风力，两者产生相反的气流，维持塔吊在竖直方向稳定性。

本发明在塔吊非工作时，当工作臂与塔吊的竖直杆之间的夹角出现变化时，中央处理器接收到塔吊的横杆、竖直杆之间的夹角信息，控制第一风散正向或者反向旋转，维持该夹角不变。

优选的，本发明的智能塔吊控制系统的具体装配图，如图2所示，用第一风扇1取代塔吊的横杠2尾部的重物块，在塔吊的竖直杆3上加一导轨4，导轨4上加第二风扇5，通过驱动电机控制第二风扇5在导轨上的位置，从而改变第二风扇扇叶的朝向，在塔吊的顶部装设风力风向传感器6，在塔吊吊钩处装设压力传感器7重力传感单元），用中央处理器取可设置在塔吊驾驶室8内，还能够远程遥控对塔吊进行开关机。

综上所述，本发明的智能塔吊控制系统及方法，实时监测其的工作环境，并增加了防抖和风力抵消功能，保证安全和可靠的工作，智能化程度高，具体表现如下：

（1）增加风扇防抖控制单元，保证在塔吊的工作臂与塔吊的竖直杆之间的夹角维持不变，维持塔吊平衡；

（2）增加的风力抵消单元，用于实时监测塔吊所处环境自然风的风力、风向，并将监测风数据实时传送给中央处理器，并接收中央处理器的抵消控制信号，以便控制第二风扇的正转、反转以及旋转速度，维持塔吊在竖直方向稳定性；

（3）增加了红外传感单元，实现起吊重物的定位。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同。

Claims (9)

1.一种智能塔吊控制系统，其特征在于：包括第一风扇、第二风扇、风扇防抖控制单元、风力抵消单元、红外传感单元、重力传感单元和中央处理器，

所述第一风扇安装在塔吊的横杆尾部，为风扇防抖控制单元的执行部件；

所述第二风扇安装在塔吊的竖直杆上半部，为风力抵消单元的执行部件；

所述风扇防抖控制单元，用于实时监测塔吊的工作臂、竖直杆之间的夹角，将监测夹角信号实时传送给中央处理器，并接收中央处理器发送的防抖控制信号，并控制第一风扇的正转、反转以及旋转速度，保证在塔吊的工作臂维持初始方向上；

所述风力抵消单元，用于实时监测塔吊所处环境自然风的风力、风向，并将监测风数据实时传送给中央处理器，并接收中央处理器的抵消控制信号，以便控制第二风扇的正转、反转以及旋转速度；

所述红外传感单元，设置有两组红外传感器，将两组红外传感器分别安装在起吊重物和目标位置上，中央处理器接收两组红外传感器的输出红外信号，实现起吊重物的定位；

所述重力传感单元，用于实时测量起吊重物的重量，并将重量数据传送给中央处理器；

所述中央处理器，用于接收夹角信号、重量数据、风数据、两组红外传感器的输出红外信号进行处理后，并输出防抖控制信号、抵消控制信号给风扇防抖控制单元、风力抵消单元，控制对应的第一风扇、第二风扇的正转、反转以及旋转速度，保证塔吊的正常运行；

所述风扇防抖控制单元、风力抵消单元、红外传感单元、重力传感单元与中央处理器之间为无线数据传输。

2.根据权利要求1所述的一种智能塔吊控制系统，其特征在于：所述风力抵消单元包括风力风向传感器，所述风力风向传感器安装在塔吊的顶部，用于实时监测塔吊所处环境自然风的风力、风向。

3.根据权利要求1所述的一种智能塔吊控制系统，其特征在于：所述风力抵消单元包括角度传感器，所述角度传感器安装在塔吊的工作臂、竖直杆之间，用于实时监测塔吊的工作臂、竖直杆之间的夹角。

4.根据权利要求1所述的一种智能塔吊控制系统，其特征在于：所述第二风扇安装在塔吊的竖直杆上半部，可通过驱动电机控制第二风扇的扇叶朝向，所述第二风扇工作时，扇叶正对自然风的方向，所述驱动电机与中央处理器相连接。

5.根据权利要求1-4任一项所述的智能塔吊控制系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤（A），将红外传感单元的一组红外传感器安装于起吊重物上，另一组红外传感器安装于目标位置上；

步骤（B），塔吊工作时，起吊重物上红外传感器、目标位置上的红外传感器将各自的空间位置，发送给中央处理器，控制塔吊的吊钩在相应的位置高度落下，起吊重物上红外传感器实时测量与起吊重物之间的高度信息，并发送给中央处理器；

步骤（C），当高度信息低于1米时，减缓塔吊吊钩的降落速度，当高度为0 时，通过起吊重物放置到塔吊吊钩上，中央处理器控制塔吊臂旋转到目标位置所在的直线位置上，目标位置的红外传感器将起吊重物的实时高度信息，发送给中央处理器，中央处理器控制重物吊送速度；

步骤（D），在塔吊臂提拉起吊重物过程中，重力传感单元工作，将检测到的重力数据发送给中央处理器，中央处理器接收重力参数，并启动风扇防抖控制单元工作，通过其内部的角度传感器实时监测塔吊的工作臂、竖直杆之间的夹角，并发送给中央处理器；

步骤（E），中央处理器根据接收重力参数和塔吊的工作臂、竖直杆之间的夹角信息，控制对应的第一风扇的正转、反转以及旋转速度，保证塔吊的正常运行；

步骤（F），在塔吊工作过程中，风力抵消单元存在工作状态，风力风向传感器将获取的风力、风向信息传送给中央处理器，中央处理器发出抵消控制信号，以便控制第二风扇的正转、反转以及旋转速度，维持塔吊在竖直方向稳定性。

6.根据权利要求5所述的智能塔吊控制系统的控制方法，其特征在于：步骤（E），中央处理器根据接收重力参数和塔吊的工作臂、竖直杆之间的夹角信息，控制对应的第一风扇的正转、反转以及旋转速度，保证塔吊的正常运行，包括以下步骤，

（E1），在起吊重物没有脱离地面前，第一风扇均加速的增加旋转速率，且控制塔吊的横杆与塔吊的竖直杆之间的夹角在安全夹角内，并提拉起吊重物；

（E2），在起吊重物与地面脱离时，重力参数恒定，此时中央处理器控制第一扇叶匀速旋转，维持塔吊平衡，并控制起吊重物以恒定的速度上升；

（E3），在起吊重物达到目标位置时，需要放下时，控制第一风扇相同旋转速度反方向旋转，并均减速的减小旋转速率，直到起吊重物放下，维持塔吊平衡。

7.根据权利要求5所述的智能塔吊控制系统的控制方法，其特征在于：在塔吊非工作时，当工作臂与塔吊的竖直杆之间的夹角出现变化时，中央处理器接收到塔吊的横杆、竖直杆之间的夹角信息，控制第一风散正向或者反向旋转，维持塔吊的工作臂维持初始方向上。

8.根据权利要求5所述的智能塔吊控制系统的控制方法，其特征在于：步骤（F），在塔吊工作过程中，风力抵消单元存在工作状态，风力风向传感器将获取的风力、风向信息传送给中央处理器，中央处理器发出抵消控制信号，以便控制第二风扇的正转、反转以及旋转速度，维持塔吊在竖直方向稳定性，包括以下步骤，

（F1），风力风向传感器实时将自然风的风力参数、风向参数发送给中央处理器；

（F2），中央处理器根据收到的风力参数、风向参数，判断是否超过风力阈值，若超过风力阈值时，执行步骤（F3）；若不超过风力参数大小，重复步骤（F1）；

（F3），中央处理器通过驱动电机控制第二风扇的扇叶正对自然风的风向，并根据自然风的风力参数大小，并第二风扇的扇叶正的旋转的速率，产生与自然风风力参数大小相同的风力，两者产生相反的气流，维持塔吊在竖直方向稳定性。

9.根据权利要求8所述的智能塔吊控制系统的控制方法，其特征在于：所述风力阈值为四级风。