CN110127526A - 一种用于塔式起重机的智慧预警系统 - Google Patents
一种用于塔式起重机的智慧预警系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于塔式起重机的智慧预警系统,其包括传感器单元、塔机控制单元、塔机信息记录单元、预警单元、通信单元、智慧平台单元和平台服务器,并通过各单元之间的数据交互和平台服务器的配合,实现了塔式起重机的智慧预警功能。本发明通过对塔吊自身和其环境的多方位实时监控及数据采集,对其数据进行智能分析,进而形成自动预警,从而提高了塔吊施工的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及塔吊监控系统领域,尤其涉及一种用于塔式起重机的智慧预警系统。
背景技术
塔吊是建筑工地上最常用的一种起重设备,用来起吊施工用的钢筋、木楞、混凝土、钢管等施工的原材料,也是工地上一种必不可少的设备;随着城市建设的扩大,施工工地越来越多,因此其塔吊的数量也就越来越多,有时一个工地内甚至树立着数十个的塔吊,而在塔吊的使用中,对塔吊的监管也存在着越来越多的问题,其新闻报道关于塔吊发生事故的问题也越来越多,而对于施工方对塔吊的监测和维护需要大量的人员投入和财力投入,因此也存在着监管不到位的情况发生,同时其当地的监管部门也不能实现对该地区内的塔吊进行有效的监视,存在安全隐患,目前城市建筑楼宇的密集型施工使得塔吊机作业环境变得复杂。建筑施工塔吊机群吊装作业时存在两台及以上塔吊机交叉重叠作业,而指挥塔吊机群吊装作业现有系统是采用“操作员+吊装员”组合方式来实现的。这种系统,对人的综合素质要求严格,需要操作员与吊装员建立统一关系、密切配合才可完成吊装作业,操控流程复杂,人力成本高;另外,人为操作或指挥失误容易引发安全事故,比如塔吊机之间碰撞或塔吊机与周围建筑物之间的碰撞等。为避免塔吊机群在交叉重叠区域进行吊装作业中发生碰撞事故,亟待一类能够实时监控塔吊机吊装运行且能发出预警信号的建筑施工塔吊机预警系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于塔式起重机的智慧预警系统,通过对塔吊自身和其环境的多方位实时监控及数据采集,对其数据进行智能分析,进而形成自动预警,从而提高了塔吊施工的安全性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种用于塔式起重机的智慧预警系统,其包括传感器单元、塔机控制单元、塔机信息记录单元、预警单元、通信单元、智慧平台单元和平台服务器,其中:
传感器单元用于监控并采集塔式起重机载荷及相应环境数据,并与塔机控制单元电连接,同时通过通信单元与智慧平台单元进行数据交互;
塔机控制单元与塔机信息记录单元电连接,同时通过通信单元与智慧平台单元进行数据交互,其用于显示传感器所采集的数据以及向相通的各器件发送控制命令和数据;
预警单元与传感器单元、塔机控制单元电连接,同时通过通信单元与智慧平台单元进行数据交互;
通信单元包括无线路由器,其用于向传感器单元、塔机控制单元、预警单元和智慧平台单元提供通讯连接;
智慧平台单元用于塔式起重机外部的后台操控,其通过流式数据处理过程建立塔吊运行数据库,并同时提供实时监控进行预警;
平台服务器通过电缆与智慧平台单元连接,同时与塔机控制单元、预警单元和通信单元无线连接。
优选的,所述传感器单元包括倾角传感器、速度传感器、温度传感器、光敏传感器、力敏传感器距离传感器,上述传感器均通过12C总线与塔机控制单元电连接。
优选的,所述塔机控制单元包括传感器数据采集模块、数据处理模块、显示模块、wifi模块和控制端。
优选的,所述塔机信息记录单元包括数据采集模块、数据存储模块和记录管理模块。
优选的,所述预警单元包括数据处理单元、wifi模块和警巡单元,其中,警巡单元用于对智慧平台单元的数据进行遍历查询。
优选的,所述流式数据处理过程包括:
S1,通过传感器单元获取实时数据,并通过智慧平台单元将其数据归类;
S2,智慧平台单元将归类后的数据进行增量计算;
S3,对前述步骤中所计算出的增量进行分布式并行计算;
S4,基于前述步骤中的计算结果按照时间阈值进行归类;
S5,针对前述步骤中的归类数据进行动态处理,其动态数据呈现于智慧平台单元中。
优选的,所述步骤S2中的增量计算公式包括:
其中,T为时间值,T小于等于108;a为倾角传感器101所对应的倾斜度值,为其均值;b为速度传感器102所对应的速度值,为其均值;c为温度传感器103所对应的温度值,为其均值;d为光敏传感器104所对应的光照值,为其均值;e为力敏传感器105所对应的力度值,为其对应值;F1至F5分别对应上述五种传感器的对应阈值,为其均值;M为增量值。
优选的,所述步骤S3包括通过MPI将和分为5个数据块,每一个数据块对应一个均值,将数据块与增量进行并行计算,该并行计算公式为:
其中,为每个数据块所对应的参考值,该参考值不限于正负,N为并行计算的总值。
优选的,所述步骤S3包括通过MPI将和分为5个数据块,每一个数据块对应一个均值,将数据块与增量进行并行计算,该并行计算公式为:
其中,i为数据块的单位变量,j为数据块数据块的单位变量的替代值,f(Xj)为每个数据块所对应的参考值,该参考值不限于正负,N为并行计算的总值。
优选的,所述预警单元对判断正负,若负,则触发报警机制,该报警机制包括分别向塔机控制单元、塔机信息记录单元和智慧平台单元发送警报信息。
本发明的有益效果在于:通过预警机制的设立,充分避免了人工作业带来的失误问题;同时通过大数据分析形成预警数据可视化,旨在塔吊操作员进行控制监控的同时,后台工作人员也可从中进行协调及塔吊群工作状态分析,进而达到预警智能化、报警自动化,从而加强了操作员的工作效率,提高了塔吊作业的安全性。
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,下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明,下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例,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附图:
图1为本发明一种用于塔式起重机的智慧预警系统的模块结构示意图;
图2为本发明一种用于塔式起重机的智慧预警系统的流式数据处理过程的流程示意图。
其中:1、传感器单元;2、塔机控制单元;3、塔机信息记录单元;4、预警单元;5、通信单元;6、智慧平台单元;7、平台服务器;101、倾角传感器;102、速度传感器;103、温度传感器;104、光敏传感器;105、力敏传感器;201、传感器数据采集模块;202、数据处理模块;203、显示模块;204、wifi模块;205、控制端;301、数据采集模块;302、数据存储模块;303、记录管理模块;401、数据处理单元;402、wifi模块;403、警巡单元。
具体实施方式
为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述的实施例是本发明的部分实施例,而不是全部实施例。基于本发明的实施例,本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明的保护范围。
一种用于塔式起重机的智慧预警系统,其包括传感器单元1、塔机控制单元2、塔机信息记录单元3、预警单元4、通信单元5、智慧平台单元6和平台服务器7,其中:
传感器单元1用于监控并采集塔式起重机载荷及相应环境数据,并与塔机控制单元2电连接,同时通过通信单元5与智慧平台单元6进行数据交互;
塔机控制单元2与塔机信息记录单元3电连接,同时通过通信单元5与智慧平台单元6进行数据交互,其用于显示传感器所采集的数据以及向相通的各器件发送控制命令和数据;
预警单元4与传感器单元1、塔机控制单元2电连接,同时通过通信单元5与智慧平台单元6进行数据交互;
通信单元5包括无线路由器,其用于向传感器单元1、塔机控制单元2、预警单元4和智慧平台单元6提供通讯连接;
智慧平台单元6用于塔式起重机外部的后台操控,其通过流式数据处理过程建立塔吊运行数据库,并同时提供实时监控进行预警;
平台服务器7通过电缆与智慧平台单元6连接,同时与塔机控制单元2、预警单元4和通信单元5无线连接。
进一步地,所述传感器单元1包括倾角传感器101、速度传感器102、温度传感器103、光敏传感器104、力敏传感器105距离传感器106,上述传感器均通过12C总线与塔机控制单元2电连接,连接稳定,速度快,效果好。
进一步地,所述塔机控制单元2包括传感器数据采集模块201、数据处理模块202、显示模块203、wifi模块204和控制端205,模块逻辑结构完整,功能性更强。
进一步地,所述塔机信息记录单元3包括数据采集模块301、数据存储模块302和记录管理模块303,简单明了,明确性更强。
进一步地,所述预警单元4包括数据处理单元401、wifi模块402和警巡单元403,其中,警巡单元用于对智慧平台单元6的数据进行遍历查询,保险系数高,增强安全性。
进一步地,所述流式数据处理过程包括:
S1,通过传感器单元1获取实时数据,并通过智慧平台单元6将其数据归类;
S2,智慧平台单元6将归类后的数据进行增量计算;
S3,对前述步骤中所计算出的增量进行分布式并行计算;
S4,基于前述步骤中的计算结果按照时间阈值进行归类;
S5,针对前述步骤中的归类数据进行动态处理,其动态数据呈现于智慧平台单元6中,实现智能化归类,处理更加快捷,实用性强。
进一步地,所述步骤S2中的增量计算公式包括:
其中,T为时间值,T小于等于108;a为倾角传感器101所对应的倾斜度值,为其均值;b为速度传感器102所对应的速度值,为其均值;c为温度传感器103所对应的温度值,为其均值;d为光敏传感器104所对应的光照值,为其均值;e为力敏传感器105所对应的力度值,为其对应值;F1至F5分别对应上述五种传感器的对应阈值,为其均值;M为增量值。
进一步地,所述步骤S3包括通过MPI将和分为5个数据块,每一个数据块对应一个均值,将数据块与增量进行并行计算,该并行计算公式为:
其中,为每个数据块所对应的参考值,该参考值不限于正负,N为并行计算的总值。
进一步地,f(Xj)所述预警单元对判断正负,若负,则触发报警机制,该报警机制包括分别向塔机控制单元2、塔机信息记录单元3和智慧平台单元6发送警报信息。判断目标明确,执行快捷。
具体地,预警单元中的传感器固定在塔机外部上,倾角传感器用于检测塔吊与地面的倾斜程度,以防止其倾翻;速度传感器用于检测塔吊运转速度,以防止其超速而难以控制撞上相邻塔吊;温度传感器用于监测驾驶室和塔机中设备的温度,一方面对塔机设备运行过载进行监控,另一方面在操作员进入塔吊操作室前后进行温度感应,进而提醒操作员是否处于不合适工作的温度环境;光敏传感器用于监测光照强度,考虑到在阳光照射极强之时会对操作员的视线造成影响,在此需要对其作出提醒;力敏传感器用于监测塔吊的负荷情况,以及一些关键连接部位的压力大小,从而通过智慧平台能够分析出塔吊的健康状况;距离传感器用于通过红外线对障碍物距离进行检测,以在超过设定缓冲安全距离时激发预警单元的报警机制,进而使操作员在最短相撞距离之前知晓危险,同时在塔吊机群环境中,所有塔吊的参数均在智慧平台单元中供后台人员查看,进而后台人员可根据塔吊机群整体工作状态进行协调和警报。上述传感器均通过电缆与塔机控制单元的传感器数据采集模块相连接,当然,根据特定塔吊或环境的需要,上述传感器不限于1个的使用。
传感器数据采集模块用于采集传感器的检测数据以及向其发送相应指令,同时将此数据通过wifi模块和路由器分发至预警单元和平台服务器中;传感器数据采集模块所采集后的检测数据将发送至数据处理模块进行数据处理,以呈现至显示模块中供操作员查看,操作员通过控制端进行操作,进而该操作动作经数据处理模块转换成程序命令,进而操控传感器以及与预警单元和智慧平台单元进行数据交互。
塔机信息记录单元中的数据采集模块通过电缆与塔机控制单元中的传感器数据采集模块相连通,传感器数据采集模块每一次所采集的数据均会发送至数据存储模块中进行存储,而记录管理模块以日为单位对数据存储模块中的数据进行区域划分,每一日为一个区域,以形成每日塔吊工作环境参数记录,塔机控制单元和智慧平台单元可随时对其数据进行调取。
预警单元通过wifi模块收集实时的传感器数据,其数据处理单元就用于对每日传感器数据进行处理,数据处理单元设置有倾斜角度、速度、加速度、温度、光照强度、压力、张力等参数的阀值,其具体阀值视具体的塔吊规格和施工环境为参考,所述阀值为本领域技术人员所熟知的参数,在此不作为本发明的保护内容。警训单元用于当本单元所接收的传感器数据超过其阀值,便通过wifi模块向塔机控制单元和智慧平台单元发送报警指示。同时,警训单元还包括正负值判断法则,警训单元通过PLC控制系统定时对智慧平台单元的运行库数据进行遍历查询,以主动获取运行库的模拟数据,预先对塔机控制单元发出报警指示,在此过程中,警训单元对智慧平台单元中的f(Xj)值进行比较,若遇负则会触发警报反馈命令,当然,基于人为的合理判断,使用者可以在后台通过智慧平台单元手动取消警报。
平台服务器用于向智慧平台单元提供数据交互功能和逻辑运算处理,智慧平台单元包括通过流式数据处理过程完成模拟运行库的建设,通过增量和并行计算得出数据,并按照时间分划分为各个区域,智慧平台单元还包括电脑端,该电脑端用于后台人员进行观测和操作,最终经动态处理后的数据将呈现于该电脑端中。
Claims (10)
1.一种用于塔式起重机的智慧预警系统,其特征在于,其包括传感器单元(1)、塔机控制单元(2)、塔机信息记录单元(3)、预警单元(4)、通信单元(5)、智慧平台单元(6)和平台服务器(7),其中:
传感器单元(1)用于监控并采集塔式起重机载荷及相应环境数据,并与塔机控制单元(2)电连接,同时通过通信单元(5)与智慧平台单元(6)进行数据交互;
塔机控制单元(2)与塔机信息记录单元(3)电连接,同时通过通信单元(5)与智慧平台单元(6)进行数据交互,其用于显示传感器所采集的数据以及向相通的各器件发送控制命令和数据;
预警单元(4)与传感器单元(1)、塔机控制单元(2)电连接,同时通过通信单元(5)与智慧平台单元(6)进行数据交互;
通信单元(5)包括无线路由器,其用于向传感器单元(1)、塔机控制单元(2)、预警单元(4)和智慧平台单元(6)提供通讯连接;
智慧平台单元(6)用于塔式起重机外部的后台操控,其通过流式数据处理过程建立塔吊运行数据库,并同时提供实时监控进行预警;
平台服务器(7)通过电缆与智慧平台单元(6)连接,同时与塔机控制单元(2)、预警单元(4)和通信单元(5)无线连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于塔式起重机的智慧预警系统,其特征在于,所述传感器单元(1)包括倾角传感器(101)、速度传感器(102)、温度传感器(103)、光敏传感器(104)、力敏传感器(105)和距离传感器(106),上述传感器均通过12C总线与塔机控制单元(2)电连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于塔式起重机的智慧预警系统,其特征在于,所述塔机控制单元(2)包括传感器数据采集模块(201)、数据处理模块(202)、显示模块(203)、wifi模块(204)和控制端(205)。
4.根据权利要求1所述的一种用于塔式起重机的智慧预警系统,其特征在于,所述塔机信息记录单元(3)包括数据采集模块(301)、数据存储模块(302)和记录管理模块(303)。
5.根据权利要求1所述的一种用于塔式起重机的智慧预警系统,其特征在于,所述预警单元(4)包括数据处理单元(401)、wifi模块(402)和警巡单元(403),其中,警巡单元用于对智慧平台单元(6)的数据进行遍历查询。
6.根据权利要求1至5所述的一种用于塔式起重机的智慧预警系统,其特征在于,所述流式数据处理过程包括:
S1,通过传感器单元(1)获取实时数据,并通过智慧平台单元(6)将其数据归类;
S2,智慧平台单元(6)将归类后的数据进行增量计算;
S3,对前述步骤中所计算出的增量进行分布式并行计算;
S4,基于前述步骤中的计算结果按照时间阈值进行归类;
S5,针对前述步骤中的归类数据进行动态处理,其动态数据呈现于智慧平台单元(6)中。
7.根据权利要求6所述的一种用于塔式起重机的智慧预警系统,其特征在于,所述步骤S2中的增量计算公式包括:
其中,T为时间值,i为变量参数,T小于等于108;a为倾角传感器(101)所对应的倾斜度值,为其均值;b为速度传感器(102)所对应的速度值,为其均值;c为温度传感器(103)所对应的温度值,为其均值;d为光敏传感器(104)所对应的光照值,为其均值;e为力敏传感器(105)所对应的力度值,为其对应值;F1至F5分别对应上述五种传感器的对应阈值,为其均值;M为增量值。
8.根据权利要求6所述的一种用于塔式起重机的智慧预警系统,其特征在于,所述步骤S3包括通过MPI将和分为5个数据块,每一个数据块对应一个均值,将数据块与增量进行并行计算,该并行计算公式为:
其中,i为数据块的单位变量,j为数据块数据块的单位变量的替代值,f(Xj)为每个数据块所对应的参考值,该参考值不限于正负,N为并行计算的总值。
9.根据权利要求7所述的一种用于塔式起重机的智慧预警系统,其特征在于,所述步骤S3包括通过MPI将和分为5个数据块,每一个数据块对应一个均值,将数据块与增量进行并行计算,该并行计算公式为:
其中,i为数据块的单位变量,j为数据块数据块的单位变量的替代值,f(Xj)为每个数据块所对应的参考值,该参考值不限于正负,N为并行计算的总值。
10.根据权利要求7所述的一种用于塔式起重机的智慧预警系统,其特征在于,所述预警单元对f(Xj)判断正负,若负,则触发报警机制,该报警机制包括分别向塔机控制单元(2)、塔机信息记录单元(3)和智慧平台单元(6)发送警报信息。
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