CN111532985A - 一种机械起重设备过载报警控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械起重设备过载报警控制技术领域，公开了一种机械起重设备过载报警控制系统，所述机械起重设备过载报警控制系统包括：压力检测模块、视频监控模块、工况数据采集模块、主控模块、操作模块、防撞模块、阈值设定模块、对比模块、警报模块、显示模块。本发明通过工况数据采集模块利用路谱对汽车起重机的运行工况点进行收集，并使用Matlab计算模型对所述工况点进行分类分析以及统计运算，最终实现将上车工况与下车工况以工况因素数据的形式直观展现出来；同时，通过防撞模块利用变频器控制相邻两个臂架执行相应的操作以达到防撞的目的。

Description

一种机械起重设备过载报警控制系统

技术领域

本发明属于机械起重设备过载报警控制技术领域，尤其涉及一种机械起重设备过载报警控制系统。

背景技术

起重设备是在取料之后即开始垂直或垂直兼有水平的工作行程，到达目的地后卸载，再空行程到取料地点，完成一个工作循环，然后再进行第二次吊运或搬运。起重设备是一种以间歇作业方式对物料进行起升、下降、水平移动的搬运机械，起重设备的作业通常带有重复循环的性质。随着科学技术和生产的发展，起重设备在不断地完善和发展之中，先进的电气、光学、计算机技术在起重设备上得到应用，其趋向是增进自动化程度，提高工作效率和使用性能，使操作更简化、省力和更安全可靠。然而，现有机械起重设备过载报警控制系统对工况数据展示不直观；同时，防撞准确性低，相邻臂架之间易发生碰撞事故。

综上所述，现有技术存在的问题是：现有机械起重设备过载报警控制系统对工况数据展示不直观；同时，防撞准确性低，相邻臂架之间易发生碰撞事故。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种机械起重设备过载报警控制系统。

本发明是这样实现的，一种机械起重设备过载报警控制系统包括：

压力检测模块、视频监控模块、工况数据采集模块、主控模块、操作模块、防撞模块、阈值设定模块、对比模块、警报模块、显示模块；

压力检测模块，与主控模块连接，用于通过压力传感器检测起重物压力数据；

视频监控模块，与主控模块连接，用于通过摄像设备监控起重设备作业视频；

工况数据采集模块，与主控模块连接，用于通过监测设备采集起重设备工况数据；

主控模块，与压力检测模块、视频监控模块、工况数据采集模块、操作模块、防撞模块、阈值设定模块、对比模块、警报模块、显示模块连接，用于通过PLC控制器控制各个模块正常工作；

操作模块，与主控模块连接，用于通过操作机构对起重设备进行控制操作；

防撞模块，与主控模块连接，用于通过防撞机构对起重设备进行防撞处理；

阈值设定模块，与主控模块连接，用于通过设定程序设定起重设备起重重量安全阈值；

对比模块，与主控模块连接，用于通过对比程序将起重重量与安全阈值进行对比；

警报模块，与主控模块连接，用于通过警报器根据对比超标安全阈值进行警报通知；

显示模块，与主控模块连接，用于通过显示器显示检测的压力、视频、设定阈值、对比结果数据。

进一步，所述压力检测模块包括：

采样单元，用于实时检测压力并形成反映压力值的采样数据；

数据处理单元，用于接收采样数据并用于输出中间数据，中间数据包括依次包括触发信号、占空字段以及对应的所述采样数据；

增益单元，用于接收并读取所述采样数据并输出通讯数据，所述增益单元读取所述触发信号时，将增益信号叠加至所述中间数据中的占空字段以形成所述通讯数据；

输出单元，用于将所述通讯数据输出至通讯总线。

进一步，所述机械起重设备过载报警控制系统还包括有视觉引导模块，所述视觉引导模块与主控模块连接，用于通过对视频监控模块采集的起重设备的影像信息进行处理，判断起重机械臂的姿态，具体包括：

影像处理单元，用于对采集的起重设备的影像进行处理，得到清晰度高的监测图像；

坐标转换单元，用于根据预设空间信息，将监测图像中不同位置点的二维坐标转换为三维坐标；

标定参数计算单元，用于根据在各采集点处获取的基准点像素坐标和机械臂的偏移量，计算标定参数保存；

目标姿态计算单元，用于根据得出的三维坐标数据，对不同的运转设备所处的位置和工作姿态进行识别判定；

输出伺服量单元，用于根据判定的运转设备的工作姿态生成对起重设备的控制伺服量，并进行实时输出。

进一步，所述影像处理单元采用的影像处理方法具体包括：

首先对视频图像首先进行色彩空间转换，将视频图像原始格式的YUV序列数据转化为RGB格式，之后，将RGB色彩图转换为灰度图；

基于聚集窗口模式，采用平方梯度函数作为评价函数；对于分辨率一定的视频序列，分析其标准清晰度时的梯度变化值作为阈值，然后计算被分析的图像帧的梯度变化值，得出结果与阈值比较，计算结果高于给定阈值的是清晰图像，否则是模糊图像；

预估固定图像亮度值的合理范围，然后计算实际图像的平均亮度，进行比对，超出预估范围外的视为亮度异常，在预估范围内的视为亮度正常；

最后根据图像的诊断结果对图像的对比度和亮度值进行补偿，得到符合要求的清晰图像。

进一步，所述工况数据采集模块采集方法如下：

(1)通过监测设备采集起重机运行过程中的工况路谱；所述路谱中包括若干工况点；

(2)对所述路谱中的工况点进行区分；将上车操作过程中的工况点作为上车工况点；将下车操作过程中的工况点作为下车工况点；

(3)针对所述上车工况点进行统计运算，得到上车部分工况因素数据；

(4)针对所述下车工况点进行统计运算，得到下车部分工况因素数据。

进一步，所述对所述路谱中的工况点进行区分具体为：

预先建立Matlab计算模型，并将所述工况点代入Matlab计算模型中；

所述Matlab计算模型对所述路谱中的工况点进行区分；

进一步，所述Matlab计算模型对所述路谱中的工况点进行区分具体为：

判断工况点的车速，若车速大于0则作为下车工况点；

若工况点车速为0，则判断工况点的发动机转速是否在上车转速阈值范围内；

若工况点的发动机转速不在所述上车转速阈值范围内，则作为下车工况点；

若工况点的发动机转速在所述上车转速阈值范围内，则判断工况点的扭矩与平均扭矩之差，是否小于扭矩差阈值；

若小于扭矩差阈值，则作为下车工况点；

若大于扭矩差阈值，则作为上车工况点。

进一步，所述上车工况点进行统计运算，得到上车部分工况因素数据具体为：

利用Matlab计算模型对上车工况点进行统计运算，得到上车部分工况因素数据；

所述上车部分工况因素数据包括上车工况转速分布数据、上车工况扭矩分布数据、上车工况转速扭矩二维分布数据。

进一步，所述下车工况点进行统计运算，得到下车部分工况因素数据具体为：

利用Matlab计算模型对下车工况点进行统计运算，得到下车部分工况因素数据；

所述下车部分工况因素数据包括下车工况油门开度分布数据、下车工况转速分布数据、下车工况扭矩分布数据、下车工况车速分布数据、下车工况转速扭矩二维分布数据。

进一步，所述防撞模块防撞方法如下：

1)通过数据采集器实时采集相邻的两个起重机的运动状态参数，所述运动状态参数包括门座位置参数、门座作业半径参数、门座旋转方向参数及吊具旋转角度参数中的一种或多种；

2)PLC控制器获取所述数据采集器所采集的所述运动状态参数并将所述运动状态参数发送至工控机；

3)所述工控机接收所述运动状态参数并获取吊装物的模式参数，并且根据所述运动状态参数和所述模式参数进行仿真得出该相邻的两个起重机的臂架之间的相对区域；所述工控机判断所述相对区域是否为执行区域，若所述相对区域为所述执行区域，则所述工控机向所述PLC控制器发送执行指令，其中，所述执行区域为减速区域或禁止相向方向动作输出区域，所述执行指令为减速指令或禁止相向方向动作输出指令；所述PLC控制器接收所述执行指令并控制两个所述臂架执行与该执行指令相应的操作，所述操作为减速操作或禁止相向方向动作输出操作。

本发明的优点及积极效果为：本发明通过工况数据采集模块利用路谱对汽车起重机的运行工况点进行收集，并使用Matlab计算模型对所述工况点进行分类分析以及统计运算，最终实现将上车工况与下车工况以工况因素数据的形式直观展现出来；所述工况因素数据，为后续发动机的优化分析提供了充分的理论依据；同时，通过防撞模块采集相邻的两个起重机的一种或多种运动状态参数，并使工控机根据该一种或多种运动状态参数及吊装物的模式数据进行仿真及判断得出执行区域并向PLC控制器发送执行指令，PLC控制器通过变频器控制相邻两个臂架执行相应的操作以达到防撞的目的。通过视觉引导模块判断起重机械臂的姿态，感知周边环境的变化，为对起重臂的动作调整提供依据，保证起重设备能正确完成任务。

附图说明

图1是本发明实施例提供的机械起重设备过载报警控制系统结构框图。

图中：1、压力检测模块；2、视频监控模块；3、工况数据采集模块；4、主控模块；5、操作模块；6、防撞模块；7、阈值设定模块；8、对比模块；9、警报模块；10、显示模块。

图2是本发明实施例提供的压力检测模块结构框图。

图3是本发明实施例提供的视觉引导模块结构框图。

图4是本发明实施例提供的影像处理方法流程图。

图5是本发明实施例提供的工况数据采集模块的采集方法流程图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的机械起重设备过载报警控制系统包括：压力检测模块1、视频监控模块2、工况数据采集模块3、主控模块4、操作模块5、防撞模块6、阈值设定模块7、对比模块8、警报模块9、显示模块10。

压力检测模块1，与主控模块4连接，用于通过压力传感器检测起重物压力数据；

视频监控模块2，与主控模块4连接，用于通过摄像设备监控起重设备作业视频；

工况数据采集模块3，与主控模块4连接，用于通过监测设备采集起重设备工况数据；

主控模块4，与压力检测模块1、视频监控模块2、工况数据采集模块3、操作模块5、防撞模块6、阈值设定模块7、对比模块8、警报模块9、显示模块10连接，用于通过PLC控制器控制各个模块正常工作；

操作模块5，与主控模块4连接，用于通过操作机构对起重设备进行控制操作；

防撞模块6，与主控模块4连接，用于通过防撞机构对起重设备进行防撞处理；

阈值设定模块7，与主控模块4连接，用于通过设定程序设定起重设备起重重量安全阈值；

对比模块8，与主控模块4连接，用于通过对比程序将起重重量与安全阈值进行对比；

警报模块9，与主控模块4连接，用于通过警报器根据对比超标安全阈值进行警报通知；

显示模块10，与主控模块4连接，用于通过显示器显示检测的压力、视频、设定阈值、对比结果数据。

如图2所示，本发明实施例提供的压力检测模块包括：

采样单元，用于实时检测压力并形成反映压力值的采样数据；

数据处理单元，用于接收采样数据并用于输出中间数据，中间数据包括依次包括触发信号、占空字段以及对应的所述采样数据；

增益单元，用于接收并读取所述采样数据并输出通讯数据，所述增益单元读取所述触发信号时，将增益信号叠加至所述中间数据中的占空字段以形成所述通讯数据；

输出单元，用于将所述通讯数据输出至通讯总线。

本发明实施例提供的机械起重设备过载报警控制系统还包括有视觉引导模块，所述视觉引导模块与主控模块连接，用于通过对视频监控模块采集的起重设备的影像信息进行处理，判断起重机械臂的姿态。

如图3所示，本发明实施例提供的视觉引导模块具体包括：

影像处理单元，用于对采集的起重设备的影像进行处理，得到清晰度高的监测图像；

坐标转换单元，用于根据预设空间信息，将监测图像中不同位置点的二维坐标转换为三维坐标；

标定参数计算单元，用于根据在各采集点处获取的基准点像素坐标和机械臂的偏移量，计算标定参数保存；

目标姿态计算单元，用于根据得出的三维坐标数据，对不同的运转设备所处的位置和工作姿态进行识别判定；

输出伺服量单元，用于根据判定的运转设备的工作姿态生成对起重设备的控制伺服量，并进行实时输出。

如图4所示，本发明实施例提供的影像处理单元采用的影像处理方法具体包括：

S101，首先对视频图像首先进行色彩空间转换，将视频图像原始格式的YUV序列数据转化为RGB格式，之后，将RGB色彩图转换为灰度图。

S102，基于聚集窗口模式，采用平方梯度函数作为评价函数。对于分辨率一定的视频序列，分析其标准清晰度时的梯度变化值作为阈值，然后计算被分析的图像帧的梯度变化值，得出结果与阈值比较，计算结果高于给定阈值的是清晰图像，否则是模糊图像。

S103，预估固定图像亮度值的合理范围，然后计算实际图像的平均亮度，进行比对，超出预估范围外的视为亮度异常，在预估范围内的视为亮度正常。

S104，最后根据图像的诊断结果对图像的对比度和亮度值进行补偿，得到符合要求的清晰图像。

如图5所示，本发明实施例提供的工况数据采集模块3采集方法如下：

S201，通过监测设备采集起重机运行过程中的工况路谱。所述路谱中包括若干工况点。

S202，对所述路谱中的工况点进行区分，将上车操作过程中的工况点作为上车工况点。将下车操作过程中的工况点作为下车工况点。

S203，针对所述上车工况点进行统计运算，得到上车部分工况因素数据。

S204，针对所述下车工况点进行统计运算，得到下车部分工况因素数据。

本发明实施例提供的对所述路谱中的工况点进行区分具体为：

预先建立Matlab计算模型，并将所述工况点代入Matlab计算模型中；

所述Matlab计算模型对所述路谱中的工况点进行区分；

本发明提供的Matlab计算模型对所述路谱中的工况点进行区分具体为：

判断工况点的车速，若车速大于0则作为下车工况点；

若工况点车速为0，则判断工况点的发动机转速是否在上车转速阈值范围内；

若工况点的发动机转速不在所述上车转速阈值范围内，则作为下车工况点；

若工况点的发动机转速在所述上车转速阈值范围内，则判断工况点的扭矩与平均扭矩之差，是否小于扭矩差阈值；

若小于扭矩差阈值，则作为下车工况点；

若大于扭矩差阈值，则作为上车工况点。

本发明实施例提供的上车工况点进行统计运算，得到上车部分工况因素数据具体为：

利用Matlab计算模型对上车工况点进行统计运算，得到上车部分工况因素数据；

所述上车部分工况因素数据包括上车工况转速分布数据、上车工况扭矩分布数据、上车工况转速扭矩二维分布数据。

本发明实施例提供的下车工况点进行统计运算，得到下车部分工况因素数据具体为：

利用Matlab计算模型对下车工况点进行统计运算，得到下车部分工况因素数据；

所述下车部分工况因素数据包括下车工况油门开度分布数据、下车工况转速分布数据、下车工况扭矩分布数据、下车工况车速分布数据、下车工况转速扭矩二维分布数据。

本发明实施例提供的防撞模块6防撞方法如下：

1)通过数据采集器实时采集相邻的两个起重机的运动状态参数，所述运动状态参数包括门座位置参数、门座作业半径参数、门座旋转方向参数及吊具旋转角度参数中的一种或多种；

2)PLC控制器获取所述数据采集器所采集的所述运动状态参数并将所述运动状态参数发送至工控机；

3)所述工控机接收所述运动状态参数并获取吊装物的模式参数，并且根据所述运动状态参数和所述模式参数进行仿真得出该相邻的两个起重机的臂架之间的相对区域；所述工控机判断所述相对区域是否为执行区域，若所述相对区域为所述执行区域，则所述工控机向所述PLC控制器发送执行指令，其中，所述执行区域为减速区域或禁止相向方向动作输出区域，所述执行指令为减速指令或禁止相向方向动作输出指令；所述PLC控制器接收所述执行指令并控制两个所述臂架执行与该执行指令相应的操作，所述操作为减速操作或禁止相向方向动作输出操作。

本发明工作时，首先，通过压力检测模块1利用压力传感器检测起重物压力数据；通过视频监控模块2利用摄像设备监控起重设备作业视频；通过工况数据采集模块3利用监测设备采集起重设备工况数据；其次，主控模块4通过操作模块5利用操作机构对起重设备进行控制操作；通过防撞模块6利用防撞机构对起重设备进行防撞处理；通过阈值设定模块7利用设定程序设定起重设备起重重量安全阈值；通过对比模块8利用对比程序将起重重量与安全阈值进行对比；然后，通过警报模块9利用警报器根据对比超标安全阈值进行警报通知；最后，通过显示模块10利用显示器显示检测的压力、视频、设定阈值、对比结果数据。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种机械起重设备过载报警控制系统，其特征在于，所述机械起重设备过载报警控制系统包括：

压力检测模块、视频监控模块、工况数据采集模块、主控模块、操作模块、防撞模块、阈值设定模块、对比模块、警报模块、显示模块；

压力检测模块，与主控模块连接，用于通过压力传感器检测起重物压力数据；

视频监控模块，与主控模块连接，用于通过摄像设备监控起重设备作业视频；

工况数据采集模块，与主控模块连接，用于通过监测设备采集起重设备工况数据；

主控模块，与压力检测模块、视频监控模块、工况数据采集模块、操作模块、防撞模块、阈值设定模块、对比模块、警报模块、显示模块连接，用于通过PLC控制器控制各个模块正常工作；

操作模块，与主控模块连接，用于通过操作机构对起重设备进行控制操作；

防撞模块，与主控模块连接，用于通过防撞机构对起重设备进行防撞处理；

阈值设定模块，与主控模块连接，用于通过设定程序设定起重设备起重重量安全阈值；

对比模块，与主控模块连接，用于通过对比程序将起重重量与安全阈值进行对比；

警报模块，与主控模块连接，用于通过警报器根据对比超标安全阈值进行警报通知；

显示模块，与主控模块连接，用于通过显示器显示检测的压力、视频、设定阈值、对比结果数据。

2.如权利要求1所述机械起重设备过载报警控制系统，其特征在于，所述压力检测模块包括：

采样单元，用于实时检测压力并形成反映压力值的采样数据；

数据处理单元，用于接收采样数据并用于输出中间数据，中间数据包括依次包括触发信号、占空字段以及对应的所述采样数据；

增益单元，用于接收并读取所述采样数据并输出通讯数据，所述增益单元读取所述触发信号时，将增益信号叠加至所述中间数据中的占空字段以形成所述通讯数据；

输出单元，用于将所述通讯数据输出至通讯总线。

3.如权利要求1所述机械起重设备过载报警控制系统，其特征在于，所述机械起重设备过载报警控制系统还包括有视觉引导模块，所述视觉引导模块与主控模块连接，用于通过对视频监控模块采集的起重设备的影像信息进行处理，判断起重机械臂的姿态，具体包括：

影像处理单元，用于对采集的起重设备的影像进行处理，得到清晰度高的监测图像；

坐标转换单元，用于根据预设空间信息，将监测图像中不同位置点的二维坐标转换为三维坐标；

标定参数计算单元，用于根据在各采集点处获取的基准点像素坐标和机械臂的偏移量，计算标定参数保存；

目标姿态计算单元，用于根据得出的三维坐标数据，对不同的运转设备所处的位置和工作姿态进行识别判定；

输出伺服量单元，用于根据判定的运转设备的工作姿态生成对起重设备的控制伺服量，并进行实时输出。

4.如权利要求2所述机械起重设备过载报警控制系统，其特征在于，所述影像处理单元采用的影像处理方法具体包括：

首先对视频图像首先进行色彩空间转换，将视频图像原始格式的YUV序列数据转化为RGB格式，之后，将RGB色彩图转换为灰度图；

基于聚集窗口模式，采用平方梯度函数作为评价函数；对于分辨率一定的视频序列，分析其标准清晰度时的梯度变化值作为阈值，然后计算被分析的图像帧的梯度变化值，得出结果与阈值比较，计算结果高于给定阈值的是清晰图像，否则是模糊图像；

预估固定图像亮度值的合理范围，然后计算实际图像的平均亮度，进行比对，超出预估范围外的视为亮度异常，在预估范围内的视为亮度正常；

最后根据图像的诊断结果对图像的对比度和亮度值进行补偿，得到符合要求的清晰图像。

5.如权利要求1所述机械起重设备过载报警控制系统，其特征在于，所述工况数据采集模块采集方法如下：

(1)通过监测设备采集起重机运行过程中的工况路谱；所述路谱中包括若干工况点；

(2)对所述路谱中的工况点进行区分；将上车操作过程中的工况点作为上车工况点；将下车操作过程中的工况点作为下车工况点；

(3)针对所述上车工况点进行统计运算，得到上车部分工况因素数据；

(4)针对所述下车工况点进行统计运算，得到下车部分工况因素数据。

6.如权利要求5所述机械起重设备过载报警控制系统，其特征在于，所述对所述路谱中的工况点进行区分具体为：

预先建立Matlab计算模型，并将所述工况点代入Matlab计算模型中；

所述Matlab计算模型对所述路谱中的工况点进行区分。

7.如权利要求6所述机械起重设备过载报警控制系统，其特征在于，所述Matlab计算模型对所述路谱中的工况点进行区分具体为：

判断工况点的车速，若车速大于0则作为下车工况点；

若工况点车速为0，则判断工况点的发动机转速是否在上车转速阈值范围内；

若工况点的发动机转速不在所述上车转速阈值范围内，则作为下车工况点；

若工况点的发动机转速在所述上车转速阈值范围内，则判断工况点的扭矩与平均扭矩之差，是否小于扭矩差阈值；

若小于扭矩差阈值，则作为下车工况点；

若大于扭矩差阈值，则作为上车工况点。

8.如权利要求5所述机械起重设备过载报警控制系统，其特征在于，所述上车工况点进行统计运算，得到上车部分工况因素数据具体为：

利用Matlab计算模型对上车工况点进行统计运算，得到上车部分工况因素数据；

所述上车部分工况因素数据包括上车工况转速分布数据、上车工况扭矩分布数据、上车工况转速扭矩二维分布数据。

9.如权利要求5所述机械起重设备过载报警控制系统，其特征在于，所述下车工况点进行统计运算，得到下车部分工况因素数据具体为：

利用Matlab计算模型对下车工况点进行统计运算，得到下车部分工况因素数据；

所述下车部分工况因素数据包括下车工况油门开度分布数据、下车工况转速分布数据、下车工况扭矩分布数据、下车工况车速分布数据、下车工况转速扭矩二维分布数据。

10.如权利要求1所述机械起重设备过载报警控制系统，其特征在于，所述防撞模块防撞方法如下：

1)通过数据采集器实时采集相邻的两个起重机的运动状态参数，所述运动状态参数包括门座位置参数、门座作业半径参数、门座旋转方向参数及吊具旋转角度参数中的一种或多种；

2)PLC控制器获取所述数据采集器所采集的所述运动状态参数并将所述运动状态参数发送至工控机；

3)所述工控机接收所述运动状态参数并获取吊装物的模式参数，并且根据所述运动状态参数和所述模式参数进行仿真得出该相邻的两个起重机的臂架之间的相对区域；所述工控机判断所述相对区域是否为执行区域，若所述相对区域为所述执行区域，则所述工控机向所述PLC控制器发送执行指令，其中，所述执行区域为减速区域或禁止相向方向动作输出区域，所述执行指令为减速指令或禁止相向方向动作输出指令；所述PLC控制器接收所述执行指令并控制两个所述臂架执行与该执行指令相应的操作，所述操作为减速操作或禁止相向方向动作输出操作。

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