CN112650115B - 一种架桥机主动安全监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种架桥机主动安全监控系统及监控方法，属于架桥机运行管理技术领域。包括应力检测单元，应力检测单元检测架桥机主要受力构件上的应力值，并传递给控制器单元分析，控制器单元将数据传递至数据可视化单元，数据可视化单元利用BIM轻量化引擎技术和LED显示屏，将应力数据加载到三维模型中进行色块量化显示，实现对架桥机施工全过程的监控预警、报警，便于管理者进行现场指挥调度；避免了因监护不到位、操作不熟练而导致设备倾覆，保证工程质量；替代了以往作业过程中设置的监护人员，减少了人工成本。控制器单元能够根据分析结果控制执行机构，进而控制架桥机的启停、反向运行，规避安全风险，保证施工安全。

Description

一种架桥机主动安全监控系统

技术领域

本发明属于架桥机运行管理技术领域，尤其涉及一种架桥机主动安全监控系统及监控方法。

背景技术

根据特种设备自身实际情况以及特种设备安全法规的要求、规定，特种设备必须安装监控系统，将整机运行信号采集并传输到操作室，便于驾驶员了解整机状态以进一步操控，可有效减少机械事故的发生、降低工亡事故发生率。

架桥机是将预制好的梁片放置到预制好的桥墩上去的设备，是一种专业性很强的大型施工机械特种设备。针对架桥机，现有的安全监控系统仅局限在操作室内，完全掌握在操作人员一人手中，缺少设备主动安全控制模块，安全控制极度依赖操作人员个人经验，缺少管理者远程监控模块；且管理者在远程端仅是靠看数据很难掌握设备实际动态情况，不能及时发现安全隐患。为此，亟需一种具有远程自主安全监控功能的监控系统，实现通过监控平台直观地将架桥机运行状况实时呈现出来，帮助管理者及时进行现场指挥与管理监控。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种架桥机主动安全监控系统及监控方法，通过应力检测单元采集架桥机主要受力构件上的应力值，并交由控制器单元处理分析，在数据可视化单元进行三维展示，实现架桥机工作全过程监控预警、报警功能，同时为管理者进行现场指挥调度提供依据，当出现报警时能够控制架桥机自主停机，有效保障施工安全。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种架桥机主动安全监控系统，包括应力检测单元、控制器单元、数据可视化单元以及执行机构，应力检测单元、执行机构均与控制器单元连接，控制器单元与数据可视化单元连接；

应力检测单元为安装在架桥机上的应力应变片；控制器单元接收应力检测单元传递的应力值数据，并发送给数据可视化单元进行可视化展示，同时将应力值数据与内部存储的预警值进行比较，应力值超过预警值时，控制器单元将比较结果发送给数据可视化单元，进行报警提醒，同时，通过执行机构控制架桥机停机或反向运行；数据可视化单元利用BIM轻量化引擎技术和LED显示屏，将获取的应力数据加载到三维模型中进行色块量化显示。

进一步地，所述BIM轻量化引擎包括GIS服务模块、数据分析模块、数据管理模块、智能算法库四个部分，利用BIM与GIS融合实现工程建筑数据与工程环境数据、微观数据与宏观数据的统一管理与一体化应用。

进一步地，所述数据可视化单元采用 C/S和B/S混合的软件系统体系结构，其中的数据采集端和高级数据分析部分均采用 C/S桌面应用，其他均为 B/S 浏览器应用；远程访问客户端可以通过PC端的WEB浏览器，各种智能终端也能通过专用APP进行访问。

进一步地，所述预警值是依据架桥机设备自身结构参数和吊装荷载进行力学计算获得的工作状态下架桥机各机构应力临界值。

进一步地，所述应力应变片安装在架桥机纵导梁上部以及支腿底部，纵导梁上部的应力应变片间隔均匀，且间隔距离为1m。

进一步地，所述控制器单元为西门子S7系列可编程逻辑控制器及其扩展模块，安装在架桥机上的电气柜中。

进一步地，所述控制器单元与应力检测单元、执行机构之间均通过RS485总线进行数据传递；控制器单元与数据可视化单元之间通过4G网络进行数据传递。

利用上述架桥机主动安全监控系统进行监控的方法，包括如下过程：

步骤1：根据架桥机设备自身结构参数以及吊装荷载进行力学计算，获得架桥机工作状态下各机构的应力临界值，在此过程中，架桥机倾覆安全系数取1.5，将计算好的临界值，即预警值，存储在控制器单元内；

步骤2：控制器单元接收应力检测单元传递的实时数据，并将此数据传递给数据可视化单元；同时将应力检测单元反馈的应力值与预警值进行比较，并将比较结果发送给数据可视化单元；

步骤3：数据可视化单元通过LED显示屏将接收到的数据进行三维模型展示，实现实时预警；当应力值超过预警值时，控制器单元将比较结果发送至数据可视化单元，数据可视化单元通过三维模型进行报警，提示管理者注意；

控制器单元控制执行机构，使得执行机构控制架桥机设备自主停机或进行反向运行；

步骤4：重复上述过程，直至施工完成。

本发明具有如下有益效果：

本发明所提供的架桥机主动安全监控系统，由控制器单元对采集的应变值数据进行分析处理，并将数据传递给数据可视化单元，数据可视化单元利用BIM轻量化引擎技术和LED显示屏，将获取的应力应变数据加载到三维模型中进行色块量化显示，实现对架桥机施工全过程的监控预警、报警，帮助管理者更加直观地看到架桥机工作全过程中的各项数据信息，为管理者进行施工现场资源调度提供依据；避免了因工序复杂、监护不到位、操作工人不熟练等原因导致的设备倾覆的可能性，保证了工程质量和施工安全。控制器单元能够根据分析结果控制执行机构，由执行机构控制架桥机的启停、反向运行，有效规避当前存在的安全风险，保证施工安全。

利用本发明所述的监控系统对架桥机进行监控，通过将架桥机进行数据可视化模型搭建，并将获取的应力应变数据加载到三维模型中进行色块量化显示，使得数据信息更加直观，提高了架桥机运行的智能化程度，替代了以往作业过程中设置的监护人员，减少了人工成本，提高了施工效益，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明所述架桥机主动安全监控系统框架示意图；

图2为本发明所述架桥机主动安全监控系统硬件布置示意图。

图中：1-纵导梁；2-支腿；3-控制器单元；4-4G传输模块。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“安装”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通；对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明所述架桥机主动安全监控系统，包括应力检测单元、控制器单元3、数据可视化单元以及执行机构；应力检测单元、执行机构均通过RS485总线与控制器单元3连接，控制器单元3通过4G传输模块4与数据可视化单元连接；所述4G传输模块4包括4G传输SIM卡，利用4G网络进行数据传输；所述执行机构包括安装在架桥机上的执行电机，执行机构能够控制架桥机的运行动作、开启、关闭。

如图2所示，应力检测单元为安装在架桥机纵导梁1上部以及支腿2底部的若干应力应变片；安装在纵导梁1上部的应力应变片之间间隔均匀，且间隔距离优选为1m，用于采集吊装作业中架桥机受力结构上各点位的应力值；安装在支腿2底部的应力应变片，用于检测架桥机在过孔和吊装作业中的应力值。

控制器单元3为西门子S7系列可编程逻辑控制器（PLC）及其扩展模块，安装在架桥机上的电气柜中；控制器单元3接收应力检测单元传递的应力值数据，并实时发送给数据可视化单元进行可视化展示；同时将此数据与内部存储的预警值进行比较分析，当应力值超过预警值时，控制器单元3通过4G传输网络将判定结果发送给数据可视化单元，提醒管理者注意。同时，当检测的应力值超过预警值时，控制器单元3通过RS485总线向执行机构下发控制信号，由执行机构控制架桥机设备自主停机，监控系统进入主动安全控制阶段；在此阶段中，控制器单元3允许执行机构控制架桥机设备反向操作运行以降低当前的安全风险。所述预警值是依据架桥机设备自身结构参数和吊装荷载进行力学计算，通过计算求得工作状态下各机构的应力临界值，本实施例按照架桥机倾覆安全系数取1.5进行考虑，将临界点事先设置在控制器单元中。

数据可视化单元设置在远程监控中心，采用BIM轻量化引擎技术，进行架桥机数据可视化模型搭建，接收控制器单元传递的数据后，将应力应变数据加载到三维模型中进行色块量化显示，并通过LED显示屏将经色块量化处理后的三维模型数据展示出来，方便管理者实时掌握架桥机运行状况，实现预警监控，同时帮助管理者对项目现场进行远程指挥调度。所述BIM轻量化引擎包括GIS服务模块、数据分析模块、数据管理模块、智能算法库四个部分，利用BIM与GIS融合实现工程建筑数据与工程环境数据、微观数据与宏观数据的统一管理与一体化应用。数据可视化单元采用 C/S和B/S混合的软件系统体系结构，其中的数据采集端和高级数据分析部分均采用 C/S桌面应用，其他均为 B/S 浏览器应用；远程访问客户端可以通过PC端的WEB浏览器，各种智能终端也能通过专用APP进行访问。

利用本发明所述架桥机主动安全监控系统进行监控的方法，具体过程如下：

步骤1：根据架桥机设备自身结构参数以及吊装荷载进行力学计算，获得架桥机工作状态下各机构的应力临界值，在此过程中，架桥机倾覆安全系数取1.5，将计算好的临界值，即预警值，事先存储在控制器单元3内。

步骤2：控制器单元3接收应力检测单元传递的实时数据，并将此数据传递给数据可视化单元；同时将应力检测单元反馈的应力值与预警值进行比较，并将比较结果发送给数据可视化单元。

步骤3：数据可视化单元通过LED显示屏将接收到的数据进行三维模型展示，实现实时预警；当应力值超过预警值时，控制器单元3将比较结果发送至数据可视化单元，数据可视化单元通过三维模型进行报警，提示管理者注意。

控制器单元3控制执行机构，使得执行机构控制架桥机设备自主停机或进行反向运行以降低当前存在的安全风险。

步骤4：重复上述过程，直至施工完成，实现对架桥机作业过程的全过程主动安全监控。

利用本发明所述主动安全监控系统对架桥机设备运行过程进行监控，能够实现实时预警和报警，保证设备运行过程中各项动作安全可靠，进一步保证施工安全。同时还能帮助管理者更加直观地看到架桥机工作过程中的各项数据信息，为管理者进行现场指挥提供依据。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种架桥机主动安全监控系统，其特征在于，包括应力检测单元、控制器单元(3)、数据可视化单元以及执行机构，应力检测单元、执行机构均与控制器单元(3)连接，控制器单元(3)与数据可视化单元连接；

应力检测单元为安装在架桥机上的应力应变片；控制器单元(3)接收应力检测单元传递的应力值数据，并发送给数据可视化单元进行可视化展示，同时将应力值数据与内部存储的预警值进行比较，应力值超过预警值时，控制器单元(3)将比较结果发送给数据可视化单元，进行报警提醒，同时，通过执行机构控制架桥机停机或反向运行；数据可视化单元利用BIM轻量化引擎技术和LED显示屏，将获取的应力数据加载到三维模型中进行色块量化显示；

所述BIM轻量化引擎包括GIS服务模块、数据分析模块、数据管理模块、智能算法库四个部分，利用BIM与GIS融合实现工程建筑数据与工程环境数据、微观数据与宏观数据的统一管理与一体化应用；

所述数据可视化单元采用C/S和B/S混合的软件系统体系结构，其中的数据采集端和高级数据分析部分均采用C/S桌面应用，其他均为B/S浏览器应用；远程访问客户端可以通过PC端的WEB浏览器，各种智能终端也能通过专用APP进行访问；

所述应力应变片安装在架桥机纵导梁(1)上部以及支腿(2)底部，纵导梁(1)上部的应力应变片间隔均匀，且间隔距离为1m；

所述架桥机主动安全监控系统进行监控的方法，包括如下过程：

步骤1：根据架桥机设备自身结构参数以及吊装荷载进行力学计算，获得架桥机工作状态下各机构的应力临界值，在此过程中，架桥机倾覆安全系数取1.5，将计算好的临界值，即预警值，存储在控制器单元(3)内；

步骤2：控制器单元(3)接收应力检测单元传递的实时数据，并将此数据传递给数据可视化单元；同时将应力检测单元反馈的应力值与预警值进行比较，并将比较结果发送给数据可视化单元；

步骤3：数据可视化单元通过LED显示屏将接收到的数据进行三维模型展示，实现实时预警；当应力值超过预警值时，控制器单元(3)将比较结果发送至数据可视化单元，数据可视化单元通过三维模型进行报警，提示管理者注意；

控制器单元(3)控制执行机构，使得执行机构控制架桥机设备自主停机或进行反向运行；

步骤4：重复上述过程，直至施工完成；

所述步骤3中，数据可视化单元采用BIM轻量化引擎技术，搭建架桥机数据可视化三维模型，接收控制器单元传递的数据后，将应力应变数据加载到三维模型中，进行色块量化显示，并通过LED显示屏将色块量化处理后的三维模型数据展示出来。

2.根据权利要求1所述的架桥机主动安全监控系统，其特征在于，所述预警值是依据架桥机设备自身结构参数和吊装荷载进行力学计算获得的工作状态下架桥机各机构应力临界值。

3.根据权利要求1所述的架桥机主动安全监控系统，其特征在于，所述控制器单元(3)为西门子S7系列可编程逻辑控制器及其扩展模块，安装在架桥机上的电气柜中。

4.根据权利要求1所述的架桥机主动安全监控系统，其特征在于，所述控制器单元(3)与应力检测单元、执行机构之间均通过RS485总线进行数据传递；控制器单元(3)与数据可视化单元之间通过4G网络进行数据传递。

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