CN112850469A - 一种起重机双吊钩的姿态角度数据采集系统及方法 - Google Patents

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周亚清
毕江涛
王森
陈新
于德跃
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    • B66C1/10—Load-engaging elements or devices attached to lifting or lowering gear of cranes or adapted for connection therewith for transmitting lifting forces to articles or groups of articles by mechanical means
    • B66C1/22—Rigid members, e.g. L-shaped members, with parts engaging the under surface of the loads; Crane hooks
    • B66C1/34—Crane hooks
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00—Other constructional features or details
    • B66C13/18—Control systems or devices
    • B66C13/46—Position indicators for suspended loads or for crane elements

Abstract

本发明公开了一种起重机吊钩姿态角度数据采集系统及方法，该系统采用MEMS姿态检测技术对钢包的吊钩姿态角度进行检测。系统包括姿态检测从机A、姿态检测从机B、姿态检测主机以及上位机；姿态检测从机A、姿态检测从机B分别安装在起重机的两个吊钩上，姿态检测主机安装在起重机驾驶舱外侧；上位机安装在起重机驾驶舱内部；上位机发送数据采集指令，通过主机唤醒从机A和从机B来采集起重机双吊钩的姿态角度数据，并通过无线传输发送给主机，上位机将主机接收到的姿态角度数据进行保存和显示。本发明能够有效地辅助起重机驾驶人员完成起重机钢包的吊装作业，从而避免钢包倾覆事故的发生。

Description

一种起重机双吊钩的姿态角度数据采集系统及方法
技术领域
本发明涉及数据采集领域，特别涉及钢铁冶炼行业中起重机双吊钩姿态角度数据采集方法。
背景技术
起重机广泛应用于工业运输中，其主要工作流程包括上升、运输、下降、复位等步骤。不同的起重机械，其最基本的机构都大同小异，但应用的场所不同。其中，双吊钩起重机广泛应用于钢铁冶炼车间。目前是由地面人员观察起重机双吊钩是否同时勾住钢包的两个耳轴来指挥司机能否起吊，避免起吊后发生钢包倾覆事件。双吊钩的姿态角度数据能反映起重机的挂钩状态，因此采集姿态角度数据便能感知起重机的挂钩状态，避免钢包倾覆事故。目前基于计算机视觉设计的吊钩姿态角度数据采集系统已有较为广泛的研究。其中S.Nara等将带“X”标记的面板安装在吊钩上，利用可移动的设备安装摄像头来识别面板上的标记从而跟踪吊钩姿态角度，然后进行图像处理；日本学者将带有摄像头的设备安装吊钩的吊臂上，通过识别不同角度下吊钩的不同形状，并与预设值的图像进行对比，从而识别吊钩运动姿态角度。G.Lee等在起重机吊绳的顶端固定了激光传感器，在吊钩顶端安装了水平反射镜，通过激光传感器测测得吊钩在垂直方向上的距离，经过三角函数计算得到吊钩的姿态信息。但是在粉尘大、光线不足，而且时常伴有高强度的冲击振动的环境中，这些技术难以满足姿态角度数据采集的需求。因此，迫切需要一种不受粉尘、烟雾、光线以及冲击振动等因素影响的双吊钩姿态角度数据采集系统及方法。
发明内容
为解决上述问题，本发明根据现有技术不足公开了一种起重机双吊钩姿态角度数据采集系统及方法，该系统采用陀螺仪和加速度计组合的MEMS姿态传感器对钢包的吊钩的姿态角度数据进行测量；该姿态检测技术具有较高的测量精度，基于非视觉原理，因此能满足系统的测量要求。
本发明采用的设计方案为：
一种起重机双吊钩姿态角度数据采集系统及方法，该系统主要由姿态检测从机A、姿态检测从机B、主机、上位机组成。两个姿态检测从机分别安装在冶炼起重机双吊钩外侧，姿态检测从机A和从机B首先通过姿态检测传感器感知每个吊钩的实时姿态角度，然后将从机B的姿态角度数据通过有线传输发送给从机A，从机A将两个吊钩的姿态角度数据打包并通过无线传输的方式实时传输给起重机驾驶舱中的主机，主机再将接收到的姿态角度信息传输上位机。上位机基于LabVIEW编程，将两个吊钩的姿态角度数据进行存储以及显示。
一种双吊钩冶炼起重机的安全吊装监控系统，系统由姿态检测从机A、姿态检测从机B、姿态检测主机以及上位机组成；其中，姿态检测主机包括单片机、物联网无线传输模块、以及串口；姿态检测从机A、B分别包括单片机、姿态检测传感器、无线传输模块、电源模块以及稳压模块。上位机基于LabVIEW编程，建立物理采集通道、编写采集数据指令、停止采集指令、建立数据存储通道以及吊钩姿态角度显示界面；主机中的单片机控制姿态检测传感器的通、断电，从而实现检测吊钩A、B的姿态角度数据；物联网无线传输模块用于实现姿态检测主机和姿态检测从机A之间的通讯连接，姿态检测传感器和单片机采用UART通信，其波特率为9600、停止位为1、数据位为8；物联网无线传输模块和单片机也采用UART通信，其波特率为9600、停止位为1、数据位为8；电源模块通过稳压模块给姿态检测传感器供电；上位机通过RS-485与姿态检测主机通信。通过上述的通信方式搭建起的通信网络，能够实现系统各部分之间可靠、高效的通讯。
在系统工作过程中，为保证姿态检测从机A和姿态检测从机B的同步性，系统采取如下工作模式：在系统采集吊钩A和吊钩B空间姿态时，首先上位机将采集数据的指令发送给姿态检测主机，然后姿态检测主机通过无线传输的方式将采集数据的命令传输给姿态检测从机A和姿态检测从机B；姿态检测从机A和姿态检测从机B接收到采集数据的命令后同时开始采集吊钩A和吊钩B的姿态角度信息。姿态检测从机B将吊钩B的姿态角度数据发送给姿态检测从机A，姿态检测从机A将两者数据打包发送给主机，主机将数据传输到串口缓存区。上位机通过LabVIEW编程建立物理采集通道读取串口缓存区的数据，数据存储通道将数据保存，建立波形图实时显示姿态角度数据。
进一步地，上述姿态检测从机A、B的金属外壳上覆一层厚度为10mm的耐高温隔隔热棉，在隔热棉上包裹一层铝箔。其中，涂覆耐高温隔热涂料是为了防止钢水包所盛钢水的热辐射和热传导对姿态检测从机的单片机、姿态检测传感器的工作状况产生影响。
采用上述的双吊钩冶炼起重机的安全吊装监控系统的方法，包括步骤如下：
第一步，在起重机的工作过程中，首先上位机发送数据采集和停止采集的指令决定姿态检测从机A、B进入工作状态以及低功耗；然后上位机将数据采集指令发送给姿态检测主机。
第二步，姿态检测主机通过无线传输的方式将指令发送给姿态检测从机。
第三步，姿态检测从机A、B接收到采集数据的命令后，单片机通过姿态检测传感器获取吊钩A和吊钩B的姿态角度信息。
第四步，姿态检测从机B将采集到的吊钩B姿态角度数据发送给从机A。
第五步，姿态检测从机A把吊钩A和吊钩B的姿态角度数据通过无线通讯的方式发送给主机。
第六步，主机将两个吊钩的姿态角度数据传输给串口的缓存区。
第七步，上位机读取串口缓存区的数据，将其进行保存和显示。
本发明的有益效果为：
与现有的起重机吊钩姿态数据采集系统及方法对比，本发明不受粉尘、烟雾、光线以及冲击振动等因素影响；检测精度高、功耗低、价格低、实时性好且可靠性高。该系统采用陀螺仪、磁力计和加速度计组合的MEMS姿态传感器对钢包的吊钩姿态角度数据进行采集，使用MEMS姿态检测技术有效地避免了粉尘、烟雾、光线以及冲击振动等因素对钢包吊装姿态检测精度的影响；系统具有较高的测量精度，静态精度为0.25°，动态精度为0.5°。
附图说明
图1是本发明的系统安装位置示意图；
图2是系统组成框图；
图3是姿态检测主机简图；
图4是姿态检测从机简图；
图中：1起重机驾驶舱；2上位机；3姿态检测主机；起重机桥梁；5姿态检测从机A；6姿态检测从机B；7吊钩A；8吊钩B；9钢包；10主机隔热外壳；11主机无线传输模块；12串口；13主机单片机；14姿态传感器；15从机无线传输模块；16从机单片机；17电源模块；18稳压模块；19从机隔热外壳。
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。
起重机双吊钩姿态角度数据采集系统各组成部分的安装位置示意图，如图1所示。在机驾驶舱1中，上位机2放置便于起重机驾驶人员观看的位置；姿态检测主机3放置在便于和姿态检测从机A5、从机B6进行无线通信的起重机驾驶舱外侧；同时，为防止钢水包9所盛钢水的热辐射对姿态检测从机的正常工作产生影响，选择将姿态检测从机A5和从机B6分别安装在起重机吊钩A7和吊钩B8的外侧的中间位置并以螺钉进行连接。
所述姿态检测从机A5和从机B6如图4所示，采用电源模块17供电，电源稳压模块18稳压后，从机单片机16、从机无线传输模块15进行供电；从机单片机16控制姿态检测传感器14，从而进行姿态角度数据的采集。姿态检测从机A5和B6的从机无线传输模块15和姿态检测主机3的主机无线传输模块11进行无线通讯，实现姿态角度数据和采集指令的传输。
所述姿态检测主机3的主机无线传输模块11和主机单片机13的串口UART1相连。
所述的上位机2基于LabVIEW编程，建立物理采集通道、编写采集数据指令、停止采集指令、建立数据存储通道以及吊钩姿态角度显示界面。

Claims (3)

1.一种起重机双吊钩的姿态角度数据采集系统，其特征在于，该起重机双吊钩的姿态角度数据采集系统主要由姿态检测从机A(5)、姿态检测从机B(6)、姿态检测主机(3)以及上位机(2)组成；其中，姿态检测主机(3)包括主机主机单片机(13)、主机无线传输模块(11)以及串口(12)；姿态检测从机A(5)和姿态检测从机B(6)分别包括从机从机单片机(16)、姿态检测传感器(14)、从机无线传输模块(15)、电源模块(17)以及稳压模块(18)；姿态检测从机A(5)和姿态检测从机B(6)通过传感器实时检测吊钩A(7)和吊钩B(8)的空间姿态角度；从机单片机(16)控制姿态检测传感器(14)的通、断电；无线传输模块(15)用于实现姿态检测主机(3)、姿态检测从机A(5)、姿态检测从机B(6)之间的通讯连接，姿态检测主机(3)和姿态检测从机A(5)、姿态检测从机B(6)的无线传输模块设置成具有相同的波特率、相同的信道以及相同的工作模式；
在系统工作过程中，为保证姿态检测从机A(5)和姿态检测从机B(6)的同步性，系统采取如下工作模式：在系统采集吊钩A(7)和吊钩B(8)的姿态角度数据后，姿态检测从机B(5)将吊钩B(8)的姿态角度数据发送给姿态检测从机A(5)，姿态检测从机A(5)将两者数据打包发送给主机(3)，主机(3)将数据传输到串口(12)的缓存区；上位机(2)通过LabVIEW编程建立物理采集通道读取串口(12)的缓存区数据，数据存储通道将数据保存，建立波形图实时显示姿态角度数据。
2.根据权利要1所述的起重机双吊钩的姿态角度数据采集系统，其特征在于，姿态检测从机A(5)和姿态检测从机B(6)覆上一层隔热外壳(19)。
3.一种起重机双吊钩姿态角度数据采集方法，其特征在于，包括步骤如下：
第一步，在起重机的工作过程中，首先上位机(2)发送数据采集和停止采集的指令决定姿态检测从机A(5)和姿态检测从机B(6)进入工作状态以及低功耗；然后上位机(2)将数据采集指令发送给姿态检测主机(3)；
第二步，姿态检测主机(3)通过无线传输的方式将指令发送给姿态检测从机A(5)和姿态检测从机B(6)；
第三步，姿态检测从机A(5)和姿态检测从机B(6)接收到采集数据的命令后，从机单片机(16)通过姿态检测传感器(14)获取吊钩A(7)和吊钩B(8)的姿态角度信息；
第四步，姿态检测从机B(6)将采集到的吊钩B(8)姿态角度数据发送给从机A(5)；
第五步，姿态检测从机A(5)把吊钩A(7)和吊钩B(8)的姿态角度数据通过无线通讯的方式发送给主机(3)；
第六步，主机(3)将两个吊钩的姿态角度数据传输给串口(12)的缓存区；
第七步，上位机(2)读取串口(12)的缓存区数据，将其进行保存和显示。
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