CN114590726A - 一种预防塔吊碰撞报警装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种预防塔吊碰撞报警装置，包括安装在塔吊上的塔吊回转限位器和塔吊小车行程限位器，塔吊上安装有用于采集塔吊的起重臂运行角度的角度编码器和用于采集塔吊小车运行行程的幅度编码器，角度编码器连接于塔吊回转限位器，幅度编码器连接于塔吊小车行程限位器；角度编码器和幅度编码器分别与安装在塔吊上的主机电性连接。本发明的一种预防塔吊碰撞报警装置和方法，通过巧妙地设计，有效地预防了多塔作业时高塔吊的小车钢丝绳与低塔吊的起重臂发生碰撞，以及防止吊装物从人员密集区或其他需要保护的区域上空经过，角度编码器和幅度编码器可以简单地进行安装固定，信号传输不易受干扰，提高了报警正确率。

Description

一种预防塔吊碰撞报警装置和方法

技术领域

本发明涉及塔吊技术领域，特别是涉及一种预防塔吊碰撞报警装置和方法。

背景技术

在建筑工程施工过程中，由于工期要求、场地限制、建筑物结构需要等原因，塔式起重机(俗称：塔吊)大多存在交叉使用现象。所谓塔吊交叉使用是指两台或两台以上的塔吊的起重臂在工作中存在交叉，虽然按照相关规定相邻塔吊的高度不同，起重臂之间不会发生交叉碰撞，但是相对较高的塔吊上的钢丝绳会与相对较低的塔吊的起重臂发生碰撞。因为塔吊司机与塔吊信号工的疏忽，经常发生碰撞事故。轻则损伤钢丝绳，重则钢丝绳断裂，发生吊物坠落及塔吊倒塌事故，社会负面影响极大。

现有预防塔吊碰撞的产品，其采集塔吊小车行程的幅度传感器均是将电位器固定在一个行程限位器中，在该行程限位器底部固定一块底板，底板固定在塔吊原有的塔吊小车行程限位器底部，在此底板上用螺栓固定两个专用连接挂钩，专用连接挂钩勾住塔吊原有的塔吊小车行程限位器的两根固定杆，使该行程限位器得以固定，再用万向节或连接套管连接塔吊小车行程限位器的传动轴，行程限位器内部的齿轮机构与电位器相结合，实现对塔吊小车数据的采集；另外采用电位器与齿轮相结合的结构方式采集塔吊转角数据。此种方式有两个必要的条件：第一个时原有的塔吊小车行程限位器必须是以固定杆固定的结构，否则幅度传感器难以固定，强行固定会导致原有塔吊小车行程限位器的故障，固定不牢固甚至会发生限位器坠落事故；第二个是因为电位器输出是模拟信号，电位器至驾驶室端不能有强电磁干扰，否则传输中的电信号会被干扰，数据易发生较大波动。

以固定杆结构作为固定方式的塔吊小车行程限位器，因其固定杆锈蚀、垫圈老化等原因易使塔吊小车限位器失效，正逐渐被无固定杆的新式塔吊小车行程限位器取代，导致现有的预防塔吊碰撞产品的幅度传感器难以安装，另外，新出厂的塔吊普遍采用了变频电机，电磁环境较差，导致电位器信号在传输过程中波动较大，经常发生误报警现象。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种预防塔吊碰撞报警装置和方法，用于解决以下现有技术中的问题：

第一，幅度传感器与新式塔吊小车行程限位器之间固定困难安装难度大；

第二，传感器信号传输易受干扰，易发生误报警现象。

为解决上述技术问题，本发明是按如下方式实现的：一种预防塔吊碰撞报警装置，包括安装在塔吊上的塔吊回转限位器和塔吊小车行程限位器，所述塔吊上安装有用于采集塔吊的起重臂运行角度的角度编码器和用于采集塔吊小车运行行程的幅度编码器，所述角度编码器连接于所述塔吊回转限位器，所述幅度编码器连接于所述塔吊小车行程限位器；所述角度编码器和幅度编码器分别与安装在所述塔吊上的主机电性连接。

进一步地，所述角度编码器通过支架固定安装在所述塔吊回转限位器上。

进一步地，所述幅度编码器通过支架固定安装在所述塔吊小车行程限位器上。

进一步地，所述角度编码器的输出轴通过套管连接于所述塔吊回转限位器的传动轴。

进一步地，所述幅度编码器的输出轴通过套管连接于所述塔吊小车行程限位器的传动轴。

进一步地，所述角度编码器和幅度编码器分别通过导线与安装在所述塔吊上的主机电性连接。

进一步地，所述主机包括主板、触摸屏、扬声器、电源模块和通讯单元，所述触摸屏、扬声器、电源模块和通讯单元分别连接于所述主板。

进一步地，所述通讯单元包括ZigBee通信模块和蜂窝通讯模块。

进一步地，本发明还提供一种预防塔吊碰撞报警方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一，对各个塔吊参数进行设置；

步骤二，各个塔吊的角度编码器和幅度编码器分别把采集到的数据传输给主机进行处理，得到各个塔吊的起重臂和塔吊小车的位置；

步骤三，当相邻塔吊的塔吊小车进入相邻塔吊的起重臂的俯视投影相交区域时，如果相邻塔吊的起重臂与塔吊小车的钢丝绳之间的距离达到报警阈值时，主机的扬声器进行报警提示。

进一步地，所述塔吊参数包括报警阈值参数、结构参数、坐标参数、编码器标定参数、保护区参数和时钟参数。

如上所述，本发明的一种预防塔吊碰撞报警装置和方法，通过巧妙地设计，有效地预防了多塔作业时高塔吊的小车钢丝绳与低塔吊的起重臂发生碰撞，以及防止吊装物从人员密集区或其他需要保护的区域上空经过，角度编码器和幅度编码器可以简单地进行安装固定，信号传输不易受干扰，提高了报警正确率。

附图说明

图1显示为本发明实施例中一种预防塔吊碰撞报警装置的安装示意图；

图2显示为本发明实施例中一种预防塔吊碰撞报警装置的结构示意图；

图3显示为本发明实施例中一种预防塔吊碰撞报警装置的一号塔吊和二号塔吊作业俯视图；

图4显示为本发明实施例中一种预防塔吊碰撞报警方法的流程图。

对应说明书附图内的附图标记参考如下：

塔吊1，塔吊回转限位器2，塔吊小车行程限位器3，角度编码器4，幅度编码器5，主机6，主板61，触摸屏62，扬声器63，电源模块64，ZigBee通信模块65，蜂窝通讯模块66，套管7，导线8，起重臂9，塔吊小车10，回转中心11，围墙12，道路13。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图4。为了使本发明实现的技术手段、实施例、技术方案优点更加清楚，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。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和表示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“中间”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至图4所示，本发明提供一种预防塔吊碰撞报警装置，包括安装在塔吊1上的塔吊回转限位器2和塔吊小车行程限位器3，塔吊1上安装有用于采集塔吊起重臂9的运行角度的角度编码器4和用于采集塔吊小车运行行程的幅度编码器5。

角度编码器4通过支架固定安装在塔吊回转限位器2上。幅度编码器5通过支架固定安装在塔吊小车行程限位器3上。角度编码器4的输出轴通过套管7连接于塔吊回转限位器2的传动轴。幅度编码器5的输出轴通过套管7连接于塔吊小车行程限位器3的传动轴。角度编码器4和幅度编码器5分别通过导线8与安装在塔吊上的主机6电性连接。

主机6包括主板61、触摸屏62、扬声器63、电源模块64和通讯单元，触摸屏62、扬声器63、电源模块64和通讯单元分别连接于主板61。通讯单元包括ZigBee通信模块65和蜂窝通讯模块66，蜂窝通讯模块66可以采用4G或者5G。

触摸屏21显示塔吊当前通信信号状态、预警状态、报警状态、故障状态、塔吊高度、小车幅度值、起重臂角度值、群塔实时状态俯视图、参数设置入口按钮和时间等。

主机6接收角度编码器4和幅度编码器5的数据，通过ZigBee通信模块65向本局域网内其他塔吊广播本机数据，通过蜂窝通讯模块66发送数据至云端服务器进行运算、分析、判断，发送并统计报警数据给主机6，通过触摸屏62显示塔吊实时数据及群塔运行状态俯视图，并且控制扬声器63发出相应语音提示。

本发明还提供一种预防塔吊碰撞报警方法，现以工地现场的一号塔吊和二号塔吊来进行说明。一号塔吊的起重臂下沿高度50米，二号塔吊的起重臂下沿高度40米，一号塔吊和二号塔吊的起重臂长度均为60米，平衡臂长度均为12米，两台塔吊中心距离80米。

对一号塔吊和二号塔吊参数进行设置。塔吊参数包括报警阈值参数、结构参数、坐标参数、编码器标定参数、保护区参数和时钟参数。

点击触摸屏21上的“设置”按钮，输入调试密码，确定后弹出主菜单，主菜显示下列调试按钮：报警阈值设置、结构设置、坐标设置、限位设置、保护参数、传感器标定、保护区设置、时钟设置。

点击“报警阈值设置”按钮，当相邻塔吊的塔吊小车进入相邻塔吊的起重臂9的俯视投影相交区域时，对相邻塔吊的起重臂9与塔吊小车10的钢丝绳之间的距离进行设置一个报警阈值。例如一号塔吊的塔吊小车10的钢丝绳与二号塔吊的起重臂9与之间的距离达到8米距离，主机6的扬声器63进行报警提示。

点击“结构设置”按钮，分别设置一号塔吊和二号塔吊的起重臂9的长度、平衡臂长度以及起重臂下沿高度等参数。

点击“坐标设置”按钮，分别设置一号塔吊和二号塔吊的X坐标和Y坐标。

点击“传感器标定”按钮，进入一号塔吊和二号塔吊的编码器的标定设定。再点击“幅度标定”按钮，将塔吊小车10运行至起重臂9的中间位置。点击“编码器居中”按钮(使幅度编码器输出值处于中点，避免编码器输出超出有效值)，将塔吊小车10运行至近限位(停止位一般距离中心2米，不同塔吊根据实际距离标定)，出现标定表，在第一行列表中的幅度栏输入2米，点击“读取”按钮，序号1栏的采样值＝当前编码器采样值；将塔吊小车10运行至远限位，在第二行列表中的幅度栏填入58.0米(停止位一般距离起重臂前端2米，不同塔吊根据实际距离标定)，点击“读取”按钮，序号2栏的采样值＝当前编码器采样值，点“确定”按钮返回，此时扬声器发出“到达远限位”报警语音，将塔吊小车10前后运行一次，以确定幅度值显示数据、预警语音、报警语音正确。

接着再点击“回转标定”按钮，将起重臂9指向塔吊的回转中心11(塔吊的标准节中心)，在第一行角度列表栏填入0度(也可利用指南针确定起重臂指向东方，填入实际值)，点击“编码器居中”，点击“读取”，此时“实时角度”值变为0度，向左转动起重臂，如“实时角度”值同步减少，则点击“反转”按钮，继续左转一圈回到起点，在第二行角度列表栏填入360度(如果起重臂9向右转一圈，则填入-360度)，点击“读取”按钮，此时“实时角度”值变为360度，点“确定”返回，将起重臂9向右转动一圈，回到起点，确定“实时角度”值回到0度，则标定完成。

如果起重臂9超出工地的围墙12，围墙12外是道路13、办公区、人员密集区或有高压线等情况，则需设置保护区域，点击“保护区设置”按钮(如建筑物等高于塔吊，则选择“障碍物设置”，设置步骤相同)，以塔吊中心点坐标为参照点，利用已标定好参数的塔吊小车10及起重臂9，测算出保护区域4个及4个以上顶点(保护区域外廓顶点在起重臂投影覆盖范围左右即可)，顶点按逆时针(或顺时针)顺序将X轴、Y轴数值分别填入参数表对应的X1、Y1、X2、Y2......栏(如受保护区域有两个及以上，输入相应顶点坐标值设置另一个保护区域，以此类推)。输入完成后，点“保存”按钮，多个顶点连接为平面图。

一号塔吊和二号塔吊通过ZigBee通信模块65实现两塔吊之间局域网信号通信，触摸屏62的主界面左上角无线信号标志点亮，出现一号塔吊和二号塔吊的实时投影图，此时将两台塔吊起重臂9相对运行，一号塔吊的塔吊小车10运行至与二号塔吊的起重臂9投影相交的范围，当一号塔吊的塔吊小车10与二号塔吊的起重臂9在投影面上距离8米时，两台主机的扬声器同时发出预警语音，一号塔吊的扬声器发出“注意左(右)前方塔臂”，二号塔吊扬声器发出“注意左(右)前方钢丝绳”，实时投影图中小车和起重臂运行位置、方向应与实际相同，当处于预警及报警区域时，各自的图形颜色相应变为黄色及红色，经检测无误后，现场参数设置全部完成。

一号塔吊和二号塔吊的角度编码器4和幅度编码器5分别实时把采集到的数据传输给主机6进行处理，得到一号塔吊和二号塔吊的起重臂9和塔吊小车10的位置。

当一号塔吊和二号塔吊的塔吊小车10进入一号塔吊和二号塔吊的起重臂9的俯视投影相交区域时，如果一号塔吊的塔吊小车10的钢丝绳与二号塔吊的起重臂9之间的距离达到报警阈值时，主机的扬声器进行报警提示。

综上所述，本发明的一种预防塔吊碰撞报警装置和方法，通过巧妙地设计，有效地预防了多塔作业时高塔吊的小车钢丝绳与低塔吊的起重臂发生碰撞，以及防止吊装物从人员密集区或其他需要保护的区域上空经过，角度编码器和幅度编码器可以简单地进行安装固定，信号传输不易受干扰，提高了报警正确率。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而达到更好的实用效果。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种预防塔吊碰撞报警装置，包括安装在塔吊(1)上的塔吊回转限位器(2)和塔吊小车行程限位器(3)，其特征在于：所述塔吊(1)上安装有用于采集塔吊的起重臂(9)的运行角度的角度编码器(4)和用于采集塔吊小车运行行程的幅度编码器(5)，所述角度编码器(4)连接于所述塔吊回转限位器(2)，所述幅度编码器(5)连接于所述塔吊小车行程限位器(3)；所述角度编码器(4)和幅度编码器(5)分别与安装在所述塔吊上的主机(6)电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种预防塔吊碰撞报警装置，其特征在于：所述角度编码器(4)通过支架固定安装在所述塔吊回转限位器(2)上。

3.根据权利要求1所述的一种预防塔吊碰撞报警装置，其特征在于：所述幅度编码器(5)通过支架固定安装在所述塔吊小车行程限位器(3)上。

4.根据权利要求1所述的一种预防塔吊碰撞报警装置，其特征在于：所述角度编码器(4)的输出轴通过套管(7)连接于所述塔吊回转限位器(2)的传动轴。

5.根据权利要求1所述的一种预防塔吊碰撞报警装置，其特征在于：所述幅度编码器(5)的输出轴通过套管(7)连接于所述塔吊小车行程限位器(3)的传动轴。

6.根据权利要求1所述的一种预防塔吊碰撞报警装置，其特征在于：所述角度编码器(4)和幅度编码器(5)分别通过导线(8)与安装在所述塔吊上的主机(6)电性连接。

7.根据权利要求1所述的一种预防塔吊碰撞报警装置，其特征在于：所述主机(6)包括主板(61)、触摸屏(62)、扬声器(63)、电源模块(64)和通讯单元，所述触摸屏(62)、扬声器(63)、电源模块(64)和通讯单元分别连接于所述主板(61)。

8.根据权利要求7所述的一种预防塔吊碰撞报警装置，其特征在于：所述通讯单元包括ZigBee通信模块(65)和蜂窝通讯模块(66)。

9.一种预防塔吊碰撞报警方法，其特征在于，包括如权利要求1-8中任意一项所述的一种预防塔吊碰撞报警装置，所述方法包括以下步骤：

步骤一，对各个塔吊参数进行设置；

步骤二，各个塔吊的角度编码器(4)和幅度编码器(5)分别把采集到的数据传输给主机进行处理，得到各个塔吊的起重臂(9)和塔吊小车(10)的位置；

步骤三，当相邻塔吊的塔吊小车进入相邻塔吊的起重臂(9)的俯视投影相交区域时，如果相邻塔吊的起重臂(9)与塔吊小车(10)的钢丝绳之间的距离达到报警阈值时，主机(6)的扬声器进行报警提示。

10.根据权利要求9所述的一种预防塔吊碰撞报警方法，其特征在于：所述塔吊参数包括报警阈值参数、结构参数、坐标参数、编码器标定参数、保护区参数和时钟参数。

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