CN201850094U - 塔式起重机智能预警系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种塔式起重机智能预警系统，由管理层、传输层及应用层组成，所述传输层连接管理层与应用层，应用层包括：数据采集模块、安全保护控制及作业信息记录模块、故障诊断与设备破坏预警模块、防倾翻预警模块、防碰撞预警模块及数据处理模块。所述数据采集模块、安全保护控制及作业信息记录模块、防倾翻预警模块、防碰撞预警模块及故障诊断与设备破坏预警模块分别与数据处理模块连接。本实用新型是面向塔式起重机的集本地安全监控、多机本地安全监控及基于无线通信的远程安全监控三者于一体的塔式起重机智能预警系统，克服了现有技术单一与分散的不足。

Description

塔式起重机智能预警系统

技术领域

本实用新型涉及塔式起重机安全生产预警装置和远程监控系统，特别涉及一种塔式起重机智能预警系统。

背景技术

目前，现有塔式起重机安全监控产品可以分为单机本地安全监控、多机本地安全监控和起重机远程安全监控三大类。单机本地安全监控方式用于单台起重机的自我监控，其典型代表是黑匣子监控管理系统；多机本地安全监控的典型应用是塔机群防互撞及区域保护系统，采用无线通讯和数字式方位传感器等技术；起重机远程安全监控以基于无线射频技术和通用无线分组业务的塔式起重机远程监控及智能维护系统为典型代表，运用了计算机及通讯、信息领域多项技术。

而上述三类产品存在功能单一、集成度低、智能化程度不高等缺点，而且现有的国内外塔式起重机安全监控系统和国家科技部在研项目主要面向主机厂、施工方与用户，多为事后处理提供证据的相关产品，难以实现事前预警、“安全生产，预防为主”的生产管理理念，并难以解决安全监管部门统一监管带来的监控范围大、起重机型号复杂、可靠性要求高、综合管理困难、标准范围制定等难点问题。因此，现有系统与在研项目不能满足塔式起重机安全生产监管部门需求。

发明内容

本实用新型的目的是开发一套面向塔式起重机的集本地安全监控、多机本地安全监控及基于无线通信的远程安全监控三者于一体的塔式起重机智能预警系统，克服现有技术单一与分散的不足。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种塔式起重机智能预警系统，由管理层、传输层及应用层组成；所述传输层连接管理层与应用层。

所述应用层包括：数据采集模块；用于记录与显示塔式起重机的作业信息，并对其进行智能安全保护控制的安全保护控制及作业信息记录模块；通过系统硬件与软件实现系统的故障智能诊断与破坏预警功能的故障诊断与设备破坏预警模块；用于对塔机正常工况和顶升拆卸作业时的防倾翻预警的防倾翻预警模块；通过模块内算法和局域网络通讯，实现塔式起重机单机、多机防碰撞预警的防碰撞预警模块；用于将各模块所得数据进行处理，并发出控制指令的数据处理模块。

所述数据采集模块、安全保护控制及作业信息记录模块、防倾翻预警模块、防碰撞预警模块及故障诊断与设备破坏预警模块分别与数据处理模块连接。 

所述管理层包括远程监控管理模块和短信报警平台；所述短信报警平台在塔机非正常工作时发出短信报警信息；所述监控管理模块用于监测塔机的当前运行数据和预警、报警与故障信息，查阅塔机的作业信息，并通过账号权限管理实现对塔机进行区域化、专业化管理。

所述传输层为无线通信网络，即无线通讯模块。

所述无线通讯模块通过RS485接口与数据处理模块相连，用于完成与管理层的通信功能；无线通讯模块通过RS232或RS485接口与数据处理模块连接，用于完成与相邻塔机的通信，实现塔机群防碰撞与区域保护。

所述数据处理模块通过RS232接口连接有显示屏，用于显示塔机工作信息，包括：运行状态、实时数据、预警报警信息的内容；所述显示屏上扩展有SD卡和或闪存，用于存储塔机工作信息。

本实用新型有益的技术效果是： 

1）将塔式起重机安全预警设备与无线通讯相结合，提供了远程预警功能，为深层次的故障诊断以及性能评估提供技术支持。

2）将塔式起重机安全生产提前到安全预防的层面上来，系统对塔机的运行状态进行监测并可以输出相应的预警、报警及相关控制信号。

3）系统还具有故障智能诊断与设备破坏预警功能，当发生系统电路短路、断路或系统错误动作时，故障诊断与设备破坏预警模块能够及时发出提示信息。

4）实现了基于局域网络无线通讯的多系统协同工作与多塔机防碰撞预警功能。

5）实现塔式起重机在正常作业和顶升拆卸时的防倾翻预警功能。

6）智能化的多级预警与报警体系，无需人为干预即可实现全部危险动作的控制，真正实现防患于未然。

附图说明

图1是本实用新型塔式起重机智能预警系统构架图。

图2是本实用新型实施例塔式起重机智能预警系统的智能监控终端结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。

塔式起重机智能预警系统的工作原理如图1所示。整个系统由管理层、传输层及应用层组成：应用层即是智能预警终端（下位机）；传输层为无线通信网络；管理层即为监控管理和短信报警平台（上位机）。

应用层包括：数据采集模块105、安全保护控制及作业信息记录模块106、故障诊断与设备破坏预警模块109、防倾翻预警模块108、防碰撞预警模块107及数据处理模块104。所述数据采集模块105、安全保护控制及作业信息记录模块106、防倾翻预警模块108、防碰撞预警模块107及故障诊断与设备破坏预警模块109分别与数据处理模块104连接。 

所述管理层包括远程监控管理模块102和短信报警平台101。

智能预警终端具有下述功能：记录与显示塔式起重机的作业信息，并对其进行智能安全保护控制；通过系统硬件与软件实现系统的故障智能诊断与破坏预警功能；具备对塔机正常工况和顶升拆卸作业时的防倾翻预警功能；通过特定的软件算法和局域网络通讯，实现塔式起重机单机、多机防碰撞预警功能；该系统基于无线通信网络，实现起了塔式起重机的远程监控预警功能，并对塔机非正常工作时发出短信报警信息；监控管理平台可以实时监测塔机的当前运行数据和预警、报警与故障信息，也可以查阅塔机的作业信息，便于塔机管理，并通过账号权限管理实现对塔机进行区域化、专业化管理。

具体的，通过故障诊断与设备破坏预警功能说明本智能预警终端的硬件结构及软件设计。

请参照图2，智能预警终端的故障诊断与设备破坏预警功能结构包括：输入模块201、故障诊断与设备破坏预警模块109、数据处理模块PLC104、蜂鸣器语言模块204、继电器输出205、显示屏206、闪存207、无线通讯模块103、AC220V209及电源24V210。其他功能模块集成于智能预警终端内。

智能预警终端硬件设计技术

智能预警终端采用PLC作为系统中央单元，主要用来采集数字量、模拟量信号，对信号进行逻辑运算，最后输出数字量信号；采集的信号经过破坏预警模块输入到PLC内，实现故障诊断与设备破坏预警功能；显示屏通过RS232接口与PLC相连，用于显示运行状态、实时数据、预警报警信息等内容；显示屏上扩展有SD卡和闪存，用于存储塔机工作信息；DTU通过RS485接口与PLC相连，用于完成与监控中心的通信功能；无线局域网通讯模块通过RS232或RS485接口与PLC连接用于完成与相邻塔机的通信，实现塔机群防碰撞与区域保护。

智能预警终端软件设计技术

1）能自动对塔式起重机运行参数进行实时采样：例如提升高度、转台角度等。

2）具有在线工况参数设定和传感器标定功能。

3）有预警、超限报警和超限控制功能。

4）具有起重机超载数据记录功能，便于事后分析故障原因。

5）智能预警终端的通用性好。在不改变主机硬件的情况下，只要将软件加以修改，就能够满足各种型号塔式起重机的要求。

6）具有良好的人机交互界面。采用大屏幕LCD显示屏，显示各种需要的塔机参数，操作、设置简单方便。

7）系统具有故障诊断与设备破坏预警功能，可以随时检测智能预警终端的故障，保证装置正常工作。

8）通过GPRS实现完善的无线通信。

9）具有闪存和SD卡两种存储功能。

10）具有多级预警与报警体系，智能化的软件模块输出相应控制信号真正实现防患于未然。

11）多种算法（单机防碰撞算法、多机防碰撞算法、力矩算法、防倾翻算法）与综合评价体系。

智能预警终端故障诊断技术

针对塔式重机六种典型工况，建立其力矩限制器数学模型；研究针对塔式起重机传感器的故障诊断策略；利用从模型获得的数据对传感器典型故障进行检测分析；利用同类型塔机的不同数据，建立数据库，协同诊断和预测塔机故障。

监控中心软件设计技术。监控程序包括以下七个功能：

1）显示管辖区内所有塔机的地理位置，以及工作状态。绿色为工作正常、黄色为塔机预警、红色为报警并实施控制动作。

2）远程锁定和远程开锁功能。

3）能够显示每一台塔机的当前运行参数，包括动作、拉力、变幅和力矩等信息。

4）能够读取每一台塔机的工作信息。

5）自动保存所有塔机工作信息。

6）具有短信报警功能，每一台塔机的报警信息能够及时地发送给责任人。

7）上位机采用B/S与C/S结合的模式开发。

后台数据库服务器采用SQL Server2005 SQLEXPRESS，系统主要分文三部分：

1）数据处理服务。由VC#编写，采用多线程和线程池的方式实时接收和处理下位机数据，同时根据解析后数据判断报警和故障，并且把所发生的报警和故障的相信信息存放短信报警表中。

2）短信模块实时检测数据库短信报警表，每5分钟发送一次最多一条报警发送3次。如果设备回复正常则不再发送短信，系统根据基础信息表找到设备联系人、单位、主机厂和监管部门给各个部门相应的负责人发送短信。

3）管理系统采用B/S的开发模式，方便用户管理。系统采用数据持久化技术、ajax、多层框架、google map、google earth技术。数据在web系统上实现无刷新更新，能更直观的显示设备状态信息。

Claims (5)

1.一种塔式起重机智能预警系统，其特征在于：所述智能预警系统由管理层、传输层及应用层组成；所述传输层连接管理层与应用层；

所述应用层包括：数据采集模块（105）；用于记录与显示塔式起重机的作业信息，并对其进行智能安全保护控制的安全保护控制及作业信息记录模块（106）；通过系统硬件与软件实现系统的故障智能诊断与破坏预警功能的故障诊断与设备破坏预警模块（109）；用于对塔机正常工况和顶升拆卸作业时的防倾翻预警的防倾翻预警模块（108）；通过模块内算法和局域网络通讯，实现塔式起重机单机、多机防碰撞预警的防碰撞预警模块（107）；用于将各模块所得数据进行处理，并发出控制指令的数据处理模块（104）；

所述数据采集模块（105）、安全保护控制及作业信息记录模块（106）、防倾翻预警模块（108）、防碰撞预警模块（107）及故障诊断与设备破坏预警模块（109）分别与数据处理模块（104）连接。 

2.根据权利要求1所述的塔式起重机智能预警系统，其特征在于：所述管理层包括远程监控管理模块（102）和短信报警平台（101）；所述短信报警平台（101）在塔机非正常工作时发出短信报警信息；所述监控管理模块（102）用于监测塔机的当前运行数据和预警、报警与故障信息，查阅塔机的作业信息，并通过账号权限管理实现对塔机进行区域化、专业化管理。

3.根据权利要求1所述的塔式起重机智能预警系统，其特征在于：所述传输层为无线通信网络，即无线通讯模块（103）。

4.根据权利要求3所述的塔式起重机智能预警系统，其特征在于：所述无线通讯模块（103）通过RS485接口与数据处理模块（104）相连，用于完成与管理层的通信功能；无线通讯模块（103）通过RS232或RS485接口与数据处理模块（104）连接，用于完成与相邻塔机的通信，实现塔机群防碰撞与区域保护。

5.根据权利要求1所述的塔式起重机智能预警系统，其特征在于：所述数据处理模块（104）通过RS232接口连接有显示屏（206），用于显示塔机工作信息，包括：运行状态、实时数据、预警报警信息的内容；所述显示屏（206）上扩展有SD卡和或闪存（207），用于存储塔机工作信息。

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