CN206407828U - 一种基于无线通讯网络的无人塔吊控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于无线通讯网络的无人塔吊控制系统，所述系统包括塔吊主机、桥接装置、遥控器、监控站以及塔吊；所述塔吊主机包括无线AP发射器、主机控制器、传感器以及摄像头；所述遥控器包括用于取所述传感器和摄像头数据并发送控制指令的第一控制平板、第二控制平板；所述监控站包括无线接入模块、服务器；所述塔吊包括塔吊控制器、驾驶台以及切换开关；本实用新型通过无线局域网络获取高处塔吊的传感器及摄像头数据，操作人员通过遥控器远程控制塔吊，所述系统在地面还有监控站用来显示并存储传感器和摄像头数据以及控制指令数据，无需操作人员到塔吊上的驾驶室来控制塔吊，改善了塔吊操作人员工作环境，节省了人力成本。

Description

一种基于无线通讯网络的无人塔吊控制系统

技术领域

本实用新型涉及塔吊施工控制技术领域，尤其涉及的是一种基于无线通讯网络的无人塔吊控制系统。

背景技术

塔吊是建筑工地上最常用的一种起重设备 又名塔式起重机，以一节一节的接长（高）（简称“标准节”），用来吊施工用的钢筋、木楞、混凝土、钢管等施工的原材料，塔吊是工地上一种必不可少的设备。

现有技术中，塔吊操作人员必须沿着塔吊内最高达百米简易楼梯到达塔吊顶部的狭小的司机室内对塔吊进行操作。由于上下塔吊极其麻烦，操作人员工作时间长时间呆在条件恶劣的司机室，当操作人员发生意外时救援也会变得非常复杂。同时操作人员在司机室大多数情况下无法清楚看到物料转运情况只能靠指挥人员指挥，操作稍有不慎就会发生意外。而且整个操作过程需要多个操作人员互相配合才能完成，所以现有塔吊技术得操作是需要塔吊操作人员和指挥人员共同配合，耗费大量人力。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于无线通讯网络的无人塔吊控制系统，旨在通过无线局域网络获取高处塔吊的传感器及摄像头数据，操作人员通过遥控器在传感器及摄像头数据的辅助下远程控制塔吊，所述系统在地面还有监控站用来显示并存储传感器和摄像头数据以及控制指令数据，无需操作人员到塔吊上的驾驶室来控制塔吊，改善了塔吊操作人员工作环境，节省了人力成本。

本实用新型解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种基于无线通讯网络的无人塔吊控制系统，其中，所述基于无线通讯网络的无人塔吊控制系统包括：

塔吊主机、桥接装置、遥控器、监控站以及塔吊；

所述塔吊主机与塔吊进行有线连接，所述遥控器和监控站与塔吊主机通过无线连接，或者当建筑物遮挡无线信号时所述遥控器和监控站与塔吊主机通过桥接装置连接；

所述塔吊主机包括无线AP发射器、主机控制器、传感器以及摄像头；

所述无线AP发射器用于通过与主机控制器连接采集传感器数据和摄像头数据以及接收遥控器的控制指令，所述主机控制器用于采集并通过网口发送传感器数据以及通过网口接收遥控器发来的指令，所述传感器用于采集塔吊运行状态数据，所述摄像头用于监控及辅助塔吊遥控操作；

所述桥接装置将遥控器、监控站与塔吊主机连接用于桥接无线AP发射器的无线信号扩大无线局域网覆盖范围；

所述遥控器包括用于取所述传感器和摄像头数据并发送控制指令的第一控制平板、第二控制平板；

所述监控站包括无线接入模块、服务器；

所述无线接入模块用于接入无线局域网，或者直接连接无线AP发射器或者通过桥接装置连接到无线AP发射器，所述服务器用于显示和存储传感器和摄像头数据以及控制指令；

所述塔吊包括塔吊控制器、驾驶台以及切换开关；

所述切换开关安装在塔吊控制器上，塔吊控制器通过切换开关与驾驶台连接用于人工控制塔吊，或者塔吊控制器通过切换开关与主机控制器连接用于无线控制塔吊。

所述的基于无线通讯网络的无人塔吊控制系统，其中，所述无线AP发射器采用形式为无线网桥；

所述主机控制器类型为PLC处理器；

所述传感器包括用于采集风速信息的风速传感器，用于采集力矩信息的扭矩传感器，用于采集变幅机构幅度信息的距离传感器，用于采集吊钩高度信息的高度传感器，用于采集回转机构角度信息的角度传感器，用于采集塔机倾斜角度的倾角传感器，用于将声音信号转换成电信号的超声波传感器，用于采集压力信息的压敏传感器；

所述摄像头型号为POE网络摄像头。

所述的基于无线通讯网络的无人塔吊控制系统，其中，所述桥接装置采用点对点桥接或者点对多桥接。

所述的基于无线通讯网络的无人塔吊控制系统，其中，所述遥控器中控制平板数量为若干个，当设置多个控制平板时，在同一时刻只能设置一个控制平板控制塔吊主机。

所述的基于无线通讯网络的无人塔吊控制系统，其中，所述遥控器中的控制平板设置有用于识别操作人员的人脸识别和指纹识别。

所述的基于无线通讯网络的无人塔吊控制系统，其中，所述第一控制平板和第二控制平板采用型号为平板电脑；所述无线接入模块采用无线路由器；所述服务器采用PC。

本实用新型公开了一种基于无线通讯网络的无人塔吊控制系统，所述系统包括塔吊主机、桥接装置、遥控器、监控站以及塔吊；所述塔吊主机与塔吊进行有线连接，所述遥控器和监控站与塔吊主机通过无线连接，或者当建筑物遮挡无线信号时所述遥控器和监控站与塔吊主机通过桥接装置连接；所述塔吊主机包括无线AP发射器、主机控制器、传感器以及摄像头；所述遥控器包括用于取所述传感器和摄像头数据并发送控制指令的第一控制平板、第二控制平板；所述监控站包括无线接入模块、服务器；所述塔吊包括塔吊控制器、驾驶台以及切换开关；本实用新型通过无线局域网络获取高处塔吊的传感器及摄像头数据，操作人员通过遥控器在传感器及摄像头数据的辅助下远程控制塔吊，所述系统在地面还有监控站用来显示并存储传感器和摄像头数据以及控制指令数据，无需操作人员到塔吊上的驾驶室来控制塔吊，改善了塔吊操作人员工作环境，节省了人力成本。

附图说明

图1是本实用新型塔吊的结构原理示意图。

图2是本实用新型基于无线通讯网络的无人塔吊控制系统的结构原理示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参见图1，图1是本实用新型塔吊的结构原理示意图。如图1所示，所述塔吊包括基础承台1、基础节2、标准节3、套架4、套架平台5、引进平台6、驾驶室7、变幅机构8、起重臂9、吊钩10、变幅小车11、变幅钢丝绳12、夹板13、起重臂拉杆14、塔帽15、平衡臂拉杆16、起升钢丝绳17、配重装置18、起升机构19、平衡臂20、支架前臂21、支架后壁22。传统塔吊作业时，塔吊操作人员必须沿着塔吊内最高达百米简易楼梯到达塔吊顶部的狭小的驾驶室7对塔吊进行操作，由于上下塔吊极其麻烦，操作人员工作时间长时间呆在条件恶劣的司机室，当操作人员发生意外时救援也会变得非常复杂，同时操作人员在司机室大多数情况下无法清楚看到物料转运情况只能靠指挥人员指挥，操作稍有不慎就会发生意外。最后现有塔吊技术早操作是需要塔吊操作人员和指挥人员耗费大量人力。

本实用新型采用的无线遥控系统将众多传感器数据也传入新接入的主机控制器，在无线遥控系统中，以地面的服务器替代了原有黑匣子用于塔吊的数据记录，在无线遥控系统中，在特定的位置（比如本实用新型在支架前臂1/2以及支架后壁1/2处）添加的两个摄像头用于图像的采集，无需操作人员进入驾驶室7进行实际操作，通过控制平板进行无线遥控，不但保证了操作人员的安全，也提高了塔吊的操作效率。

基于上述塔吊结构，本实用新型提供了一种基于无线通讯网络的无人塔吊控制系统，请参见图2，图2是本实用新型基于无线通讯网络的无人塔吊控制系统的结构原理示意图。如图2所示，本实用新型实施例所述的基于无线通讯网络的无人塔吊控制系统包括塔吊主机100、桥接装置200、遥控器300、监控站400以及塔吊500五个部分；所述塔吊主机100与塔吊500进行有线连接，所述遥控器300和监控站400与塔吊主机100通过无线连接，或者当建筑物遮挡无线信号时所述遥控器300和监控站400与塔吊主机500通过桥接装置200连接；也就是说遥控器300可直接通过无线局域网和塔吊主机500连接、监控站400可直接通过无线局域网和塔吊主机500连接，只是当建筑物遮挡无线信号时（无线连接信号不通或者不好），遥控器300和监控站400与塔吊主机500才会通过桥接装置200连接，所述桥接装置200相当于一个中转装置。

所述塔吊主机100包括无线AP发射器110、主机控制器120、传感器130以及摄像头140；所述无线AP发射器110用于通过与主机控制器120连接采集传感器数据和摄像头数据以及接收遥控器300的控制指令；所述主机控制器120用于采集并通过网口发送传感器数据以及通过网口接收遥控器300发来的指令，所述传感器130用于采集塔吊运行状态数据，所述摄像头140用于监控及辅助塔吊遥控操作。

所述桥接装置200将遥控器300、监控站400与塔吊主机100连接用于桥接无线AP发射器110的无线信号扩大无线局域网覆盖范围，从而解决障碍物遮挡无线信号的问题。所述桥接装置200采用点对点桥接或者点对多桥接，极大扩展无线网络覆盖范围。

所述遥控器300包括用于取所述传感器130和摄像头140数据并发送控制指令的第一控制平板310、第二控制平板320。

所述监控站400包括无线接入模块410和服务器420；所述无线接入模块410用于接入无线局域网，或者直接连接无线AP发射器110或者通过桥接装置200连接到无线AP发射器110，所述服务器420用于显示和存储传感器130和摄像头140数据以及控制指令。

所述塔吊500包括塔吊控制器510、驾驶台520以及切换开关530；所述切换开关530安装在塔吊控制器510上，塔吊控制器510通过切换开关530与驾驶台520连接用于人工控制塔吊500，或者塔吊控制器510通过切换开关530与主机控制器120连接用于无线控制塔吊500。

所述无线AP发射器110作为无线局域网络的中心，所述无线AP发射器110采用形式为无线网桥；所述桥接装置200用于桥接无线AP发射器110的信号，所述桥接装置200优选采用无线网桥。无线AP发射器110所用的无线网桥既可设置为AP模式使得通过网口连接在无线AP发射器110的主机控制器120和摄像头140，以及通过无线方式连接到无线AP发射器110的控制平板（第一控制平板310和第二控制平板320）和无线接入模块（无线路由器）410接入同一局域网，也可设为桥接模式与桥接装置200的无线网桥桥接使用，使得通过网口连接在无线AP发射器110的主机控制器120和摄像头140，以及通过无线方式连接在无线AP发射器110或者桥接装置200的第一控制平板310、第二控制平板320和无线路由器接入同一局域网。

所述主机控制器120类型为PLC处理器；PLC（Programmable Logic Controller：可编程逻辑控制器）是一种采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC处理器，其具有可靠性高，抗干扰能力强的特点。该PLC处理器的工作过程是接收传感器130的模拟信号，转换为数字信号，再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中将数字信号编码程数据帧格式，再通过网口发送到无线AP发射器110，同时该PLC处理器会通过网口从无线AP发射器110接收遥控器300发来的控制指令，然后PLC处理器会解析控制指令，并对应的改变IO口状态，以便控制塔吊控制器510。

所述传感器130包括用于采集风速信息的风速传感器，用于采集力矩信息的扭矩传感器，用于采集变幅机构幅度信息的距离传感器，用于采集吊钩高度信息的高度传感器，用于采集回转机构角度信息的角度传感器，用于采集塔机倾斜角度的倾角传感器，用于将声音信号转换成电信号的超声波传感器，用于采集压力信息的压敏传感器；上述这些传感器的作用是为了操作人员了解塔吊工作状态及工作环境以便辅助塔吊操作，所以还可以根据实际情况需要增加一些其他类型的传感器，以便更好的了解塔吊工作状态以及工作环境。

所述摄像头140型号为POE网络摄像头。POE (Power Over Ethernet：有源以太网)指的是在现有的以太网Cat.5布线基础架构不作任何改动的情况下，在为一些基于IP的终端（如IP电话机、无线局域网接入点AP、网络摄像机等）传输数据信号的同时，还能为此类设备提供直流供电的技术。POE技术能在确保现有结构化布线安全的同时保证现有网络的正常运作，最大限度地降低成本。POE也被称为基于局域网的供电系统(POL，Power over LAN)或有源以太网( Active Ethernet)，有时也被简称为以太网供电，这是利用现存标准以太网传输电缆的同时传送数据和电功率的最新标准规范，并保持了与现存以太网系统和用户的兼容性。IEEE 802.3af标准是基于以太网供电系统POE的新标准，它在IEEE 802.3的基础上增加了通过网线直接供电的相关标准，是现有以太网标准的扩展，也是第一个关于电源分配的国际标准。本实用新型的摄像头140优选采用POE网络摄像头，其具有安装方便，满足多种接口协议的特点，该摄像头通过CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）传感器将模拟的视频信息转换成模拟信号，后通过内部系统芯片采用H.265编码技术对视频信息压缩，最后通过网口采用 RTSP协议传输视频信息。

所述遥控器300中控制平板数量为若干个，当设置多个控制平板时，在同一时刻只能设置一个控制平板控制塔吊主机。

所述遥控器300中的控制平板设置有用于识别操作人员的人脸识别和指纹识别，有操作权限的操作人员必须通过人脸识别或者指纹识别验证后才能使用遥控器300。

所述第一控制平板310和第二控制平板320采用型号为平板电脑（自带有WIFI功能识别功能，任何型号均可），可以获取塔吊主机100的传感器130和摄像头140数据并显示在人机交互界面，操作人员通过人机交互界面控制塔吊500，平板电脑解析操作指令通过无线局域网发送给塔吊主机100。遥控器300包括第一控制平板310和第二控制平板320，第一控制平板310和第二控制平板320用于接收传感器130和摄像头140数据以及发送控制指令，第一控制平板310和第二控制平板320优选采用平板电脑，平板电脑通过WIFI接入无线局域网络后可以接收传感器和摄像头数据，平板电脑在处理传感器和摄像头数据后通过UI（UserInterface）界面显示传感器数据和视频信息；同时操作人员在UI界面上同过点击或者滑动操作控制塔吊500，通过解析操作人员控制指令并通过无线局域网络发送到塔吊主机100。

所述监控站400中的所述无线接入模块410采用无线路由器；所述服务器420采用PC。无线接入模块410用于使得服务器420接入局域网，该无线接入模块410优选采用无线路由器；服务器420优选采用普通PC。无线路由器设为Client模式，PC通过网口接入到局域网后获取传感器和摄像头数据以及控制指令数据后，配套上位机软件会显示并存储传感器和摄像头数据以及控制指令数据。所述服务器420相当于在地面的一个服务器，通过无线连接传输数据，还接入了互联网，其相对与黑匣子来说有以下好处：在地面上、便于维护；连入互联网，数据便于实时查看；放在地面上，更加安全。

本实用新型公开了一种基于无线通讯网络的无人塔吊控制系统，所述系统包括塔吊主机、桥接装置、遥控器、监控站以及塔吊；所述塔吊主机与塔吊进行有线连接，所述遥控器和监控站与塔吊主机通过无线连接，或者当建筑物遮挡无线信号时所述遥控器和监控站与塔吊主机通过桥接装置连接；所述塔吊主机包括无线AP发射器、主机控制器、传感器以及摄像头；所述遥控器包括用于取所述传感器和摄像头数据并发送控制指令的第一控制平板、第二控制平板；所述监控站包括无线接入模块、服务器；所述塔吊包括塔吊控制器、驾驶台以及切换开关；本实用新型通过无线局域网络获取高处塔吊的传感器及摄像头数据，操作人员通过遥控器在传感器及摄像头数据的辅助下远程控制塔吊，所述系统在地面还有监控站用来显示并存储传感器和摄像头数据以及控制指令数据，无需操作人员到塔吊上的驾驶室来控制塔吊，改善了塔吊操作人员工作环境，节省了人力成本。

应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于无线通讯网络的无人塔吊控制系统，其特征在于，所述基于无线通讯网络的无人塔吊控制系统包括：

塔吊主机、桥接装置、遥控器、监控站以及塔吊；

所述塔吊主机与塔吊进行有线连接，所述遥控器和监控站与塔吊主机通过无线连接，或者当建筑物遮挡无线信号时所述遥控器和监控站与塔吊主机通过桥接装置连接；

所述塔吊主机包括无线AP发射器、主机控制器、传感器以及摄像头；

所述无线AP发射器用于通过与主机控制器连接采集传感器数据和摄像头数据以及接收遥控器的控制指令，所述主机控制器用于采集并通过网口发送传感器数据以及通过网口接收遥控器发来的指令，所述传感器用于采集塔吊运行状态数据，所述摄像头用于监控及辅助塔吊遥控操作；

所述桥接装置将遥控器、监控站与塔吊主机连接用于桥接无线AP发射器的无线信号扩大无线局域网覆盖范围；

所述遥控器包括用于取所述传感器和摄像头数据并发送控制指令的第一控制平板、第二控制平板；

所述监控站包括无线接入模块、服务器；

所述无线接入模块用于接入无线局域网，或者直接连接无线AP发射器或者通过桥接装置连接到无线AP发射器，所述服务器用于显示和存储传感器和摄像头数据以及控制指令；

所述塔吊包括塔吊控制器、驾驶台以及切换开关；

所述切换开关安装在塔吊控制器上，塔吊控制器通过切换开关与驾驶台连接用于人工控制塔吊，或者塔吊控制器通过切换开关与主机控制器连接用于无线控制塔吊。

2.根据权利要求1所述的基于无线通讯网络的无人塔吊控制系统，其特征在于，所述无线AP发射器采用形式为无线网桥；

所述主机控制器类型为PLC处理器；

所述传感器包括用于采集风速信息的风速传感器，用于采集力矩信息的扭矩传感器，用于采集变幅机构幅度信息的距离传感器，用于采集吊钩高度信息的高度传感器，用于采集回转机构角度信息的角度传感器，用于采集塔机倾斜角度的倾角传感器，用于将声音信号转换成电信号的超声波传感器，用于采集压力信息的压敏传感器；

所述摄像头型号为POE网络摄像头。

3.根据权利要求1所述的基于无线通讯网络的无人塔吊控制系统，其特征在于，所述桥接装置采用点对点桥接或者点对多桥接。

4.根据权利要求1所述的基于无线通讯网络的无人塔吊控制系统，其特征在于，所述遥控器中控制平板数量为若干个，当设置多个控制平板时，在同一时刻只能设置一个控制平板控制塔吊主机。

5.根据权利要求4所述的基于无线通讯网络的无人塔吊控制系统，其特征在于，所述遥控器中的控制平板设置有用于识别操作人员的人脸识别和指纹识别。

6.根据权利要求1所述的基于无线通讯网络的无人塔吊控制系统，其特征在于，所述第一控制平板和第二控制平板采用型号为平板电脑；所述无线接入模块采用无线路由器；所述服务器采用PC。