一種塔吊安全監控系統及監控方法
2023-07-22 04:27:41 1
一種塔吊安全監控系統及監控方法
【專利摘要】本發明公開了一種塔吊安全監控系統，包括：數據採集模塊、實時監控模塊以及超載控制模塊，所述數據採集模塊分別與所述實時監控模塊以及超載控制模塊連接；所述數據採集模塊實時採集塔吊工作時所吊負載的重量數據、塔吊運行的幅度數據以及狀態數據，將所述重量數據、幅度數據輸出至所述超載控制模塊，將所述狀態數據輸出至實時監控模塊；所述超載控制模塊接收所述重量數據以及幅度數據，並判斷由所述重量數據與幅度數據構成的工作點是否在預設的安全範圍內，如果為否，則控制塔吊停止工作。本發明具有降低塔吊安全隱患、檢測精度高、省時省力的優點。
【專利說明】一種塔吊安全監控系統及監控方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明主要涉及起重設備，尤其涉及一種塔吊安全監控系統及監控方法。
【背景技術】
[0002]塔吊也稱塔式起重機，屬於非連續性搬運重型機械，是一種起重臂安置在塔身頂部的、可迴轉的臂式起重機，常用於房屋建築和工廠設備安裝等場所。塔式起重機能有效節省人力、降低建設成本、減輕勞動強度、提高施工質量及實現工程施工機械化。同時，相比其他起重機，塔吊具有以下優點:有效作業面廣(塔身高、起重臂長)、生產效率高(可同時進行起升、迴轉、行走、變幅等運動)，結構簡單，運轉可靠。但在工作過程中，由於頻繁起制動，且有較大的動載荷存在，長期工作在大功率、高負荷的狀態下，塔吊存在安全隱患，我國每年發生多起塔吊安全事故，造成機毀人亡，損失慘重。
[0003]根據《塔式起重機安全規程》規定，須裝設安全保護裝置，現有的塔吊安全與保護系統主要是在塔吊上安裝限位開關，如超載限位器、力矩限位器、幅度限制指示器、位置限制器、風速指示器等，其均是通過機械式的結構將物理量的變化通過蝸輪傳動、齒輪傳動等轉化為行程開關的運動，當行程開關運動到終點時斷開控制迴路時，進行報警。該類裝置及方法靈活性低，且只能夠在故障發生時動作，對於故障發生前塔吊的超載狀態以及塔吊的工作狀態均無法進行監控。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題在於:針對現有技術存在的不足，提供一種結構簡單緊湊、成本低廉、能夠實時監控塔吊的超載及工作狀態，降低塔吊安全隱患、檢測精度高、省時省力的塔吊安全監控系統及監控方法。
[0005]為解決上述技術問題，本發明採用以下技術方案:
一種塔吊安全監控系統，包括:數據採集模塊、實時監控模塊以及超載控制模塊，所述數據採集模塊分別與所述實時監控模塊以及超載控制模塊連接；所述數據採集模塊實時採集塔吊工作時所吊負載的重量數據、塔吊運行的幅度數據以及狀態數據，將所述重量數據、幅度數據輸出至所述超載控制模塊，將所述狀態數據輸出至實時監控模塊；所述超載控制模塊接收所述重量數據以及幅度數據，並判斷由所述重量數據與幅度數據構成的工作點是否在預設的安全範圍內，如果為否，則控制塔吊停止工作。
[0006]作為上述技術方案的進一步改進:
所述超載控制模塊包括超載判定單元以及輸出控制單元，所述超載判定單元接收所述重量數據與幅度數據，並根據塔吊的最大力矩曲線範圍判斷由所述重量數據與幅度數據構成的工作點是否在安全範圍內，如果為否，則由輸出控制單元輸出控制塔吊停止工作指令。
[0007]所述數據採集模塊包括重量與幅度採集單元以及狀態數據採集單元，所述狀態數據採集單元採集塔吊高度狀態數據、塔頂風速狀態數據及塔吊傾角狀態數據。
[0008]所述重量與幅度採集單元包括重量傳感器及幅度傳感器，所述重量傳感器、幅度傳感器均安裝於塔吊的起重臂上。
[0009]所述狀態數據採集單元包括高度傳感器、風速傳感器、傾角傳感器，所述高度傳感器、風速傳感器、傾角傳感器均安裝於塔吊的起重臂上。
[0010]還包括圖像與碰撞數據傳輸模塊，所述圖像與碰撞數據傳輸模塊與所述實時監控模塊無線連接，所述圖像與碰撞數據傳輸模塊將防碰撞數據與塔吊的實時圖像傳輸至所述實時監控模塊。
[0011]圖像與碰撞數據傳輸模塊包括圖像採集單元、碰撞數據採集單元以及無線傳輸單元，所述圖像採集單元、碰撞數據採集單元分別與無線傳輸單元連接。
[0012]還包括數據存儲模塊、聲光報警模塊、人機互動模塊及輸入模塊，所述數據存儲模塊、聲光報警模塊、人機互動模塊及輸入模塊均與所述安全監控模塊連接。
[0013]本發明進一步提供一種塔吊安全監控方法，包括如下步驟:
1)採集數據:採集塔吊工作時所吊負載的重量數據、塔吊運行的幅度數據以及狀態數據；
2)安全監控:接收所述步驟1)的重量數據以及幅度數據，並判斷由所述重量數據與幅度數據構成的工作點是否在預設的安全範圍內，如果為否，則控制塔吊停止工作；接收所述步驟1)輸出的狀態進行實時監控。
[0014]作為上述技術方案的進一步改進:
所述步驟1)還包括圖像與碰撞數據採集流程，具體實施方法為:實時採集塔吊的圖像數據以及碰撞數據並輸出。
[0015]與現有技術相比，本發明的優點在於:
本發明可以實時監控狀態信息並對塔吊的超載狀態進行判定及控制，具有靈活性高、便於對塔吊的超載狀態以及工作狀態進行實時監控的優點；同時，通過重量及幅度數據檢測塔吊的超載行為，實現原理簡單且超載的檢測精度高，有效降低了塔吊的安全隱患。本發明的監控狀態信息進一步包括高度狀態數據、塔頂風速狀態數據及塔吊傾角狀態數據，集成多種監測功能於一體，可有效實時監控塔吊的多種工作狀態，利於提高監控質量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明的結構示意圖。
[0017]圖2為本發明塔吊的結構示意圖。
[0018]圖3為本發明塔吊的最大力矩曲線圖。
[0019]圖4為本發明變幅牽引機構原理圖。
【具體實施方式】
[0020]以下將結合說明書附圖和具體實施例對本發明做進一步詳細說明。
[0021]如圖1至圖3所示，本實施例的塔吊安全監控系統，包括:數據採集模塊、實時監控模塊以及超載控制模塊，數據採集模塊分別與實時監控模塊以及超載控制模塊連接；數據採集模塊實時採集塔吊工作時所吊負載的重量數據、塔吊運行的幅度數據以及狀態數據，將重量數據、幅度數據輸出至超載控制模塊，將狀態數據輸出至實時監控模塊；超載控制模塊接收重量數據以及幅度數據，並判斷由重量數據與幅度數據構成的工作點是否在預設的安全範圍內，如果重量數據與幅度數據構成的工作點不在預設的安全範圍內，則控制塔吊停止工作，如果在安全範圍內，則正常工作。本發明可以實時監控狀態信息並對塔吊的超載狀態進行判定及控制，具有靈活性高、便於對塔吊的超載狀態以及工作狀態進行實時監控的優點；同時，通過重量及幅度數據檢測塔吊的超載行為，實現原理簡單且超載的檢測精度高，有效降低了塔吊的安全隱患。
[0022]本實施例中，超載控制模塊和實時監控模塊採用以嵌入式微處理器ARM為處理核心的微型主控器實現，ARM是一種32位微處理器，具備高性能低功耗、穩定度高、集成度高、體積小、成本低的優點，且開放性好、外圍接口豐富、通信能力強，能夠支持CRT、LCD等顯示終端，並可嵌入各種作業系統。微型主控器連接有電源部分，電源部分是將塔吊自帶的220V交流電壓轉化為所需要的穩定的直流電壓，對微型主控器進行供電。
[0023]本實施例中，超載控制模塊包括超載判定單元以及輸出控制單元，超載判定單元接收數據採集模塊的重量數據與幅度數據，並根據塔吊的最大力矩曲線範圍判斷由所述重量數據與幅度數據構成的工作點是否在安全範圍內，如果不在安全範圍內，則由輸出控制單元輸出控制塔吊停止工作指令。塔吊的最大力矩曲線如圖3所示，其中橫坐標為塔吊運行的幅度數據，縱坐標為塔吊工作時所吊負載的重量數據，塔吊的最大力矩曲線為曲線ABC，判斷塔吊是否超載的基本原理為:在塔吊的運行過程中，數據採集模塊對塔吊工作時的運行幅度及所吊負載的重量進行採集，通過超載控制模塊判斷採集的重量數據與運行幅度所構成的工作點與最大力矩曲線的位置關係，如果工作點超過最大力矩曲線的範圍，則判定塔吊當前工作狀態為是超載運行狀態，控制立即停機；如果工作點在最大力矩曲線範圍內，則判定塔吊當前工作狀態為非超載運行狀態。
[0024]本實施例中，數據採集模塊包括重量與幅度採集單元以及狀態數據採集單元，狀態數據採集單元採集塔吊高度狀態數據、塔頂風速狀態數據及塔吊傾角狀態數據，數據採集模塊將幅度、吊重及狀態的模擬電壓值轉化為數位訊號。本發明集成高度狀態數據、塔頂風速狀態數據及塔吊傾角狀態數據等多種監測功能於一體，可有效實時監控塔吊的多種工作狀態，利於提高監控質量。
[0025]如圖2所示，塔吊包括塔身、起重臂、平衡臂及支承座，起重臂及平衡臂通過支承座支承於塔身的兩側，本實施例中，重量與幅度採集單元包括重量傳感器及幅度傳感器，重量傳感器、幅度傳感器均安裝於塔吊的起重臂上。本實施例中，重量傳感器彈性體在外力作用下產生彈性變形，使粘貼在重量傳感器表面的電阻應變片也隨同產生變形，電阻應變片變形後，它的阻值將發生變化，內部惠斯登電橋檢測電路輸出相應的電壓信號，惠斯登電橋具優點是溫度變化的影響小，可抑制側向力幹擾，可方便的解決稱重傳感器的補償問題等，稱重傳感器輸出信號經模擬運算放放大器、阻抗匹配、模數轉換後送入超載控制模塊計算處理。
[0026]如圖4所示，幅度檢測原理為:當變幅電機帶動小車牽引捲筒轉動時，一端收縮鋼絲繩，拉動小車，另一端放出鋼絲繩，變幅小車向收繩端移動。牽引卷簡直徑參數已知，通過測量捲筒的轉數和轉動方向即可計算出小車變幅位移和方向，因此，在小車牽引捲筒處安裝同步齒輪，用精密電位傳感器與捲筒同步迴轉，在電位器傳感器兩端加上一個恆壓源，中間的滑動觸頭的輸出電壓就與其位移成一個線性比例關係，將中間滑動觸頭的輸出電壓經過運算放放大器、阻抗匹配、模數轉換後送入超載控制模塊計算處理相應的幅度變化，幅度傳感器安裝在小車牽引捲筒處，幅度傳感器因體積小，常直接安裝在塔式起重機現有的電氣限位器中。
[0027]本實施例中，所述狀態數據採集單元包括高度傳感器、風速傳感器、傾角傳感器，高度傳感器、風速傳感器、傾角傳感器均安裝於塔吊的起重臂上。其中，風速傳感器測量空氣流速的儀器，風速傳感器由3個互成120°的拋物錐空杯組成感應部分，空杯的凹面都順向一個方向，整個感應部分安裝在一根垂直旋轉軸上。在風力的作用下，風杯繞軸開始旋轉，以正比於風速的轉速旋轉，風速儀輸出的脈衝信號正比於旋轉轉速，經過光耦隔離後送入實時監控模塊，實時監控模塊計算出相應的風速(單位為m/s);傾角傳感器安裝於塔身迴轉機構圓心的正上方，用來測量相對於水平面的傾角變化量，當傾角傳感器靜止時也就是側面和垂直方向沒有加速度作用，作用在它上面的只有重力加速度。重力垂直軸與加速度傳感器靈敏軸之間的夾角為傾斜角。傾角傳感器安裝在塔身上，實時監控模塊定時讀取傾角傳感器的數據來檢測塔吊是否和大地水平面垂直，傾斜時及時預警。
[0028]本實施例中，高度傳感器的檢測原理為:起升鋼絲繩一端固定於塔尖，另一端纏繞在起升捲筒上，當起升電動機帶動起升捲筒向不同方向的旋轉，通過傳動機構和換向輪就變為吊鉤的垂直上下直線運動。當重物起降時，鋼絲繩帶動導向定滑輪轉動，滑輪直徑已知，同步齒輪連接起升高度捲筒與精密電位器傳感器，在電位器傳感器兩端加上一個恆壓源，中間的滑動觸頭的輸出電壓就與其垂直上下位移成一個線性比例關係，將中間滑動觸頭的輸出電壓經過運算放放大器、阻抗匹配、模數轉換後送入實時監控模塊計算處理相應的高度變化，高度傳感器安裝在起升機構捲筒處最適宜。
[0029]本實施例中，當塔式起重機停機時，塔式起重機迴轉機構處於非制動狀態，應讓吊臂在風載荷作用下自由旋轉，以消除因風載荷過大而引起的倒塔事故，但此時所有電器設備均處於停機狀態，不能夠檢測出塔式起重機的迴轉角度。因此，迴轉角度傳感器應具有初始角度記憶功能，本系統採用絕對式光電旋轉編碼器作為轉角傳感器，這種編碼器由光電碼盤的機械位置決定的，它不受停電、幹擾的影響。當設備上電或電源出現故障後再接通電源，不需要回到位置參考點，就可利用當前的位置值。絕對編碼器由機械位置決定的每個位置是唯一的，它無需記憶，無需找參考，任何時候都可讀取碼值計算出當前角度。
[0030]如圖1所示，塔吊安全監控系統還包括圖像與碰撞數據傳輸模塊，本實施中圖像與碰撞數據傳輸模塊作為從機、實時監控模塊作為主機，主機與從機通過無線連接，圖像與碰撞數據傳輸模塊將防碰撞數據與塔吊的實時圖像傳輸至實時監控模塊，，實時監控塔吊的工作狀態以及碰撞狀態。
[0031]本實施例中，圖像與碰撞數據傳輸模塊包括圖像採集單元、碰撞數據採集單元以及無線傳輸單元，圖像採集單元、碰撞數據採集單元分別與無線傳輸單元連接。其中，圖像採集單元採用攝像頭，實時採集塔吊的圖像。攝像頭安裝於起重臂變幅小車處，攝像頭對準鉤頭用來實時監控鉤頭周圍情況。MCU發送指令給攝像裝置，將攝像圖像信息抓拍成一幅幅解析度640*480，16位色的Jpg圖像文件格式，採用JPEG圖像壓縮編碼算法(DCT變換算法)有損壓縮，用有損壓縮方式去除冗餘的圖像數據，在獲得極高的壓縮率的同時能儘量展現十分豐富生動的圖像同時也可以用最少的內存空間得到較好的圖像品質。從機將壓縮好的圖像編碼通過無線傳輸單元上傳給主機，實時監控模塊將壓縮的圖像編碼數據解析合成後在HMI人機界面形成圖像。碰撞數據採集單元包括防碰撞傳感器。防碰撞傳感器安裝於起重臂頭部，採用超聲波測距，超聲波諧振頻率為20KHZ以上的機械波，超聲波發射器不斷發射超聲波信號，遇到障礙物後反射回來，超聲波接收器接收到信號，測出與發射信號的時間差，超聲波的速度是已知的，計算出距離，從機定時讀防碰撞傳感器數據。當檢測到障礙物時從機將預警和測距無線傳輸給主控制器，主機發出聲光報警。圖像與碰撞數據傳輸模塊連接有電源模塊，電源模塊將塔吊自帶的220V交流電壓轉化為所需要穩定的直流電壓。
[0032]本實施例中，塔吊安全監控系統還包括數據存儲模塊、聲光報警模塊、人機互動模塊、輸入模塊及實時時鐘模塊，數據存儲模塊、聲光報警模塊、人機互動模塊、輸入模塊及實時時鐘模塊均與所述安全監控模塊連接。數據存儲模塊用來存儲系統的工作記錄等信息，事故發生後也可對事故數據進行記錄；聲光報警模塊採用蜂鳴器來進行預警、報警，且用繼電器進行保護；人機互動模塊用於顯示系統的工作狀態以及各物理量的數值，可對系統的倍率、力矩曲線等參數進行設置，同時顯示塔吊主鉤實時圖像和防碰撞信號，能夠實時顯示物理量值；輸入模塊採用輕觸按鍵，在保證開關可靠性的前提下又滿足了手感舒適性，各按鍵標誌清晰、明確，操作方便可靠；實時時鐘模塊採用實時時鐘晶片以準確確定系統當前時間，為存儲單元按時記錄數據提供參考。
[0033]本實施例中塔吊的安全監控方法，包括如下步驟:
1)採集數據:採集塔吊工作時所吊負載的重量數據、塔吊運行的幅度數據以及狀態數據；
2)安全監控:接收步驟1)的重量數據以及幅度數據，並判斷由重量數據與幅度數據構成的工作點是否在預設的安全範圍內，如果為否，則控制塔吊停止工作；接收步驟1)輸出的狀態進行實時監控。
[0034]其中，步驟1)還包括圖像與碰撞數據採集流程，具體實施方法為:實時採集塔吊的圖像數據以及碰撞數據並輸出。
[0035]雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發明技術方案範圍的情況下，都可利用上述揭示的技術內容對本發明技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均應落在本發明技術方案保護的範圍內。
【權利要求】
1.一種塔吊安全監控系統，其特徵在於，包括:數據採集模塊、實時監控模塊以及超載控制模塊，所述數據採集模塊分別與所述實時監控模塊以及超載控制模塊連接；所述數據採集模塊實時採集塔吊工作時所吊負載的重量數據、塔吊運行的幅度數據以及狀態數據，將所述重量數據、幅度數據輸出至所述超載控制模塊，將所述狀態數據輸出至實時監控模塊；所述超載控制模塊接收所述重量數據以及幅度數據，並判斷由所述重量數據與幅度數據構成的工作點是否在預設的安全範圍內，如果為否，則控制塔吊停止工作。
2.根據權利要求1所述的塔吊安全監控系統，其特徵在於，所述超載控制模塊包括超載判定單元以及輸出控制單元，所述超載判定單元接收所述重量數據與幅度數據，並根據塔吊的最大力矩曲線範圍判斷由所述重量數據與幅度數據構成的工作點是否在安全範圍內，如果為否，則由輸出控制單兀輸出控制i合吊停止工作指令。
3.根據權利要求1所述的塔吊安全監控系統，其特徵在於，所述數據採集模塊包括重量與幅度採集單元以及狀態數據採集單元，所述狀態數據採集單元採集塔吊高度狀態數據、塔頂風速狀態數據及塔吊傾角狀態數據。
4.根據權利要求3所述的塔吊安全監控系統，其特徵在於，所述重量與幅度採集單元包括重量傳感器及幅度傳感器，所述重量傳感器、幅度傳感器均安裝於塔吊的起重臂上。
5.根據權利要求3所述的塔吊安全監控系統，其特徵在於，所述狀態數據採集單元包括高度傳感器、風速傳感器、傾角傳感器，所述高度傳感器、風速傳感器、傾角傳感器均安裝於塔吊的起重臂上。
6.根據權利要求1至5任意一項所述的塔吊安全監控系統，其特徵在於，還包括圖像與碰撞數據傳輸模塊，所述圖像與碰撞數據傳輸模塊與所述實時監控模塊無線連接，所述圖像與碰撞數據傳輸模塊將防碰撞數據與塔吊的實時圖像傳輸至所述實時監控模塊。
7.根據權利要求6所述的塔吊安全監控系統，其特徵在於，圖像與碰撞數據傳輸模塊包括圖像採集單元、碰撞數據採集單元以及無線傳輸單元，所述圖像採集單元、碰撞數據採集單元分別與無線傳輸單元連接。
8.根據權利要求1至5任意一項所述的塔吊安全監控系統，其特徵在於，還包括數據存儲模塊、聲光報警模塊、人機互動模塊及輸入模塊，所述數據存儲模塊、聲光報警模塊、人機互動模塊及輸入模塊均與所述安全監控模塊連接。
9.一種塔吊安全監控方法，其特徵在於，包括如下步驟: 1)採集數據:採集塔吊工作時所吊負載的重量數據、塔吊運行的幅度數據以及狀態數據； 2)安全監控:接收所述步驟I)的重量數據以及幅度數據，並判斷由所述重量數據與幅度數據構成的工作點是否在預設的安全範圍內，如果為否，則控制塔吊停止工作；接收所述步驟I)輸出的狀態進行實時監控。
10.一種塔吊安全監控方法，其特徵在於，所述步驟I)還包括圖像與碰撞數據採集流程，具體實施方法為:實時採集塔吊的圖像數據以及碰撞數據並輸出。
【文檔編號】B66C23/88GK104340895SQ201410622031
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年11月7日 優先權日:2014年11月7日
【發明者】鄧愛華, 蔡素清, 羅鋒 申請人:湖南嘉誠控制技術有限公司