吊件吊裝姿態調平無線監測系統的製作方法

2023-07-19 10:57:51

吊件吊裝姿態調平無線監測系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種吊件吊裝姿態調平無線監測系統，包括安裝在吊件上的平衡監測器以及安裝在吊車司機室艙外，並通過通信總線與起重設備控制系統連接的總控器；平衡監測器用於採集吊件平衡角度值，並根據吊件平衡角度值計算出平衡角矯算值，並將平衡角矯算值通過無線網絡傳送給總控器；總控器用於建立無線網絡和將平衡角矯算值傳送給起重設備控制系統。本發明為多點平衡吊裝施工提供了一種精準、高效和安全的全新吊裝作業施工裝置，可有效改進該類施工方法，更好的實現對吊裝作業難度及成本的控制；本發明體積輕小，製造成本低，安全可靠性高，裝卸方便，能普遍適用於各類平衡吊裝作業，能顯著提高起重作業效率並減少輔助人員數量和作業量。
【專利說明】吊件吊裝姿態調平無線監測系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及吊裝領域，具體地指一種吊件吊裝姿態調平無線檢測系統。
【背景技術】
[0002]吊裝外形超大、重心偏心的吊件通常採用多點起吊的吊裝方法，保持吊件平衡角尤其是精確平衡角下置的操作一直是該類作業的關鍵點和難點之一，同時也對起重工程設備的設計及作業方法提出較高要求。
[0003]現行常規吊裝作業方法作業成本高效率低主要體現在以下方面:吊件外形對起重操作員構成視力阻隔，現場作業安全指揮員近距離觀測危險度高；測量吊件平衡角主要源自目測值和出繩量間接計算值無直接測量值；施工精度和速度對操作員的操作經驗及嫻熟度的要求高，操作員培訓周期長費用高；吊件不平衡和吊件重心偏心合成作用的隨機性大，容易發生吊件水平旋轉進而導致鋼絲繩絞繞損傷起重設備；吊件調平需要增大聯合作業起重設備(或機構)單機餘量，設備存在大馬拉小車現象；組合式吊具空中組拼分解難度大高危工作時間長，且易於損壞組拼結合部；現場作業安全控制點多，非量化信息量大且不一致造成施工成本高、耗時長致使經濟效益不高。

【發明內容】

[0004]本發明的目的是提供一種吊件吊裝姿態調平無線監測系統，使吊裝大型吊件更精準、更高效和更安全。
[0005]為實現上述目的，本發明所設計的吊件吊裝姿態調平無線監測系統，包括安裝在吊件上的至少一個平衡監測器以及安裝在吊車司機室艙外，並通過通信總線與起重設備控制系統連接的總控器，其特殊之處在於，平衡監測器:用於採集吊件平衡角度值，並根據所述吊件平衡角度值計算出平衡角矯算值，並將所述平衡角矯算值通過無線網絡傳送給總控器；總控器:用於建立無線網絡和將所述平衡角矯算值傳送給起重設備控制系統。
[0006]進一步地，還包括設置在吊裝現場，並與所述平衡監測器處於同一無線網絡中的移動監視終端，所述移動監視終端用於通過無線網絡從總控器接收平衡角矯算值，對平衡角矯算值進行標定，並向所述總控器發出角度標定指令，所述總控器對角度標定指令進行指令核准後，將核准許可的角度標定指令通過無線網絡發送給平衡監測器，所述平衡監測器根據核准許可的角度標定指令重新計算平衡角矯算值。移動監視終端為吊裝現場安全員的手持設備，安全員可對移動監視終端接收的平衡狀態數據進行標定，其角度標定指令可使平衡監測器進行補償計算，平衡監測器發送經過補償計算後的平衡角矯算值，使平衡角矯算值更為準確。
[0007]更進一步地，還包括安裝於吊裝現場的路由增益器，所述路由增益器用於提高無線網絡的數據傳輸效率。路由增益器作為可選部件安裝於吊裝現場範圍300m內無無線信號盲區任意處，可優化避障及傳輸路徑、通信增程，進而提高數據傳輸效率。
[0008]更進一步地，所述吊件平衡角度值為具備吊件的三軸角度分量的角度值。吊件的三軸角度分量的角度值可表徵吊件的吊裝姿態。
[0009]更進一步地，所述平衡監測器包括傳感器、平衡監測器MCU，平衡監測器電源電路、平衡監測器天線、平衡監測器電池和平衡監測器通信口，所述傳感器通過I2C總線與平衡監測器MCU連接，所述平衡監測器MCU分別與平衡監測器電源電路和平衡監測器天線連接，所述平衡監測器MCU還通過異步串行通信UART與平衡監測器通信口連接，所述平衡監測器電源電路與平衡監測器電池連接。傳感器用於採集吊件平衡角度值，平衡監測器MCU用於數據處理，平衡監測器天線用於接收和傳輸數據，平衡監測器通信口用於外接設備。
[0010]更進一步地，所述總控器包括總控器MCU、總控器電源電路、總控器天線和總控器通信口，所述總控器MCU分別與總控器電源電路和總控器天線連接，並通過異步串行通信UART與總控器通信口連接。總控器MCU用於數據處理，總控器天線用於接收和傳輸數據，總控器通信口用於外接設備。
[0011]更進一步地，所述移動監視終端包括移動監視終端MCU、移動監視終端電源電路、移動監視終端電池、移動監視終端天線、移動監視終端通信口，以及鍵盤和顯示屏，所述移動監視終端MCU通過I2C總線與鍵盤和顯示屏連接，所述移動監視終端MCU分別與移動監視終端電源電路和移動監視終端天線連接，並通過異步串行通信UART與移動監視終端通信口連接，所述移動監視終端電源電路與移動監視終端電池連接。移動監視終端MCU用於數據處理，移動監視終端天線用於接收和傳輸數據，移動監視終端通信口，鍵盤用於輸入指令，顯示屏用於顯示數據。
[0012]更進一步地，所述移動監視終端至少為兩個。移動監視終端使用數量視情況而定，包括:系統穩態工作時可以全部退出，或對系統自工況進行調整時至少配置一個，或吊裝現場安全指揮員手持移動監視終端自由巡弋於安全施工現場時可配置若干個。
[0013]更進一步地，所述路由增益器包括路由增益器MCU、路由增益器電源電路、路由增益器電池、路由增益器天線和路由增益器通信口，所述路由增益器MCU分別與路由增益器電源電路、路由增益器天線連接，並通過異步串行通信UART與路由增益器通信口連接，所述路由增益器電源電路與路由增益器電池連接。吊裝現場範圍300m內可設置兩個路由增益器。
[0014]本發明的各部件單元相互採用無線網絡連接實現數據和指令的傳輸。平衡監測器的非水平安裝可以現場通過操作移動監視終端快速標定；路由增益器、平衡監測器和移動監視終端採用鋰電池供電；無線網路具有無需人工幹預的快速動態自入網、自組網和路由特點；路由增益器靈活機動入網實現繞過通信屏障、增大通信距離或優化數據傳輸路徑等功能；滿足現場連續實時高精度數值量化採集的要求。
[0015]與現有技術相比，本發明的優點包括:
[0016]I)本發明設計科學，改變傳統「目測+水平儀」吊裝作業方法，司機室控制臺儀錶盤即可連續實時顯示吊裝平衡角實測值；
[0017]2)平衡監測器、總控器及路由增益器採用結構統一、加載功能軟體不同的設計方案復用性強、使量產成本低，現場應用布置更靈活；
[0018]3)部件單元數量彈性可調的組網方式能廣泛適應各種應用現場；
[0019]4)量化的實測值數據降低了起對重機操作員技能要求，擴大起重機操作執業人員的範圍降低技能培訓開銷，裝置使用培訓成本低；[0020]5)能大幅度減少傳統多點布控指揮的人員數量，其統一一致的量化觀測數據能明顯縮短工時提高施工速度和效率，經濟效益顯著；
[0021]6)靈活動態的警示門限值設定能降低起重機構設計安全負荷容量，緩解大馬拉小車問題；
[0022]7 )本發明體積輕小，製造成本低，安全可靠性高，裝卸方便，能普遍適用於各類平衡吊裝作業，能顯著提高起重作業效率並減少輔助人員數量和作業量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發明結構示意圖；
[0024]圖2為圖1中平衡監測器的結構示意圖；
[0025]圖3為圖1中總控器的結構示意圖；
[0026]圖4為圖1中移動監視終端的結構示意圖；
[0027]圖5為圖1中路由增益器的結構示意圖；
[0028]圖6為本發明的工作流程圖；
[0029]圖7為本發明應用於風力發電機安裝用起重機上的示意圖。
[0030]圖中:1.平衡監測器，1-1.傳感器，1-2.平衡監測器MCU，1_3.平衡監測器電源電路，1-4.平衡監測器天線，1-5.平衡監測器電池，1-6.平衡監測器通信口，2.總控器，2-1.總控器MCU，2-2.總控器電源電路，2-3.總控器天線，2-4.總控器通信口，3.移動監視終端，
3-1.移動監視終端MCU，3-2.移動監視終端電源電路，3-3.移動監視終端電池，3-4.移動監視終端天線，3-5.移動監視終端通信口，3-6.鍵盤，3-7.顯示屏，4.路由增益器，4-1.路由增益器MCU，4-2.路由增益器電源電路，4-3.路由增益器電池，4-4.路由增益器天線，4-5.路由增益器通信口，5.無線網絡，6.起重設備控制系統。
【具體實施方式】
[0031]以下結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細描述。
[0032]如圖1所示，本發明一種吊件吊裝姿態調平無線監測系統，包括安裝在吊件上的平衡監測器I以及安裝在吊車司機室艙外，並通過通信總線與起重設備控制系統E連接的總控器2、設置在吊裝現場、與平衡監測器I處於同一無線網絡5中的移動監視終端3和安裝於吊裝現場的路由增益器4。
[0033]如圖2所示，平衡監測器I包括傳感器1-1、平衡監測器MCU1-2，平衡監測器電源電路1-3、平衡監測器天線1-4、平衡監測器電池1-5和平衡監測器通信口 1-6，傳感器1-1通過I2C總線與平衡監測器MCU1-2連接，平衡監測器MCU1-2分別與平衡監測器電源電路
1-3和平衡監測器天線1-4連接，平衡監測器MCU1-2還通過異步串行通信UART與平衡監測器通信口 1-6連接，平衡監測器電源電路1-3與平衡監測器電池1-5連接。
[0034]如圖3所示，總控器2包括總控器MCU2-1、總控器電源電路2_2、總控器天線2_3和總控器通信口 2-4，總控器MCU2-1分別與總控器電源電路2-2和總控器天線2_3連接，並通過異步串行通信UART與總控器通信口 2-4連接。起重設備控制系統6與總控器通信口
2-4用通信纜線相連，該纜線可提供24V直流電源，並操作總控器2的啟動和停止。
[0035]根據現場需要操作設置移動監視終端3。如圖4所示，移動監視終端3包括移動監視終端MCU3-1、移動監視終端電源電路3-2、移動監視終端電池3-3、移動監視終端天線3-4、移動監視終端通信口 3-5，以及鍵盤3-6和顯示屏3-7，移動監視終端MCU3-1通過I2C總線與鍵盤3-6和顯示屏3-7連接，移動監視終端MCU3-1分別與移動監視終端電源電路
3-2和移動監視終端天線3-4連接，並通過異步串行通信UART與移動監視終端通信口3_5連接，移動監視終端電源電路3-2與移動監視終端電池3-3連接。
[0036]路由增益器4為可選組件，適用於無線通信距離過大和存在無線通信阻隔環境下，在其接入無線網絡後，無線數據傳輸自動選取最優傳輸路徑。如圖5所示，路由增益器4包括路由增益器MCU4-1、路由增益器電源電路4-2、路由增益器電池4-3、路由增益器天線
4-4和路由增益器通信口4-5，路由增益器MCU4-1分別與路由增益器電源電路4_2、路由增益器天線4-4連接，並通過異步串行通信UART與路由增益器通信口 4-5連接，路由增益器電源電路4-2與路由增益器電池4-3連接。
[0037]平衡監測器1、移動監視終端3、路由增益器4均採用電池供電，總控器2採用24V工業控制直流電源供電；上述各組件工作電源均為3.3V。電源電路可採用電池管理型或DC/DC降壓型，分別對應採用電池供電和外部直流電源供電的電源電路。
[0038]平衡監測器I用於採集吊件平衡角度值，並根據吊件平衡角度值計算出平衡角矯算值，並將平衡角矯算值通過無線網絡5傳送給總控器2。吊件平衡角度值為具備吊件的三軸角度分量的角度值。兩個或兩個以上的平衡檢測器I共存時，總控器2計算平衡角矯算值的均值，總控器2將平衡角矯算值(或其均值)分發到移動監視終端3和起重設備控制系統E。移動監視終端3可以為一個或者多個，用於通過無線網絡5從總控器2接收平衡角矯算值，對平衡角矯算值進行標定，即對當前平衡角矯算值進行校準，校準完成後向總控器2發出角度標定指令。總控器2接收來自起重設備控制系統E和移動監視終端3操作指令，包括部件單元的休眠、退出、允許接入、角度標定等操作指令，總控器2核准指令有效後轉發給需要被操作的部件單元；平衡檢測器I接收到角度標定指令後完成由自身非水平安裝引入的初始角度偏轉量的標定修正，即按照角度標定指令的角度重新補償計算平衡角矯算值。路由增益器4可以為一個或者多個，用於提高無線網絡的數據傳輸效率。
[0039]如圖6所示，本發明的操作流程為:分別安裝好平衡監測器1、總控器2、移動監視終端3、路由增益器4 ;開啟總控器2，總控器2上電初始化軟體建立無線網絡和通信總線，完成後等待平衡監測器1、移動監視終端3、路由增益器4組件單元接入無線網絡；平衡監測器I完成上電啟動和接入系統無線網絡5 ;循環完成以下過程:平衡監測器I初始化傳感器1-1 —採集傳感器1-1動態數據一數據濾波一四元數計算一變算平衡角矯算值一平衡監測器I通過無線網絡5向總控器2傳輸平衡角矯算值一總控器2將平衡角矯算值通過無線網絡5分發給移動監視終端3 —移動監視終端3對平衡角值進行標定一移動監視終端3通過總控器2向平衡監測器I發送角度標定指令一平衡監測器I接收角度標定指令一平衡監測器I補償計算平衡角矯算值一平衡監測器I將重新計算的平衡角矯算值通過無線網絡5向總控器2傳輸一總控器2將平衡角矯算值分發給移動監視終端3和起重設備控制系統E以及其他外部設備一一個數據傳輸周期完成。針對平衡角矯算值的吊件平衡角的三軸分量分別設定上下警示門限值，為各吊點的吊重承載機構的控制系統提供了載荷分配數據計算依據，總控器2接收的平衡角矯算值不在警示門限值範圍內時，總控器2向各部件單元分發平衡角矯算值時同時發出警告標記。移動監視終端3接收並顯示到總控器2轉發而來平衡角矯算值；總控器2記錄歷史操作數據。根據現場需要操作移動監視終端3對平衡角值進行標定，移動監視終端3向總控器2發送角度標定指令，該指令由經許可轉發至平衡監測器I，平衡監測器I完成標定後回復成功標記信息給總控器2，總控器2回復移動監視終端3角度標定過程完畢。
[0040]如圖7所示，採用本發明吊件吊裝姿態調平無線監測系統進行海上風力發電機組專用吊具的安裝，其步驟如下:
[0041]吊具B吊裝吊件A按選取的安裝三軸角度放置到承臺C上，吊臂F變幅和鋼絲繩G變長操作過程會使吊具B發生搖擺、傾斜和偏轉，本發明監測吊具B的吊件平衡角度值來進行及時調整吊裝操作；
[0042]1、確保平衡監測器1、總控器2、移動監視終端3、路由增益器4的電源狀況，電能不足時應通過平衡監測器通信口 1-6、總控器通信口 2-4、移動監視終端通信口 3-5或路由增益器通信口 4-4充電。
[0043]2、確保無線通信視距小於300m，無強電磁幹擾，將若干路由增益器4安裝於臨時安裝體上，以防止無線信號阻隔和衰減造成的平衡監測器I與總控器2間的通信不暢；
[0044]3、兩個平衡監測器I左右對稱安裝到吊具B上，現場安全員分別通過兩個移動監視終端3觀測吊件A平衡角度值；唯一且必須的總控器2安裝在起重機的司機室D頂部外偵牝並通過總線與設置在司機室D內部的起重設備控制系統E連接；安裝在吊臂F中部的路由增益器4實現系統內各部件單元根據無線網絡5中無線信號阻隔和通信增程需求與總控器2間接連接的功能。
[0045]4、平衡監測器1、移動監視終端3、路由增益器4初始為休眠狀態，每隔3分鐘自動喚醒搜索總控器2直至建立無線數據連接；
[0046]5、現場安全員操作移動監視終端3發出操作指令，包括進行吊件A的平衡角度值標定指令和基本工作參數修訂的指令；
[0047]6、系統進入自主監測工作；總控器2將兩個平衡監測器I的兩路監測數據均值計算後分發到移動監視終端3和起重設備控制系統6 ；
[0048]7、拆除總控器2通信口處通信纜線，總控器2停機；平衡監測器1、若干路由移動監視終端3、增益器4自動進入休眠狀態，並周期自喚醒搜索總控器2 ;
[0049]8、拆卸平衡監測器1、路由增益器4，回收移動監視終端3完成系統脫離起重設備。
【權利要求】
1.一種吊件吊裝姿態調平無線監測系統，包括安裝在吊件上的至少一個平衡監測器(O以及安裝在吊車司機室艙外，並通過通信總線與起重設備控制系統(E)連接的總控器(2)，其特徵在於: 平衡監測器(I):用於採集吊件平衡角度值，並根據所述吊件平衡角度值計算出平衡角矯算值，並將所述平衡角矯算值通過無線網絡(5)傳送給總控器(2)； 總控器(2):用於建立無線網絡(5)和將所述平衡角矯算值傳送給起重設備控制系統(E)。
2.根據權利要求1所述的吊件吊裝姿態調平無線監測系統，其特徵在於:還包括設置在吊裝現場，並與所述平衡監測器(I)處於同一無線網絡(5)中的移動監視終端(3)，所述移動監視終端(3 )用於通過無線網絡(5 )從總控器(2 )接收平衡角矯算值，對平衡角矯算值進行標定，並向所述總控器(2)發出角度標定指令，所述總控器(2)對角度標定指令進行指令核准後，將核准許可的角度標定指令通過無線網絡(5)發送給平衡監測器(I )，所述平衡監測器(I)根據核准許可的角度標定指令重新計算平衡角矯算值。
3.根據權利要求1所述的吊件吊裝姿態調平無線監測系統，其特徵在於:還包括安裝於吊裝現場的路由增益器(4)，所述路由增益器(4)用於提高無線網絡的數據傳輸效率。
4.根據權利要求1所述的吊件吊裝姿態調平無線監測系統，其特徵在於:所述吊件平衡角度值為具備吊件的三軸角度分量的角度值。
5.根據權利要求1所述的吊件吊裝姿態調平無線監測系統，其特徵在於:所述平衡監測器(I)包括傳感器(1-1)、平衡監測器MCU( 1-2)，平衡`監測器電源電路(1-3)、平衡監測器天線(1-4)、平衡監測器電池(1-5)和平衡監測器通信口( 1-6)，所述傳感器(1-1)通過I2C總線與平衡監測器MCU (1-2)連接，所述平衡監測器MCU (1-2)分別與平衡監測器電源電路(1-3)和平衡監測器天線(1-4)連接，所述平衡監測器MCU (1-2)還通過異步串行通信UART與平衡監測器通信口(1-6)連接，所述平衡監測器電源電路(1-3)與平衡監測器電池(1-5)連接。
6.根據權利要求1所述的吊件吊裝姿態調平無線監測系統，其特徵在於:所述總控器(2)包括總控器MCU (2-1)、總控器電源電路(2-2)、總控器天線(2-3)和總控器通信口(2-4)，所述總控器MCU (2-1)分別與總控器電源電路(2-2)和總控器天線(2-3)連接，並通過異步串行通信UART與總控器通信口(2-4)連接。
7.根據權利要求1所述的吊件吊裝姿態調平無線監測系統，其特徵在於:所述移動監視終端(3)包括移動監視終端MCU (3-1)、移動監視終端電源電路(3-2)、移動監視終端電池(3-3)、移動監視終端天線(3-4)、移動監視終端通信口(3-5)，以及鍵盤(3-6)和顯示屏(3-7)，所述移動監視終端MCU (3-1)通過I2C總線與鍵盤(3-6)和顯示屏(3-7)連接，所述移動監視終端MCU (3-1)分別與移動監視終端電源電路(3-2)和移動監視終端天線(3-4)連接，並通過異步串行通信UART與移動監視終端通信口(3-5)連接，所述移動監視終端電源電路(3-2 )與移動監視終端電池(3-3 )連接。
8.根據權利要求2所述的吊件吊裝姿態調平無線監測系統，其特徵在於:所述移動監視終端(3)至少為兩個。
9.根據權利要求3所述的吊件吊裝姿態調平無線監測系統，其特徵在於:所述路由增益器(4)包括路由增益器MCU (4-1)、路由增益器電源電路(4-2)、路由增益器電池(4-3)、路由增益器天線(4-4)和路由增益器通信口(4-5)，所述路由增益器MCU (4-1)分別與路由增益器電源電路(4-2)、路由增益器天線(4-4)連接，並通過異步串行通信UART與路由增益器通信口( 4-5 )連接，所述路由增益器電源電路(4-2 )與路由增益器電池(4-3 )連接。
10.根據權利要求3所述的吊件吊裝姿態調平無線監測系統，其特徵在於:所述路由增益器(4)至少為兩個。`
【文檔編號】B66C13/08GK103723631SQ201310751133
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月30日 優先權日:2013年12月30日
【發明者】熊鍵 申請人:武橋重工集團股份有限公司