專利名稱：塔式起重機(jī)智能預(yù)警系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉 及塔式起重機(jī)安全生產(chǎn)預(yù)警裝置和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，特別涉及一種塔式起 重機(jī)智能預(yù)警系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，現(xiàn)有塔式起重機(jī)安全監(jiān)控產(chǎn)品可以分為單機(jī)本地安全監(jiān)控、多機(jī)本地安全 監(jiān)控和起重機(jī)遠(yuǎn)程安全監(jiān)控三大類。單機(jī)本地安全監(jiān)控方式用于單臺(tái)起重機(jī)的自我監(jiān)控， 其典型代表是黑匣子監(jiān)控管理系統(tǒng)；多機(jī)本地安全監(jiān)控的典型應(yīng)用是塔機(jī)群防互撞及區(qū)域 保護(hù)系統(tǒng)，采用無(wú)線通訊和數(shù)字式方位傳感器等技術(shù)；起重機(jī)遠(yuǎn)程安全監(jiān)控以基于無(wú)線射 頻技術(shù)和通用無(wú)線分組業(yè)務(wù)的塔式起重機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控及智能維護(hù)系統(tǒng)為典型代表，運(yùn)用了計(jì) 算機(jī)及通訊、信息領(lǐng)域多項(xiàng)技術(shù)。而上述三類產(chǎn)品存在功能單一、集成度低、智能化程度不高等缺點(diǎn)，而且現(xiàn)有的國(guó) 內(nèi)外塔式起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)和國(guó)家科技部在研項(xiàng)目主要面向主機(jī)廠、施工方與用戶，多 為事后處理提供證據(jù)的相關(guān)產(chǎn)品，難以實(shí)現(xiàn)事前預(yù)警、“安全生產(chǎn)，預(yù)防為主”的生產(chǎn)管理 理念，并難以解決安全監(jiān)管部門統(tǒng)一監(jiān)管帶來(lái)的監(jiān)控范圍大、起重機(jī)型號(hào)復(fù)雜、可靠性要求 高、綜合管理困難、標(biāo)準(zhǔn)范圍制定等難點(diǎn)問(wèn)題。因此，現(xiàn)有系統(tǒng)與在研項(xiàng)目不能滿足塔式起 重機(jī)安全生產(chǎn)監(jiān)管部門需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是開發(fā)一套面向塔式起重機(jī)的集本地安全監(jiān)控、多機(jī)本地安全監(jiān)控 及基于無(wú)線通信的遠(yuǎn)程安全監(jiān)控三者于一體的塔式起重機(jī)智能預(yù)警系統(tǒng)，克服現(xiàn)有技術(shù)單 一與分散的不足。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種塔式起重機(jī)智能預(yù)警系統(tǒng)，由管理層、傳輸 層及應(yīng)用層組成；所述傳輸層連接管理層與應(yīng)用層。所述應(yīng)用層包括數(shù)據(jù)采集模塊；用于記錄與顯示塔式起重機(jī)的作業(yè)信息，并對(duì) 其進(jìn)行智能安全保護(hù)控制的安全保護(hù)控制及作業(yè)信息記錄模塊；通過(guò)系統(tǒng)硬件與軟件實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)的故障智能診斷與破壞預(yù)警功能的故障診斷與設(shè)備破壞預(yù)警模塊；用于對(duì)塔機(jī)正常工 況和頂升拆卸作業(yè)時(shí)的防傾翻預(yù)警的防傾翻預(yù)警模塊；通過(guò)模塊內(nèi)算法和局域網(wǎng)絡(luò)通訊， 實(shí)現(xiàn)塔式起重機(jī)單機(jī)、多機(jī)防碰撞預(yù)警的防碰撞預(yù)警模塊；用于將各模塊所得數(shù)據(jù)進(jìn)行處 理，并發(fā)出控制指令的數(shù)據(jù)處理模塊。所述數(shù)據(jù)采集模塊、安全保護(hù)控制及作業(yè)信息記錄模塊、防傾翻預(yù)警模塊、防碰撞 預(yù)警模塊及故障診斷與設(shè)備破壞預(yù)警模塊分別與數(shù)據(jù)處理模塊連接。所述管理層包括遠(yuǎn)程監(jiān)控管理模塊和短信報(bào)警平臺(tái)；所述短信報(bào)警平臺(tái)在塔機(jī)非 正常工作時(shí)發(fā)出短信報(bào)警信息；所述監(jiān)控管理模塊用于監(jiān)測(cè)塔機(jī)的當(dāng)前運(yùn)行數(shù)據(jù)和預(yù)警、 報(bào)警與故障信息，查閱塔機(jī)的作業(yè)信息，并通過(guò)賬號(hào)權(quán)限管理實(shí)現(xiàn)對(duì)塔機(jī)進(jìn)行區(qū)域化、專業(yè) 化管理。
所述傳輸層為無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，即無(wú)線通訊模塊。所述無(wú)線通訊模塊通過(guò)RS485接口與數(shù)據(jù)處理模塊相連，用于完成與管理層的通 信功能；無(wú)線通訊模塊通過(guò)RS232或RS485接口與數(shù)據(jù)處理模塊連接，用于完成與相鄰塔機(jī) 的通信，實(shí)現(xiàn)塔機(jī)群防碰撞與區(qū)域保護(hù)。所述數(shù)據(jù)處理模塊通過(guò)RS232接口連接有顯示屏，用于顯示塔機(jī)工作信息，包括 運(yùn)行狀態(tài)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、預(yù)警報(bào)警信息的內(nèi)容；所述顯示屏上擴(kuò)展有SD卡和或閃存，用于存儲(chǔ) 塔機(jī)工作信息。本發(fā)明有益的技術(shù)效果是
1)將塔式起重機(jī)安全預(yù)警設(shè)備與無(wú)線通訊相結(jié)合，提供了遠(yuǎn)程預(yù)警功能，為深層次的 故障診斷以及性能評(píng)估提供技術(shù)支持。2)將塔式起重機(jī)安全生產(chǎn)提前到安全預(yù)防的層面上來(lái)，系統(tǒng)對(duì)塔機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn) 行監(jiān)測(cè)并可以輸出相應(yīng)的預(yù)警、報(bào)警及相關(guān)控制信號(hào)。3)系統(tǒng)還具有故障智能診斷與設(shè)備破壞預(yù)警功能，當(dāng)發(fā)生系統(tǒng)電路短路、斷路或 系統(tǒng)錯(cuò)誤動(dòng)作時(shí)，故障診斷與設(shè)備破壞預(yù)警模塊能夠及時(shí)發(fā)出提示信息。4)實(shí)現(xiàn)了基于局域網(wǎng)絡(luò)無(wú)線通訊的多系統(tǒng)協(xié)同工作與多塔機(jī)防碰撞預(yù)警功能。5)實(shí)現(xiàn)塔式起重機(jī)在正常作業(yè)和頂升拆卸時(shí)的防傾翻預(yù)警功能。6)智能化的多級(jí)預(yù)警與報(bào)警體系，無(wú)需人為干預(yù)即可實(shí)現(xiàn)全部危險(xiǎn)動(dòng)作的控制， 真正實(shí)現(xiàn)防患于未然。


圖1是本發(fā)明塔式起重機(jī)智能預(yù)警系統(tǒng)構(gòu)架圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例塔式起重機(jī)智能預(yù)警系統(tǒng)的智能監(jiān)控終端結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。塔式起重機(jī)智能預(yù)警系統(tǒng)的工作原理如圖1所示。整個(gè)系統(tǒng)由管理層、傳輸層及 應(yīng)用層組成應(yīng)用層即是智能預(yù)警終端(下位機(jī));傳輸層為無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)；管理層即為監(jiān)控 管理和短信報(bào)警平臺(tái)(上位機(jī))。應(yīng)用層包括數(shù)據(jù)采集模塊105、安全保護(hù)控制及作業(yè)信息記錄模塊106、故障診 斷與設(shè)備破壞預(yù)警模塊109、防傾翻預(yù)警模塊108、防碰撞預(yù)警模塊107及數(shù)據(jù)處理模塊 104。所述數(shù)據(jù)采集模塊105、安全保護(hù)控制及作業(yè)信息記錄模塊106、防傾翻預(yù)警模塊108、 防碰撞預(yù)警模塊107及故障診斷與設(shè)備破壞預(yù)警模塊109分別與數(shù)據(jù)處理模塊104連接。所述管理層包括遠(yuǎn)程監(jiān)控管理模塊102和短信報(bào)警平臺(tái)101。智能預(yù)警終端具有下述功能記錄與顯示塔式起重機(jī)的作業(yè)信息，并對(duì)其進(jìn)行智 能安全保護(hù)控制；通過(guò)系統(tǒng)硬件與軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的故障智能診斷與破壞預(yù)警功能；具備對(duì) 塔機(jī)正常工況和頂升拆卸作業(yè)時(shí)的防傾翻預(yù)警功能；通過(guò)特定的軟件算法和局域網(wǎng)絡(luò)通 訊，實(shí)現(xiàn)塔式起重機(jī)單機(jī)、多機(jī)防碰撞預(yù)警功能；該系統(tǒng)基于無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)起了塔式 起重機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控預(yù)警功能，并對(duì)塔機(jī)非正常工作時(shí)發(fā)出短信報(bào)警信息；監(jiān)控管理平臺(tái)可 以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)塔機(jī)的當(dāng)前運(yùn)行數(shù)據(jù)和預(yù)警、報(bào)警與故障信息，也可以查閱塔機(jī)的作業(yè)信息，便于塔機(jī)管理，并通過(guò)賬號(hào)權(quán)限管理實(shí)現(xiàn)對(duì)塔機(jī)進(jìn)行區(qū)域化、專業(yè)化管理。具體的，通過(guò)故障診斷與設(shè)備破壞預(yù)警功能說(shuō)明本智能預(yù)警終端的硬件結(jié)構(gòu)及軟 件設(shè)計(jì)。請(qǐng)參照?qǐng)D2，智能預(yù)警終端的故障診斷與設(shè)備破壞預(yù)警功能結(jié)構(gòu)包括輸入模塊201、故障診斷與設(shè)備破壞預(yù)警模塊109、數(shù)據(jù)處理模塊PLC104、蜂鳴器語(yǔ)言模塊204、繼電 器輸出205、顯示屏206、閃存207、無(wú)線通訊模塊103、AC220V209及電源24V210。其他功能 模塊集成于智能預(yù)警終端內(nèi)。智能預(yù)警終端硬件設(shè)計(jì)技術(shù)
智能預(yù)警終端采用PLC作為系統(tǒng)中央單元，主要用來(lái)采集數(shù)字量、模擬量信號(hào)，對(duì)信號(hào) 進(jìn)行邏輯運(yùn)算，最后輸出數(shù)字量信號(hào)；采集的信號(hào)經(jīng)過(guò)破壞預(yù)警模塊輸入到PLC內(nèi)，實(shí)現(xiàn) 故障診斷與設(shè)備破壞預(yù)警功能；顯示屏通過(guò)RS232接口與PLC相連，用于顯示運(yùn)行狀態(tài)、實(shí) 時(shí)數(shù)據(jù)、預(yù)警報(bào)警信息等內(nèi)容；顯示屏上擴(kuò)展有SD卡和閃存，用于存儲(chǔ)塔機(jī)工作信息；DTU 通過(guò)RS485接口與PLC相連，用于完成與監(jiān)控中心的通信功能；無(wú)線局域網(wǎng)通訊模塊通過(guò) RS232或RS485接口與PLC連接用于完成與相鄰塔機(jī)的通信，實(shí)現(xiàn)塔機(jī)群防碰撞與區(qū)域保 護(hù)。智能預(yù)警終端軟件設(shè)計(jì)技術(shù)
1)能自動(dòng)對(duì)塔式起重機(jī)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣例如提升高度、轉(zhuǎn)臺(tái)角度等。2)具有在線工況參數(shù)設(shè)定和傳感器標(biāo)定功能。3)有預(yù)警、超限報(bào)警和超限控制功能。4)具有起重機(jī)超載數(shù)據(jù)記錄功能，便于事后分析故障原因。5)智能預(yù)警終端的通用性好。在不改變主機(jī)硬件的情況下，只要將軟件加以修改， 就能夠滿足各種型號(hào)塔式起重機(jī)的要求。6)具有良好的人機(jī)交互界面。采用大屏幕IXD顯示屏，顯示各種需要的塔機(jī)參數(shù)， 操作、設(shè)置簡(jiǎn)單方便。7)系統(tǒng)具有故障診斷與設(shè)備破壞預(yù)警功能，可以隨時(shí)檢測(cè)智能預(yù)警終端的故障， 保證裝置正常工作。8)通過(guò)GPRS實(shí)現(xiàn)完善的無(wú)線通信。9)具有閃存和SD卡兩種存儲(chǔ)功能。10)具有多級(jí)預(yù)警與報(bào)警體系，智能化的軟件模塊輸出相應(yīng)控制信號(hào)真正實(shí)現(xiàn)防 患于未然。11)多種算法(單機(jī)防碰撞算法、多機(jī)防碰撞算法、力矩算法、防傾翻算法)與綜合 評(píng)價(jià)體系。智能預(yù)警終端故障診斷技術(shù)
針對(duì)塔式重機(jī)六種典型工況，建立其力矩限制器數(shù)學(xué)模型；研究針對(duì)塔式起重機(jī)傳感 器的故障診斷策略；利用從模型獲得的數(shù)據(jù)對(duì)傳感器典型故障進(jìn)行檢測(cè)分析；利用同類型 塔機(jī)的不同數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)庫(kù)，協(xié)同診斷和預(yù)測(cè)塔機(jī)故障。監(jiān)控中心軟件設(shè)計(jì)技術(shù)。監(jiān)控程序包括以下七個(gè)功能
1)顯示管轄區(qū)內(nèi)所有塔機(jī)的地理位置，以及工作狀態(tài)。綠色為工作正常、黃色為塔機(jī)預(yù) 警、紅色為報(bào)警并實(shí)施控制動(dòng)作。
2)遠(yuǎn)程鎖定和遠(yuǎn)程開鎖功能。3)能夠顯示每一臺(tái)塔機(jī)的當(dāng)前運(yùn)行參數(shù)，包括動(dòng)作、拉力、變幅和力矩等信息。4)能夠讀取每一臺(tái)塔機(jī)的工作信息。5)自動(dòng)保存所有塔機(jī)工作信息。6)具有短信報(bào)警功能，每一臺(tái)塔機(jī)的報(bào)警信息能夠及時(shí)地發(fā)送給責(zé)任人。7)上位機(jī)采用B/S與C/S結(jié)合的模式開發(fā)。后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器采用SQL Server2005 SQLEXPRESS，系統(tǒng)主要分文三部分
1)數(shù)據(jù)處理服務(wù)。由vc#編寫，采用多線程和線程池的方式實(shí)時(shí)接收和處理下位機(jī)數(shù) 據(jù)，同時(shí)根據(jù)解析后數(shù)據(jù)判斷報(bào)警和故障，并且把所發(fā)生的報(bào)警和故障的相信信息存放短 信報(bào)警表中。2)短信模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)短信報(bào)警表，每5分鐘發(fā)送一次最多一條報(bào)警發(fā)送3 次。如果設(shè)備回復(fù)正常則不再發(fā)送短信，系統(tǒng)根據(jù)基礎(chǔ)信息表找到設(shè)備聯(lián)系人、單位、主機(jī) 廠和監(jiān)管部門給各個(gè)部門相應(yīng)的負(fù)責(zé)人發(fā)送短信。3)管理系統(tǒng)采用B/S的開發(fā)模式，方便用戶管理。系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)持久化技術(shù)、 ajax、多層框架、google map, google earth技術(shù)。數(shù)據(jù)在web系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)無(wú)刷新更新，能 更直觀的顯示設(shè)備狀態(tài)信息。
權(quán)利要求
一種塔式起重機(jī)智能預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于所述智能預(yù)警系統(tǒng)由管理層、傳輸層及應(yīng)用層組成；所述傳輸層連接管理層與應(yīng)用層；所述應(yīng)用層包括數(shù)據(jù)采集模塊(105)；用于記錄與顯示塔式起重機(jī)的作業(yè)信息，并對(duì)其進(jìn)行智能安全保護(hù)控制的安全保護(hù)控制及作業(yè)信息記錄模塊(106)；通過(guò)系統(tǒng)硬件與軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的故障智能診斷與破壞預(yù)警功能的故障診斷與設(shè)備破壞預(yù)警模塊(109)；用于對(duì)塔機(jī)正常工況和頂升拆卸作業(yè)時(shí)的防傾翻預(yù)警的防傾翻預(yù)警模塊(108)；通過(guò)模塊內(nèi)算法和局域網(wǎng)絡(luò)通訊，實(shí)現(xiàn)塔式起重機(jī)單機(jī)、多機(jī)防碰撞預(yù)警的防碰撞預(yù)警模塊(107)；用于將各模塊所得數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并發(fā)出控制指令的數(shù)據(jù)處理模塊(104)；所述數(shù)據(jù)采集模塊(105)、安全保護(hù)控制及作業(yè)信息記錄模塊(106)、防傾翻預(yù)警模塊(108)、防碰撞預(yù)警模塊(107)及故障診斷與設(shè)備破壞預(yù)警模塊(109)分別與數(shù)據(jù)處理模塊(104)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔式起重機(jī)智能預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于所述管理層包括遠(yuǎn) 程監(jiān)控管理模塊(102)和短信報(bào)警平臺(tái)(101);所述短信報(bào)警平臺(tái)(101)在塔機(jī)非正常工作 時(shí)發(fā)出短信報(bào)警信息；所述監(jiān)控管理模塊(102)用于監(jiān)測(cè)塔機(jī)的當(dāng)前運(yùn)行數(shù)據(jù)和預(yù)警、報(bào) 警與故障信息，查閱塔機(jī)的作業(yè)信息，并通過(guò)賬號(hào)權(quán)限管理實(shí)現(xiàn)對(duì)塔機(jī)進(jìn)行區(qū)域化、專業(yè)化管理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔式起重機(jī)智能預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于所述傳輸層為無(wú)線 通信網(wǎng)絡(luò)，即無(wú)線通訊模塊(103 )。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的塔式起重機(jī)智能預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于所述無(wú)線通訊模塊(103)通過(guò)RS485接口與數(shù)據(jù)處理模塊(104)相連，用于完成與管理層的通信功能；無(wú)線通 訊模塊(103)通過(guò)RS232或RS485接口與數(shù)據(jù)處理模塊(104)連接，用于完成與相鄰塔機(jī)的 通信，實(shí)現(xiàn)塔機(jī)群防碰撞與區(qū)域保護(hù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔式起重機(jī)智能預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)處理模塊(104)通過(guò)RS232接口連接有顯示屏(206)，用于顯示塔機(jī)工作信息，包括運(yùn)行狀態(tài)、實(shí)時(shí) 數(shù)據(jù)、預(yù)警報(bào)警信息的內(nèi)容；所述顯示屏(206)上擴(kuò)展有SD卡和或閃存(207)，用于存儲(chǔ)塔 機(jī)工作信息。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種塔式起重機(jī)智能預(yù)警系統(tǒng)，由管理層、傳輸層及應(yīng)用層組成，所述傳輸層連接管理層與應(yīng)用層，應(yīng)用層包括數(shù)據(jù)采集模塊、安全保護(hù)控制及作業(yè)信息記錄模塊、故障診斷與設(shè)備破壞預(yù)警模塊、防傾翻預(yù)警模塊、防碰撞預(yù)警模塊及數(shù)據(jù)處理模塊。所述數(shù)據(jù)采集模塊、安全保護(hù)控制及作業(yè)信息記錄模塊、防傾翻預(yù)警模塊、防碰撞預(yù)警模塊及故障診斷與設(shè)備破壞預(yù)警模塊分別與數(shù)據(jù)處理模塊連接。本發(fā)明是面向塔式起重機(jī)的集本地安全監(jiān)控、多機(jī)本地安全監(jiān)控及基于無(wú)線通信的遠(yuǎn)程安全監(jiān)控三者于一體的塔式起重機(jī)智能預(yù)警系統(tǒng)，克服了現(xiàn)有技術(shù)單一與分散的不足。
文檔編號(hào)B66C23/88GK101885451SQ201010252900
公開日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2010年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月13日
發(fā)明者代立偉, 吳濤, 周迪輝, 柳洪杰, 毛燕杰, 潘宏昆, 高順德 申請(qǐng)人:大連市建筑安全監(jiān)督管理站;大連理工大學(xué);大連益利亞工程機(jī)械有限公司;大連科信起重電器有限公司