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2016橋門式起重機智能安全監(jiān)測系統(tǒng)總體方案設計

來源:愷德爾起重機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)專家 發(fā)表日期: 2016-07-11 16:11:00

目前,橋門式起重機的安全保證主要以使用單位的日常維護保養(yǎng)和特檢部門的定期檢驗為主。本文提出了一種智能型橋門式起重機安全監(jiān)測與預警系統(tǒng),能夠有效、安全、合理地對橋門式起重機的安全狀況進行實時監(jiān)測,可直觀顯示起重機的運行狀態(tài),并能及時發(fā)現危險源反饋給相關人員。


1起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)總體方案設計

本系統(tǒng)能夠同時實時監(jiān)測在一定區(qū)域內的多臺橋門式起重機的運行狀態(tài),系統(tǒng)的總體結構如圖1所示,其工作原理如下:系統(tǒng)中每個從節(jié)點監(jiān)測一臺橋門式起重機,起重機監(jiān)控器實時采集各傳感器信號,通過無線局域網絡收發(fā)設備將這些數據定時地傳輸到主節(jié)點,主節(jié)點收到各個從節(jié)點數據后通過RS232串口傳給監(jiān)控中心的計算機,監(jiān)控中心的計算機對接收到的數據進行綜合分析和處理,將結果實時地顯示,在起重機處于危險狀態(tài)時發(fā)出報警信號,提醒操作人員及時更換維修。

監(jiān)控系統(tǒng)總體結構圖


橋門式起重機智能安全監(jiān)測系統(tǒng)由傳感器單元,數據采集單元,無線傳輸單元,上位機監(jiān)控單元4個部分組成。數據采集單元負責采集安裝在起重機不同位置上的傳感器信號,得到各個起重機運行參數。對采集到的模擬量信號需進行信號調理,包括信號自適應放大、濾波以及A/D轉換。無線傳輸單元采用ZigBee無線通信技術,建立一個主節(jié)點,多個從節(jié)點的星型網絡拓撲結構。主節(jié)點作為網絡協(xié)調器,負責ZigBee無線網的建立、管理及維護,為網絡中新加入的設備分配網絡地址,同時與各從節(jié)點實現數據交換。從節(jié)點負責前端數據采集,實現與主節(jié)點的數據交換。上位機監(jiān)控單元通過RS232串口與主節(jié)點相連,接收主節(jié)點傳來的數據后進行顯示、分析和處理。能夠實現對橋門式起重機的實時監(jiān)控、實時處理、危險預警、歷史運行記錄查詢等功能。


2起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)硬件設計

起重機監(jiān)控器硬件電路由電源電路、單片機最小系統(tǒng)、信號采集電路、無線收發(fā)電路等組成。單片機采用的是ST公司生產的STM32F103RBT6單片機,它是基于ARM的Cortex-M3架構內核的32位處理器,內置128KB的FIash、20K的RAM、12位的AD等多種資源。起重機監(jiān)控器結構框圖如圖2所示。



2.1信號采集電路

本系統(tǒng)需要采集的橋門式起重機信號包括起重量、起重機運行與起升速度、主梁應力、環(huán)境風速、起升高度限位、行程限位等。由于各傳感器輸出的信號有模擬信號和數字信號,故各傳感器與單片機的連接接口也不相同。

橋門式起重機的起重量傳感器起升機構上,實時采集起重量信號。應力傳感器采用電阻應變片式傳感器,設置在主梁跨中上蓋板上表面中間及左右1/4處位置,通過焊接方式固定。風速傳感器設置在起重機頂部,這些傳感器輸出模擬量信號,經過放大、濾波處理后與單片機的A/D轉換接口相連接。速度傳感器采用光電旋轉編碼器,安裝在大車、小車電機以及起身機構的電機與減速器之間。速度傳感器輸出的脈沖信號直接與單片機的I/O口連接,通過對脈沖信號進行計數和換算,得到大車,小車以及升降的速度和方向。起重機起升高度限位開關、大車行程限位開關及小車行程限位開關輸出為高低電平信號,經過繼電器與單片機的I/O口連接。


2.2無線傳輸電路

無線收發(fā)電路以CC2530芯片為核心,它能夠以非常低的成本建立強大的網絡節(jié)點,具有不同的運行模式,使得它尤其適應超低功耗要求的系統(tǒng)。CC2530通過串口與單片機連接,其電路圖如圖3所示。


無線傳輸電路



3起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)軟件設計

3.1下位機軟件設計下位機的軟件采用C語言編寫,單片機初始化完成后,下位機便開始收索信道并向主節(jié)點發(fā)送入網請求,入網成功后等待上位機發(fā)送的參數設置數據以及開始信號,下位機開始采集各傳感器數據并進行分析,同時將采集的數據上傳給上位機。下位機的軟件流程如圖4所示。


3.2上位機軟件設計

上位機軟件采用VisuaIC++6.0開發(fā),其功能模塊包括用戶信息管理、數據庫管理、數據采集與分析、參數設置及報表生成等。后臺數據庫管理采用Access2003開發(fā),可方便與VisuaIC++進行連接。主節(jié)點與上位機數據傳輸是以幀為單位進行的,在每幀數據中都包含有起重機的ID號以及各參數信息,接收完畢后判斷數據是否有效。如果該幀數據無效,則舍棄接收到的數據,重新等待接收數據。如果該幀數據有效,將數據顯示在監(jiān)控界面上,同時后臺會對數據進行存儲和分析,判斷是否滿足報警條件,對異常情況在警告信息窗口中顯示以提醒用戶。系統(tǒng)的監(jiān)控主界面如圖5所示,系統(tǒng)使用前,必須進行參數設定,用戶可根據起重機的不同型號設置相應參數。系統(tǒng)可實時顯示下位機采集的數據,包括主梁應力、運行和起升速度、環(huán)境風速以及行程限位開關等信息。通過用戶信息管理可設置起重機管理者的權限、信息查詢范圍等。歷史信息查詢功能可讀取和打印數據庫系統(tǒng)內的數據,包括工作時間、載重量、各點應力大小等狀態(tài)數據以及報警信息,對判定事故發(fā)生原因,追究其相關責任人,起到了可追溯的作用。圖5系統(tǒng)監(jiān)控主界面


系統(tǒng)監(jiān)控主界面


4結束語

本文綜合運用了傳感器技術、無線通信技術及計算機技術設計開發(fā)了橋門式起重機智能安全監(jiān)測系統(tǒng),實現了在一定區(qū)域內多臺橋門式起重機在線實時監(jiān)測,并能在起重機處于危險工作狀態(tài)時及時提醒用戶。本系統(tǒng)具有界面友好、速度快、成本低、性能穩(wěn)定等特點,可以適應各種類型橋門式起重機的安全監(jiān)測,具有較強的實用性和通用性,滿足現場安全作業(yè)的監(jiān)控要求。




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