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2016橋門式起重機智能安全監測系統總體方案設計

來源:愷德爾起重機安全監控管理系統專家 發表日期: 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測與預警系統,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測,可直觀顯示起重機的運行狀態,并能及時發現危險源反饋給相關人員。


1起重機安全監控系統總體方案設計

本系統能夠同時實時監測在一定區域內的多臺橋門式起重機的運行狀態,系統的總體結構如圖1所示,其工作原理如下:系統中每個從節點監測一臺橋門式起重機,起重機監控器實時采集各傳感器信號,通過無線局域網絡收發設備將這些數據定時地傳輸到主節點,主節點收到各個從節點數據后通過RS232串口傳給監控中心的計算機,監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時發出報警信號,提醒操作人員及時更換維修。

監控系統總體結構圖


橋門式起重機智能安全監測系統由傳感器單元,數據采集單元,無線傳輸單元,上位機監控單元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,建立一個主節點,多個從節點的星型網絡拓撲結構。主節點作為網絡協調器,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,同時與各從節點實現數據交換。從節點負責前端數據采集,實現與主節點的數據交換。上位機監控單元通過RS232串口與主節點相連,接收主節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起重機安全監控系統系統硬件設計

起重機監控器硬件電路由電源電路、單片機最小系統、信號采集電路、無線收發電路等組成。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。起重機監控器結構框圖如圖2所示。



2.1信號采集電路

本系統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。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起重機安全監控系統系統軟件設計

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點發送入網請求,入網成功后等待上位機發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,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,可方便與VisuaIC++進行連接。主節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。系統的監控主界面如圖5所示,系統使用前,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內的數據,包括工作時間、載重量、各點應力大小等狀態數據以及報警信息,對判定事故發生原因,追究其相關責任人,起到了可追溯的作用。圖5系統監控主界面


系統監控主界面


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了橋門式起重機智能安全監測系統,實現了在一定區域內多臺橋門式起重機在線實時監測,并能在起重機處于危險工作狀態時及時提醒用戶。本系統具有界面友好、速度快、成本低、性能穩定等特點,可以適應各種類型橋門式起重機的安全監測,具有較強的實用性和通用性,滿足現場安全作業的監控要求。




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