塔式起重机安全监控系统的设计与应用

塔式起重机安全监控系统的设计与应用

孙浩

孙浩

烟建集团有限公司山东烟台264000

摘要：塔式起重机作为一种重要的建筑工程机械，我国每年都有塔机倒塌的事故发生，塔机在智能监控、安全预警和智能化管理方面存在不足，开发出新型安全、低功耗的监控系统势在必行。文章主要就塔式起重机安全监控系统的设计与应用进行论述。

关键词：塔式起重机；远程监控；安全；GPRS

近年来，塔式起重机在建筑行业得到大量应用。但是由于塔式起重机的超限作业和塔式起重机群干涉碰撞等引发的各类安全事故频繁发生，为了满足塔式起重机安全监控和管理的需要，研发塔式起重机的远程安全监控系统已经越来越得到建筑安全监察部门和相关领域企业的关注。

1系统整体设计

监控系统主要由人机接口模块、各传感检测节点模块、继电器控制模块以及GPRS无线收发模块组成，各个模块均含有独立的微处理器、CAN总线控制器和收发器。各传感检测节点集成了传感功能和数据处理功能，不仅可以检测起重机的相应工作参数和状态信息，还可对该信息进行处理，转化为统一的报文帧后，再发送到总线上；继电器控制节点与起重机自身的电气系统相连接，提供完备的参数超限保护功能，有效阻止危险操作，防止事故发生；人机接口节点可实时显示起重机工作参数，方便操作人员直观了解起重机状态，并实时存储起重机的工作记录，包括系统内部存储或者外部U盘存储，为日后起重机维护和事故处理提供可靠的数据支持；继电器控制模块根据实时数据和用户设定的参数实现对塔机的限位等操作，降低了危险性操作的次数；远程监控管理平台提供了塔机的实时数据、工作循环、塔机的违章操作次数、塔机的位置显示、区域内障碍物的报警显示，

2数据采集模块设计

该系统的关键设计是如何快速准确地采集到塔机运行数据，系统的高度、幅度、角度、起重量、风速等传感器采集的信号通过CAN总线连接到主机上。CAN总线在报文标识符上，把节点分成不同的优先级，当多个节点同时向总线发送信息发生冲突时，优先级较低的节点会主动的退出发送，高优先级的节点可不受影响的传输数据，大大节省了总线冲突仲裁时间，提高了主机的运算速度，增强了采集数据的实时性；报文采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，同时在每帧数据末尾加上数据校验位，保证了数据的准确性。

高度和幅度传感器采用重复性高、累积误差小、受温度影响小的霍尔传感器，霍尔传感器在工作温度区内精度优于1%、线性度优于0.1%、动态响应时间小于1s；角度传感器采用磁阻效应传感器，其内置温度补偿最大限度减少了指向角的温度漂移，内置微处理器计算传感器与磁北夹角，具有指向零点修正功能，当传感器学习完成后，能够根据磁场分布准确测量出当前的角度，同时现场安装十分方便。

这两种传感器都具有较强的抗干扰能力，通过合理的电路设计和可靠的软件编程保证其较高的测量精度；主机液晶显示器以图像的方式绘制出特性曲线，形象直观地展现出当前的幅度、高度和载重是否超出限定的范围，载重/力矩90%声光预警及100%报警提示功能，更有效地抑制了司机的违规操作。GPS模块测量出塔机安装位置的经度和纬度，实现塔机的精准定位。GPRS模块的CPU采用32位的ARM处理器，内置看门狗，并具备RS232/485多种接口；端口的波特率可以随时更改；支持标准的TCP/IP、UDP等数据传输协议；心跳间隔和心跳超时时间可以任意设置；支持永久在线等特性。在模块和终端连接时实现了数据高效和稳定传输，在模块与数据中心断开时，模块将采集的数据完整地保存到U盘中，保证了采集数据的完整性。

3系统数据远程传输

系统软件实现数据传送首先要对数据中心的监控主机进行初始化，与主机建立网络连接，分配IP地址，设置好通信波特率和通信端口，展开网络侦听。监控中心是整个安全监控系统的操作、维护、处理、统计、分析和监控的中心。然后对数据采集终端的单片机进行初始化设置，将通信波特率与远程主机同步，然后进行拨号连接，将终端的类别设置为GPRS永远在线上网模式，保持和维护链路的连接，并分配IP地址。GPRS无线模块接收到监控中心的主机IP地址后将其存入数据终端的配置地址域。

在监控中心的主界面电子地图上可以显示用户位置，移动鼠标到图标可动态显示用户当前运行主要数据（载重、幅度、力矩、高度、角度)，并实时更新。根据用户编号或用户名可查询特定用户的历史运行数据，对特定用户可进行实时数据采集，并保存数据到数据库。并可根据用户编号，在电子地图上定位用户位置。监控中心的接受端软件还可以添加新用户，包括用户编号、名称、塔机型号、生产厂家等信息。根据其中的一项或几项的信息可以查询其所有信息，通过监控中心发送指令控制任意塔机，塔机接受到指令后，会自动联网发送当前的工作状态信息，即可在查询系统中的地图上实时显示用户塔机的实时工作信息，可以选择其中的信息存储到服务器中。

4系统的远程平台

远程平台主要是将存储在数据库中的数据展现给用户和监督管理者，监督管理者通过Internet登录相应的网页即可在线查看塔机目前的工作状态。该平台采用了可跨平台的java语言编写，可以运行在不同的系统环境中，采用了Struts2、Spring、Hibernate、Extjs等技术为用户提供了良好的用户界面。该平台主要实现了塔机数据实时显示、工作循环实时显示、历史数据查询、地图显示、超载查询、开关机查询和首页的超载统计以及模拟显示等功能。方便监督管理者对塔机的统一管理，降低了事故发生的概率。

随着国内对施工安全问题重视程度的不断加强，政府必然会出台相关法规政策，强制安装塔式起重机安全保护系统。本文提出的塔式起重机安全监控的解决方案极具潜在的社会价值。

参考文献：

[1]李守林，罗文龙，王涛，等.塔式起重机作业安全监控信息化管理系统的研究[J].建筑机械，2009，(4)：63-65.