目前，橋門式起重機(jī)的安全保證主要以使用單位的日常維護(hù)保養(yǎng)和特檢部門的定期檢驗(yàn)為主。本文提出了一種智能型橋門式起重機(jī)安全監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，能夠有效、安全、合理地對(duì)橋門式起重機(jī)的安全狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，可直觀顯示起重機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并能及時(shí)發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)源反饋給相關(guān)人員。

1起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)能夠同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測在一定區(qū)域內(nèi)的多臺(tái)橋門式起重機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖１所示，其工作原理如下：系統(tǒng)中每個(gè)從節(jié)點(diǎn)監(jiān)測一臺(tái)橋門式起重機(jī)，起重機(jī)監(jiān)控器實(shí)時(shí)采集各傳感器信號(hào)，通過無線局域網(wǎng)絡(luò)收發(fā)設(shè)備將這些數(shù)據(jù)定時(shí)地傳輸?shù)街鞴?jié)點(diǎn)，主節(jié)點(diǎn)收到各個(gè)從節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)后通過ＲＳ２３２串口傳給監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)，監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析和處理，將結(jié)果實(shí)時(shí)地顯示，在起重機(jī)處于危險(xiǎn)狀態(tài)時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒操作人員及時(shí)更換維修。

橋門式起重機(jī)智能安全監(jiān)測系統(tǒng)由傳感器單元，數(shù)據(jù)采集單元，無線傳輸單元，上位機(jī)監(jiān)控單元４個(gè)部分組成。數(shù)據(jù)采集單元負(fù)責(zé)采集安裝在起重機(jī)不同位置上的傳感器信號(hào)，得到各個(gè)起重機(jī)運(yùn)行參數(shù)。對(duì)采集到的模擬量信號(hào)需進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，包括信號(hào)自適應(yīng)放大、濾波以及Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換。無線傳輸單元采用ＺｉｇＢｅｅ無線通信技術(shù)，建立一個(gè)主節(jié)點(diǎn)，多個(gè)從節(jié)點(diǎn)的星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。主節(jié)點(diǎn)作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，負(fù)責(zé)ＺｉｇＢｅｅ無線網(wǎng)的建立、管理及維護(hù)，為網(wǎng)絡(luò)中新加入的設(shè)備分配網(wǎng)絡(luò)地址，同時(shí)與各從節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。從節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)前端數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)與主節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)交換。上位機(jī)監(jiān)控單元通過ＲＳ２３２串口與主節(jié)點(diǎn)相連，接收主節(jié)點(diǎn)傳來的數(shù)據(jù)后進(jìn)行顯示、分析和處理。能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)橋門式起重機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、實(shí)時(shí)處理、危險(xiǎn)預(yù)警、歷史運(yùn)行記錄查詢等功能。

2起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

起重機(jī)監(jiān)控器硬件電路由電源電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)、信號(hào)采集電路、無線收發(fā)電路等組成。單片機(jī)采用的是ＳＴ公司生產(chǎn)的ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＲＢＴ６單片機(jī)，它是基于ＡＲＭ的Ｃｏｒｔｅｘ－Ｍ３架構(gòu)內(nèi)核的３２位處理器，內(nèi)置１２８ＫＢ的ＦＩａｓｈ、２０Ｋ的ＲＡＭ、１２位的ＡＤ等多種資源。起重機(jī)監(jiān)控器結(jié)構(gòu)框圖如圖２所示。

２．１信號(hào)采集電路

本系統(tǒng)需要采集的橋門式起重機(jī)信號(hào)包括起重量、起重機(jī)運(yùn)行與起升速度、主梁應(yīng)力、環(huán)境風(fēng)速、起升高度限位、行程限位等。由于各傳感器輸出的信號(hào)有模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，故各傳感器與單片機(jī)的連接接口也不相同。

橋門式起重機(jī)的起重量傳感器起升機(jī)構(gòu)上，實(shí)時(shí)采集起重量信號(hào)。應(yīng)力傳感器采用電阻應(yīng)變片式傳感器，設(shè)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(fēng)速傳感器設(shè)置在起重機(jī)頂部，這些傳感器輸出模擬量信號(hào)，經(jīng)過放大、濾波處理后與單片機(jī)的Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換接口相連接。速度傳感器采用光電旋轉(zhuǎn)編碼器，安裝在大車、小車電機(jī)以及起身機(jī)構(gòu)的電機(jī)與減速器之間。速度傳感器輸出的脈沖信號(hào)直接與單片機(jī)的Ｉ／Ｏ口連接，通過對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)和換算，得到大車，小車以及升降的速度和方向。起重機(jī)起升高度限位開關(guān)、大車行程限位開關(guān)及小車行程限位開關(guān)輸出為高低電平信號(hào)，經(jīng)過繼電器與單片機(jī)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(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，具有不同的運(yùn)行模式，使得它尤其適應(yīng)超低功耗要求的系統(tǒng)。ＣＣ２５３０通過串口與單片機(jī)連接，其電路圖如圖３所示。

3起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

３．１下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)下位機(jī)的軟件采用Ｃ語言編寫，單片機(jī)初始化完成后，下位機(jī)便開始收索信道并向主節(jié)點(diǎn)發(fā)送入網(wǎng)請(qǐng)求，入網(wǎng)成功后等待上位機(jī)發(fā)送的參數(shù)設(shè)置數(shù)據(jù)以及開始信號(hào)，下位機(jī)開始采集各傳感器數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，同時(shí)將采集的數(shù)據(jù)上傳給上位機(jī)。下位機(jī)的軟件流程如圖４所示。

３．２上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)軟件采用ＶｉｓｕａＩＣ＋＋６．０開發(fā)，其功能模塊包括用戶信息管理、數(shù)據(jù)庫管理、數(shù)據(jù)采集與分析、參數(shù)設(shè)置及報(bào)表生成等。后臺(tái)數(shù)據(jù)庫管理采用Ａｃｃｅｓｓ２００３開發(fā)，可方便與ＶｉｓｕａＩＣ＋＋進(jìn)行連接。主節(jié)點(diǎn)與上位機(jī)數(shù)據(jù)傳輸是以幀為單位進(jìn)行的，在每幀數(shù)據(jù)中都包含有起重機(jī)的ＩＤ號(hào)以及各參數(shù)信息，接收完畢后判斷數(shù)據(jù)是否有效。如果該幀數(shù)據(jù)無效，則舍棄接收到的數(shù)據(jù)，重新等待接收數(shù)據(jù)。如果該幀數(shù)據(jù)有效，將數(shù)據(jù)顯示在監(jiān)控界面上，同時(shí)后臺(tái)會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和分析，判斷是否滿足報(bào)警條件，對(duì)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(jìn)行參數(shù)設(shè)定，用戶可根據(jù)起重機(jī)的不同型號(hào)設(shè)置相應(yīng)參數(shù)。系統(tǒng)可實(shí)時(shí)顯示下位機(jī)采集的數(shù)據(jù)，包括主梁應(yīng)力、運(yùn)行和起升速度、環(huán)境風(fēng)速以及行程限位開關(guān)等信息。通過用戶信息管理可設(shè)置起重機(jī)管理者的權(quán)限、信息查詢范圍等。歷史信息查詢功能可讀取和打印數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)，包括工作時(shí)間、載重量、各點(diǎn)應(yīng)力大小等狀態(tài)數(shù)據(jù)以及報(bào)警信息，對(duì)判定事故發(fā)生原因，追究其相關(guān)責(zé)任人，起到了可追溯的作用。圖５系統(tǒng)監(jiān)控主界面

4結(jié)束語

本文綜合運(yùn)用了傳感器技術(shù)、無線通信技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)開發(fā)了橋門式起重機(jī)智能安全監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了在一定區(qū)域內(nèi)多臺(tái)橋門式起重機(jī)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測，并能在起重機(jī)處于危險(xiǎn)工作狀態(tài)時(shí)及時(shí)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(diǎn)，可以適應(yīng)各種類型橋門式起重機(jī)的安全監(jiān)測，具有較強(qiáng)的實(shí)用性和通用性，滿足現(xiàn)場安全作業(yè)的監(jiān)控要求。