橋門式起重機智能安全監(jiān)測系統(tǒng)的探討

摘 要：本文通過對實際工程進行跟蹤調(diào)查，分析了橋門式起重機智能安全監(jiān)測系統(tǒng)在工程中的應(yīng)用價值，傳感器是該監(jiān)測系統(tǒng)中必不可少的一部分，其作用是傳輸監(jiān)測信息，然后通過單片機實現(xiàn)信息的收集分析，以ZigBee無線技術(shù)為基礎(chǔ)，將數(shù)據(jù)由主至節(jié)點間進行了傳輸。使用了VisualC+6.0，研究出了具有存儲、分析、實時顯示性能的監(jiān)測軟件。橋門式起重機智能安全監(jiān)測系統(tǒng)最大的優(yōu)勢為投資成本低、監(jiān)測速度快、功能健全穩(wěn)定等，在實際的生產(chǎn)制造中，該監(jiān)測的通用性、實用性都很強。

關(guān)鍵詞：橋門式起重機；安全監(jiān)測；系統(tǒng)軟件

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）27-0266-02

1 監(jiān)測系統(tǒng)的總體設(shè)計

該監(jiān)測系統(tǒng)可以同時連接處在信號范圍內(nèi)的多臺橋門式起重機，能實時獲取每一臺機器的運行狀況，檢測系統(tǒng)的總體設(shè)計的基本工作原理為：監(jiān)測系統(tǒng)是由很多個節(jié)點組成的，當該系統(tǒng)連接多臺起重機時，每臺起重機分別由一個節(jié)點監(jiān)測，通過無線網(wǎng)的傳輸，這些由分節(jié)點監(jiān)測到的信息會匯集在總節(jié)點中，最后便能在計算機顯示器中得到監(jiān)測信息，計算機中也裝有專業(yè)的分析系統(tǒng)，分析系統(tǒng)會將傳輸過來的監(jiān)測信息進行處理、分析，能及時判斷出所監(jiān)測橋門式起重機的安全性能是否符合工程要求，一旦發(fā)現(xiàn)危險因素，便會發(fā)出警報，通知相關(guān)技術(shù)人員及時排除機器中的故障，保證機器能正常運行。橋門式起重機智能安全監(jiān)測系統(tǒng)中存在4個小系統(tǒng)分別為：傳感器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線傳輸系統(tǒng)、上位機監(jiān)控系統(tǒng)[1]。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的信息來源是傳感器，在監(jiān)測過程中會將傳感器安裝在橋門式起重機的各個部位，進而獲取機器運行過程中的實時信息。傳感器輸送的信息是不能直接使用的，必須要進行A/D轉(zhuǎn)換、適度放大、濾波等處理。無線傳輸系統(tǒng)的基礎(chǔ)是ZigBee無線技術(shù)，將監(jiān)測信號分成無數(shù)個支點，每一臺橋門式起重機的運行信息分別由各個支點進行傳輸，之后匯總在主節(jié)點中，顯示在計算機的顯示器中。上位機監(jiān)控系統(tǒng)通過RS232串口連接主節(jié)點，再根據(jù)計算機中的分析系統(tǒng)，對收集到的信息進行處理、分析，找出起重機中存在的故障，通過警報提醒，相關(guān)技術(shù)人員便能及時維修起重機。橋門式起重機智能安全監(jiān)測系統(tǒng)是現(xiàn)代化的監(jiān)測系統(tǒng)，實時性高、實用性強，能有效地解決檢修過慢的問題，減少了施工過程的意外事故，保障了施工人員的生命安全。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

監(jiān)控橋門式起重機的硬件是由采集信號的電路、收發(fā)無線的電路、電源電路、最小的單片機系統(tǒng)組成的。其中單片機選擇的是STM32F103RBT6，這是由ST公司生產(chǎn)的，內(nèi)核與Cortex-M3相同，都是32位處理標準，起重機監(jiān)控器的具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

（1）采集信號的電路

該電路主要對橋門式起重機的行程限位、起重質(zhì)量、主梁應(yīng)力、起重速度、起重高度、環(huán)境風速等信息進行收集。傳輸每一種信號的傳感器都是不同的，并且傳輸?shù)男盘柗N類也是不同的，通常分為數(shù)字信號與模擬信號，因此與傳感器連接的單片機要有不同的連接接口，必須符合所傳輸信號的要求。

監(jiān)測橋門式起重機的起重質(zhì)量時，需要將傳感器安裝在起升結(jié)構(gòu)上，只有這樣才能及時監(jiān)測到準確的重量信號。應(yīng)力傳感器中使用的是電阻應(yīng)變片，這種傳感器需要安裝在主梁的表面位置，經(jīng)常會通過焊接將其固定住。監(jiān)測環(huán)境風速的傳感器安裝在起重機的最頂端，因為頂端周邊沒有阻礙物，能監(jiān)測出最準確的速度，要注意的是，以上所有的傳感器收集到的信息都是模擬量信號，不能直接顯示在計算機中，必須要通過A/D轉(zhuǎn)換、濾波、放大處理[2]。

速度傳感器中不可或缺的一部分是光電旋轉(zhuǎn)編碼器，在實際生活中，會將其安裝在起重機的減速器、大車的電機、小車的電機、起重機的電機上。通過速度傳感器輸送的信號直接連接單片機的I/O口，顯示在計算機中的信號經(jīng)過換算、計數(shù)，就能得出車輛升降的方向與速度。

（2）無線傳輸?shù)碾娐?/p>

無線收發(fā)電路的核心是CC2530芯片，這種芯片最大的優(yōu)點是將成本控制在最低的情況下，能組建出最強的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，可以有多種運行模式，在對功耗要求較低的系統(tǒng)中十分適用。

3 系統(tǒng)軟件的設(shè)計

3.1 下位機軟件的設(shè)計

設(shè)計下位機軟件時，使用的編寫方式是C語言，單片機完成初始化操作后，下位機就可以向主節(jié)點發(fā)出入網(wǎng)申請，入網(wǎng)申請通過后就能開始接收信號，通過傳感器輸送過來的信號可以在下位機上進行分析，與此同時，還能為上位機輸送數(shù)據(jù)。

3.2 上位機軟件的設(shè)計

設(shè)計上位機軟件時參考的是VisusIC++6.0，這種方法能生成報表、設(shè)置參數(shù)、采集分析數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)庫、管理信息。后臺的數(shù)據(jù)庫是Access2003，可以直接連接VisusIC++6.0。上機位中的數(shù)據(jù)是通過主節(jié)點得到的，其單位是幀，每一幀數(shù)據(jù)都具有分析價值，因為數(shù)據(jù)雖然傳輸?shù)妮^少，但依舊含有橋門式起重機的各種信息，待信息接收完畢，便能進行分析研究，掌握橋門式起重機的運行狀況。通過主節(jié)點傳輸?shù)男盘柺遣荒苤苯语@示在計算機中的，必須經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換、濾波、放大處理，當計算機顯示器中有信息輸出時，便能通過分析系統(tǒng)進行處理、分析，判斷出橋門式起重機的安全性能是否符合要求，一旦危險系數(shù)過大，就要停止機器運行，及時進行檢修。在使用系統(tǒng)之前，首先要設(shè)定參數(shù)（根據(jù)起重機的型號進行設(shè)定）。在監(jiān)測過程中，環(huán)境風速、主梁應(yīng)力、起重機的運行速度、起重機的高度等信息均會在顯示器中出現(xiàn)。除此之外，還能設(shè)置系統(tǒng)的管理權(quán)限、查詢信息的范圍等。通過上機位軟件得到的各種信息都會自動保存在信息庫中，以后的工作中如果需要查詢舊信息，就能在數(shù)據(jù)庫中得到，一旦施工過程中發(fā)生了安全事故，所需要的信息也同樣能在舊數(shù)據(jù)庫中獲取。

4 結(jié)束語

綜上所述，橋門式起重機智能安全監(jiān)測系統(tǒng)中涉及了許多現(xiàn)代化科學技術(shù)，例如無線通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、計算機信息技術(shù)，與傳統(tǒng)的監(jiān)測系統(tǒng)相比，起重機智能安全監(jiān)測系統(tǒng)的實時性更強、實用性更高，根據(jù)對實際工程調(diào)查發(fā)現(xiàn)，橋門式起重機所處的位置只要在信號范圍內(nèi)，便能通過一個系統(tǒng)將所有的起重機連接在一起，通過實時監(jiān)控，得到起重機的運行狀況，及時找到機器中存在的故障，安排專業(yè)技術(shù)人員進行檢修、維護，為施工人員提供安全的工作環(huán)境。起重機智能安全監(jiān)測系統(tǒng)的投入成本低、運行速度快、性能健全穩(wěn)定，既擴大了安全監(jiān)測的范圍，又減少了施工現(xiàn)場的危險系數(shù)，現(xiàn)代化的監(jiān)測系統(tǒng)很大程度地降低了施工單位的人力投入，有效地減少了起重機導致的安全意外事故，加快了生產(chǎn)速率、縮短了施工周期、增大了企業(yè)收益。

參考文獻

[1]周文海.基于ZigBee技術(shù)的塔機群防碰撞系統(tǒng)設(shè)計[D].南昌：華東交通大學，2013.

[2]陳志梅，孟文俊.智能起重機系統(tǒng)研究與展望[J].工程機械，2011（01）：39～44+103.

收稿日期：2018-8-16

作者簡介：侯晉生（1981-），男，山東鄒城人，本科，從事起重機械安裝及維修工作。