專利名稱：塔吊群協(xié)同作業(yè)安全監(jiān)控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種監(jiān)控裝置，特別涉及在復(fù)雜建筑施工環(huán)境下，塔吊群協(xié)同作業(yè)時的防碰撞安全監(jiān)控裝置。
背景技術(shù)：
在工程施工中，塔式起重機經(jīng)常需要成群作業(yè)，群塔作業(yè)時，存在以下缺點(1)在塔機相互之間距離靠近，可能發(fā)生碰撞時，完全靠人眼視覺來操作，司機一方面要注意載荷，另一方面還要注意相關(guān)塔機的位置，很容易因操作失誤引起塔群相碰，造成事故；(2)夜間作業(yè)時，司機根本無法看清目標的位置，靠人的視覺操作無法防止塔群相撞的事故發(fā)生。中國專利《塔式起重機交叉作業(yè)示警裝置》(專利號ZL01230212.0，公開號CN2481689，
公開日2002年3月13日)中公開了一種機群交叉作業(yè)報警系統(tǒng)，通過限位開關(guān)提示司機當前塔機進入危險區(qū)域，這種方式不能時時檢測塔機狀態(tài)，相關(guān)塔機之間也不能進行通訊。另外，塔機在工作中，除了可能與相關(guān)塔機發(fā)生碰撞外，還可能與工作區(qū)域中其它靜止的障礙物發(fā)生碰撞，或誤入一些有居民生活出入的地方，帶來一些不必要的安全隱患。目前的塔機監(jiān)控器都不具有危險區(qū)域限制功能。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種塔吊群協(xié)同作業(yè)安全監(jiān)控裝置，通過對網(wǎng)絡(luò)中每一個塔吊的狀態(tài)進行實時檢測并實現(xiàn)塔吊間的信息傳遞，判斷相對位置及碰撞關(guān)系，繼而判定是否報警或自動斷電保護，有效解決了群塔之間相互碰撞的問題。
本實用新型所采用的技術(shù)方案是，塔吊群協(xié)同作業(yè)安全監(jiān)控裝置，包括主控制器，主控制器連接三路雙向計數(shù)電路，三路雙向計數(shù)電路分別將高度信號、半徑信號和轉(zhuǎn)角信號經(jīng)整理后輸入主控制器，主控制器還與無線通訊模塊相連接，主控制器通過9路繼電器將控制信號輸出。
本實用新型的特點還在于三路雙向計數(shù)電路分別連接有辨向電路。
主控制器還連接有液晶顯示器。
主控制器還連接有外接輸入鍵盤。
主控制器為單片機PC104。
本實用新型具有以下功能(1)可控制10臺以內(nèi)的塔吊群協(xié)同作業(yè)，相互間不發(fā)生碰撞事故；(2)實時檢測并顯示塔機運行狀態(tài)(轉(zhuǎn)角、小車變幅以及高度)；(3)在塔群網(wǎng)絡(luò)中，可將任意1臺塔吊設(shè)為主機對其余塔吊進行參數(shù)設(shè)置；(4)可設(shè)置塔吊工作環(huán)境中不可進入的區(qū)域，當系統(tǒng)檢測到塔吊可能進入該區(qū)域時，系統(tǒng)將進行報警，并對相應(yīng)運動進行斷電保護；(5)可進行測試模式和工作模式之間的切換；(6)通過預(yù)置入的程序進行塔機之間的防碰撞計算，并進行繼電器輸出控制；(7)可進行傳感器標定。


圖1是本實用新型的功能模塊組成示意圖；圖2是本實用新型的單路旋編計數(shù)電路原理圖；圖3是本實用新型采用的環(huán)境區(qū)域自動設(shè)置原理圖；圖4是控制本實用新型動作的發(fā)送機通訊協(xié)議流程；
圖5是控制本實用新型動作的接收機通訊協(xié)議流程。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型進行詳細說明。
本實用新型提供的塔吊群協(xié)同作業(yè)安全監(jiān)控裝置，將同一施工環(huán)境下相互關(guān)聯(lián)的塔吊(最多10臺)組成一個網(wǎng)絡(luò)，將本實用新型的監(jiān)控裝置安裝在網(wǎng)絡(luò)中的每一個塔吊上，該監(jiān)控裝置在對本塔吊自身的狀態(tài)(如吊重高度、塔機轉(zhuǎn)角、小車半徑)進行實時檢測并顯示在液晶屏的同時，通過無線通訊方式實現(xiàn)塔吊之間的信息傳遞，根據(jù)檢測到的本機信息以及網(wǎng)絡(luò)中其它塔吊的信息，計算出本塔吊與相關(guān)塔吊的相對位置及碰撞關(guān)系，并根據(jù)計算結(jié)果判定是否報警或自動斷電保護。
本實用新型的監(jiān)控裝置包括主控制器，主控制器連接三路雙向計數(shù)電路，三路雙向計數(shù)電路分別將高度信號、半徑信號和轉(zhuǎn)角信號經(jīng)整理后輸入主控制器，主控制器還與無線通訊模塊相連接，主控制器通過9路繼電器將控制信號輸出。
圖1給出了本實用新型技術(shù)方案的一種實施例，主控制器采用PC104主板，擴展三路以193為核心的16位雙向旋編計數(shù)電路，三路雙向計數(shù)電路分別連接三路辨向電路，將三路旋編信號重物高度信號、小車半徑信號和塔臂轉(zhuǎn)角信號輸入，主控制器還連接有LCD彩色液晶顯示器、鍵盤輸入、繼電器輸出以及無線傳輸模塊，輸出為9路繼電器，控制塔機的運行。
塔臂角度、小車半徑以及重物高度三個變量的檢測均采用旋轉(zhuǎn)編碼器，三路參數(shù)的檢測原理是相同的，圖2中給出了其中一個計數(shù)電路的工作原理實例圖。該計數(shù)電路與主控制器通過PC104總線相連，4片雙向計數(shù)芯片193組成16位計數(shù)電路，由于采用相對編碼器，計數(shù)電路中由兩片138譯碼器分別完成計數(shù)值的讀寫功能。
以下是對本實用新型功能實現(xiàn)的說明。
(1)塔群安全防碰撞功能的實現(xiàn)為了進行防碰撞計算，每個塔機必須知道自己的姿態(tài)(塔機轉(zhuǎn)角、小車變幅以及吊重高度)以及與自己相關(guān)的其它塔機的姿態(tài)，因此，每個控制系統(tǒng)必須時時檢測自己的狀態(tài)，同時同一個塔群中所有塔機必須進行時時通訊，知道所有與自己相關(guān)的塔機的狀態(tài)。因此，塔群工作前，需要將本實用新型的監(jiān)控裝置分別裝在每個塔機上，首先設(shè)置一個作業(yè)群中所有塔機的靜態(tài)參數(shù)，包括塔機的基點坐標、塔機的臂長、塔機臂高等，各塔機根據(jù)這些參數(shù)計算塔機之間的相對關(guān)系，判斷是否為相關(guān)塔機，然后，相關(guān)塔機以獨立自主體形式組成網(wǎng)絡(luò)群。每個控制器一方面完成自身塔機狀態(tài)(包括轉(zhuǎn)角、半徑以及高度)的檢測，同時，塔機通過無線通訊實現(xiàn)各自信息的交換，于是，每個塔機上的監(jiān)控裝置知道所有與自己相關(guān)塔機的信息，然后，監(jiān)控裝置將自己信息與相關(guān)塔機信息進行防碰撞計算，當塔機與別的任意一個塔機有碰撞可能，塔機將報警或控制自己的相關(guān)運動。
為了進行塔機的信息交換，同一塔群中所有塔機必須組成一個通訊網(wǎng)，按一定的協(xié)議進行通訊，該網(wǎng)絡(luò)采用無線通訊方式，在塔機群安全防碰撞系統(tǒng)中，所有塔機組成環(huán)形通訊網(wǎng)，各塔機在傳輸數(shù)據(jù)網(wǎng)中處于并列的節(jié)點位置，由于無線通訊模塊是單雙工的工作模式，在塔機通訊過程中，通過傳輸令牌，決定哪一個塔機具有信息發(fā)送權(quán)。每一個塔機都有自己的編號，當它發(fā)送自己的信息后，將會把令牌發(fā)給下一個編號的塔吊，如果在給定時間內(nèi)收不到應(yīng)答，說明該塔機不在線，塔機將會把令牌發(fā)送給下一個塔機，由此循環(huán)，令牌在所有塔機的網(wǎng)絡(luò)中傳遞，從而發(fā)送各自的信息。
其控制程序流程如圖4、圖5所示開機后所有塔機搶占令牌，搶到令牌的塔機為發(fā)送機，例如i號機，其余各機為接收機。發(fā)送機依次給相關(guān)機發(fā)送自己的信息，一定時間內(nèi)等待應(yīng)答，如果沒有接收到某一塔機的應(yīng)答信號，發(fā)送機會在一定時間后再發(fā)一次(至多3次)，確認所有相關(guān)機都正確接收自己的信息或已發(fā)3次后發(fā)送機將會把令牌發(fā)給i+1編號的塔吊，并在一定時間內(nèi)等待應(yīng)答，如果沒有接收到應(yīng)答，發(fā)送機會再重復(fù)發(fā)送(至多3次)，如果發(fā)送機在3次發(fā)送后還沒有接收到應(yīng)答信息，則會重復(fù)上述過程把令牌發(fā)送給i+2編號的塔機......直至發(fā)送機接收到應(yīng)答放棄令牌所有權(quán)；接收機接收發(fā)送機發(fā)來的信息，首先檢測是數(shù)字還是令牌，如果是令牌并且目標機是自己，則接收機發(fā)送令牌確認信息，并置自己為發(fā)送機，開始發(fā)送自己的信息；如果接收到的是數(shù)據(jù)信息，接收機則判斷發(fā)送機是否和自己是否相關(guān)，如果相關(guān)則校驗、儲存數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)確認信息，否則什么也不做。
該監(jiān)控裝置適用于平臂、斜臂兩種塔機組成的任意機群，該監(jiān)控裝置在靜態(tài)參數(shù)設(shè)置的同時，確定塔機的類型，然后調(diào)用不同的防碰撞計算程序，因此，本系統(tǒng)具有三種計算方法平臂對平臂；平臂對斜臂以及斜臂對斜臂。各種計算情況中，需要考慮塔機吊重(重物以及吊繩)與塔機臂(前臂和后臂)之間的碰撞。
(2)塔機工作區(qū)域限制本實用新型的監(jiān)控裝置對危險區(qū)域設(shè)置采用自動檢測的方法，在塔機臂為外圓最大可達區(qū)域內(nèi)，考慮到在該工作區(qū)域內(nèi)有公路以及其它建筑，在塔吊工作時，塔機所吊重物不能進入該區(qū)域。本監(jiān)控裝置采用多邊形來擬合區(qū)域邊界，塔機工作過程中，根據(jù)時時檢測的塔臂轉(zhuǎn)角以及小車變幅，計算小車當前位置距離環(huán)境危險區(qū)域的距離，然后做出報警或控制。
如圖3所示的塔吊工作環(huán)境，在塔機的工作區(qū)域中有一建筑和公路，監(jiān)控裝置需要根據(jù)實際情況對塔機工作區(qū)域中不能進入?yún)^(qū)域進行設(shè)置。該監(jiān)控裝置采用多邊形來擬合區(qū)域邊界，如圖中的公路區(qū)域，用線段12來擬合邊界，對于圖中的其它建筑則采用一個四邊形擬合。為了在監(jiān)控裝置中對這些區(qū)域進行設(shè)置，借用塔機本身的轉(zhuǎn)角和半徑檢測功能，如圖中的12線段，首先將塔機臂轉(zhuǎn)到圖中虛線o1處，同時，將小車運行到1點處，測出當前的轉(zhuǎn)角θ1以及塔臂半徑R1，同理，我們可以依次設(shè)置區(qū)域邊界點，分別用各點的轉(zhuǎn)角以及半徑表示，如圖中的4點，則可以將塔機小車運行到4點處測出(θ4，R4)。在監(jiān)控裝置中設(shè)置這些點以后，在環(huán)境報警計算時，可以根據(jù)塔機當前的位置(θx，Rx)與計算機中存儲的區(qū)域邊相比，判斷塔機是否進入該危險區(qū)域，當塔機接近危險區(qū)后作出報警并利用繼電器截斷相應(yīng)的方向塔機運動。當當前小車與環(huán)境區(qū)域邊界之間的距離(δ)滿足0.8*δ(safety)≤δ≤δ(safety)，控制器輸出截斷塔機當前運動方向的高速運動；當0≤δ＜0.8*δ(safety)，控制器輸出截斷塔機當前運動方向的低速運動。
權(quán)利要求1.一種塔吊群協(xié)同作業(yè)安全監(jiān)控裝置，其特征在于，包括主控制器，主控制器連接三路雙向計數(shù)電路，三路雙向計數(shù)電路分別將高度信號、半徑信號和轉(zhuǎn)角信號經(jīng)整理后輸入主控制器，主控制器還與無線通訊模塊相連接，主控制器通過9路繼電器將控制信號輸出。
2.按照權(quán)利要求1所述的監(jiān)控裝置，其特征在于，所述三路雙向計數(shù)電路分別連接有辨向電路。
3.按照權(quán)利要求1所述的監(jiān)控裝置，其特征在于，所述主控制器還連接有液晶顯示器。
4.按照權(quán)利要求1所述的監(jiān)控裝置，其特征在于，所述主控制器還連接有外接輸入鍵盤。
5.按照權(quán)利要求1所述的監(jiān)控裝置，其特征在于，所述主控制器為單片機PC104。
專利摘要本實用新型公開的一種塔吊群協(xié)同作業(yè)安全監(jiān)控裝置，包括主控制器，主控制器連接三路雙向計數(shù)電路，三路雙向計數(shù)電路分別將高度信號、半徑信號和轉(zhuǎn)角信號經(jīng)整理后輸入主控制器，主控制器還與無線通訊模塊相連接，主控制器通過9路繼電器將控制信號輸出。本實用新型提供的監(jiān)控裝置，通過對網(wǎng)絡(luò)中每一個塔吊的狀態(tài)進行實時檢測并實現(xiàn)塔吊間的信息傳遞，判斷相對位置及碰撞關(guān)系，繼而判定是否報警或自動斷電保護，有效解決了群塔之間相互碰撞的問題。
文檔編號B66C23/00GK2905742SQ20062007895
公開日2007年5月30日 申請日期2006年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月11日
發(fā)明者楊靜, 令召蘭, 賀俊, 李德信 申請人:西安理工大學(xué)