專利名稱：一種塔機(jī)安全管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一種塔機(jī)安全管理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上塔機(jī)安全管理系統(tǒng)產(chǎn)品普遍存在傳感器檢測(cè)精度低，可靠性差，使用壽命短，成本偏高的問(wèn)題，使用戶花了很多錢，卻達(dá)不到應(yīng)有的效果。目前市場(chǎng)上幅度/高度傳感器產(chǎn)品基本上使用的都是多功能機(jī)械限位器傳感器，多功能機(jī)械限位器傳感器的特點(diǎn)在于利用機(jī)械齒輪傳動(dòng)來(lái)帶動(dòng)其內(nèi)部的電位器觸頭旋轉(zhuǎn)，通過(guò)電位器電阻值大小來(lái)判斷吊鉤高度及小車行走幅度數(shù)據(jù)的。好處是電位器電阻值在塔機(jī)不給傳感器送電的情況下，電位器電阻值數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，并且市場(chǎng)上貨源充足；
但是，多功能機(jī)械限位器傳感器是機(jī)械傳動(dòng)接觸檢測(cè)吊鉤高度及小車行走幅度，電位器觸點(diǎn)與電阻膜表面不斷摩擦，時(shí)間一長(zhǎng)就有磨損，檢測(cè)吊鉤高度及小車行走幅度的數(shù)據(jù)誤差就會(huì)不斷增大，所以它的可靠性就低；使用壽命也短；
另外，多功能機(jī)械限位器的傳動(dòng)軸到電位器是靠齒輪傳動(dòng)的，由于齒輪間的不斷摩擦，時(shí)間一長(zhǎng)就有磨損，齒輪很容易導(dǎo)致吊鉤高度及小車行走幅度誤差就會(huì)不斷增大，所以它的可靠性低；使用壽命也短。增量式磁編碼或者光電幅度/高度傳感器，也是非接觸檢測(cè)吊鉤高度及小車行走幅度的，最大的區(qū)別主要是增量式磁編碼或者光電幅度/高度傳感器無(wú)記憶功能，所以一旦塔機(jī)不給傳感器送電幅度/高度傳感器的數(shù)據(jù)就會(huì)丟失，所以可靠性很低。市場(chǎng)上絕對(duì)式磁編碼或者光電編碼幅度/高度傳感器一般都是單圈或者多圈傳感器，如果要用在塔機(jī)的幅度/高度檢測(cè)，由于塔機(jī)的幅度/高度量程很大，必須配合齒輪傳動(dòng)，否則就達(dá)不到塔機(jī)的幅度/高度檢測(cè)要求。由于齒輪傳動(dòng)的磨損導(dǎo)致其可靠性降低，使用壽命縮短。另外它的成本高，一個(gè)售價(jià)幾千元，市場(chǎng)上無(wú)法接受。無(wú)RFID管理的塔機(jī)任何人都可以操作塔機(jī)，所以過(guò)去出現(xiàn)的很多塔機(jī)安全事故，都有相當(dāng)一部分是無(wú)證上崗造成的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種塔機(jī)安全管理系統(tǒng)，工作時(shí)各個(gè)傳感器不斷將采集的信息通總線發(fā)送給力矩限制器主機(jī)，力矩限制器主機(jī)經(jīng)過(guò)采集、分析、計(jì)算，然后將顯示信息發(fā)給顯示器進(jìn)行顯示；報(bào)警信息發(fā)給報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警；控制信息發(fā)給控制器進(jìn)行控制保護(hù)；通訊信息發(fā)給GPRS模塊，通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入塔機(jī)安全管理平臺(tái)。本發(fā)明的上述目的是通過(guò)這樣的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種塔機(jī)安全管理系統(tǒng)，包括塔機(jī)安全管理平臺(tái)，服務(wù)器，服務(wù)器通過(guò)GPS/GPRS通訊模塊連接力矩限制器主機(jī)，所述力矩限制器主機(jī)設(shè)有RFID感應(yīng)芯片、RFID傳感器，所述力矩限制器主機(jī)分別通過(guò)CAN總線與重量傳感器、幅度傳感器、高度傳感器、回轉(zhuǎn)角度傳感器、風(fēng)速傳感器連接。所述重量傳感器、幅度傳感器、高度傳感器、回轉(zhuǎn)角度傳感器、風(fēng)速傳感器均設(shè)有CAN接口芯片，所述力矩限制器主機(jī)內(nèi)部設(shè)有CAN接口芯片、外部通過(guò)兩根總線方式與所述各個(gè)傳感器通訊連接。所述幅度傳感器、高度傳感器包括磁性旋轉(zhuǎn)編碼盤，為S/N雙極性圓型編碼盤，所述傳感器的旋轉(zhuǎn)軸經(jīng)殼體與塔機(jī)的起升卷筒及變幅卷筒的輸出軸連接為一體。 所述塔機(jī)安全管理系統(tǒng)設(shè)有微型發(fā)電電路，微型發(fā)電電路連接鋰電池。所述磁性旋轉(zhuǎn)編碼盤的磁極寬度不同。本發(fā)明一種塔機(jī)安全管理系統(tǒng)工作原理起重重量傳感器、磁編碼幅度傳感器、磁編碼高度傳感器、回轉(zhuǎn)角度傳感器、風(fēng)速傳感器等多種傳感器將檢測(cè)到的信號(hào)不斷地送往CAN總線。具有RFID管理功能的起重機(jī)力矩限制器主機(jī)根據(jù)程序設(shè)定和指令，不斷地在CAN總線上采集各種傳感器送來(lái)的信息，然后經(jīng)CPU進(jìn)行比較、運(yùn)算、分析，將顯示信息 送顯示部分，報(bào)警信號(hào)送報(bào)警部分，控制信號(hào)送控制部分，通訊信息通過(guò)GPRS通訊模塊及Internet網(wǎng)絡(luò)送往塔式起重機(jī)安全管理平臺(tái)進(jìn)行存儲(chǔ)、顯示、查詢、統(tǒng)計(jì)、下載等，周而復(fù)始。本發(fā)明一種塔機(jī)安全管理系統(tǒng)，磁編碼幅度/高度傳感器產(chǎn)品由于有不間斷電源，所以在塔機(jī)不給傳感器送電的情況下，幅度/高度傳感器的數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失，并且是非接觸檢測(cè)吊鉤高度及小車行走幅度，由于無(wú)磨損所以它的可靠性就高，使用壽命就長(zhǎng)。磁編碼幅度/高度傳感器由于其脈沖是無(wú)限疊加，多大的量程檢測(cè)都能適應(yīng)；因此，不受塔機(jī)的幅度/高度量程限制，所以不需要增加齒輪傳動(dòng)。因?yàn)闊o(wú)齒輪傳動(dòng)磨損的缺陷，所以其可靠性就高，使用壽命就長(zhǎng)；同時(shí)我們的售價(jià)只有幾百元，成本較低。本發(fā)明一種塔機(jī)安全管理系統(tǒng)，采用了 RFID控制技術(shù)，使塔式起重機(jī)的安全操作具有可控性；建筑安全管理部門可對(duì)塔機(jī)司機(jī)進(jìn)行持證上崗管理制度，只有經(jīng)培訓(xùn)合格的塔機(jī)司機(jī)才允許上崗操作塔機(jī)，當(dāng)司機(jī)培訓(xùn)考核合格后納入數(shù)據(jù)庫(kù)管理，并且持建筑安全管理部門頒發(fā)的RFID卡證上崗，RFID卡證上只有該合格司機(jī)的唯一注冊(cè)碼，該合格司機(jī)每日工作時(shí)，先在力矩限制器上刷卡，力矩限制器經(jīng)分析確認(rèn)合法后，自動(dòng)接通塔機(jī)電源，塔機(jī)開始工作；非合法持證司機(jī)在力矩限制器上刷卡，力矩限制器經(jīng)分析確認(rèn)非法則拒絕接通塔機(jī)電源，塔機(jī)不工作；從而確保了塔機(jī)安全生產(chǎn)的最基本條件；
本發(fā)明一種塔機(jī)安全管理系統(tǒng)，采用了依據(jù)塔機(jī)特性設(shè)計(jì)的絕對(duì)磁編碼技術(shù)發(fā)明的磁編碼幅度傳感器、磁編碼高度傳感器，大大提高了塔機(jī)起升高度及小車行走幅度檢測(cè)精度，對(duì)塔機(jī)的力矩保護(hù)、起升高度保護(hù)具有重要意義，同時(shí)由于采用了非接觸檢測(cè)技術(shù)，可以有效增強(qiáng)傳感器的可靠性并延長(zhǎng)傳感器的使用壽命。本發(fā)明一種塔機(jī)安全管理系統(tǒng)，絕對(duì)磁編碼傳感器旋轉(zhuǎn)碼盤的磁極采用了寬度不同的制作工藝，使其產(chǎn)生的S/N極脈沖寬度不同，從而為旋轉(zhuǎn)碼盤的起始位及方向識(shí)別奠定了重要基礎(chǔ)。本發(fā)明一種塔機(jī)安全管理系統(tǒng)，采用了 CAN總線技術(shù)，將塔機(jī)安全管理系統(tǒng)各個(gè)傳感器與力矩限制器主機(jī)之間用兩根位總線方式通訊連接；一方面簡(jiǎn)化了電路，減少了故障源，提高了可靠性，同時(shí)節(jié)省了傳感器信號(hào)線纜。


圖I為本發(fā)明系統(tǒng)連接框圖。
圖2為本發(fā)明塔機(jī)RFID管理系統(tǒng)連接圖。圖3為本發(fā)明磁性傳感器旋轉(zhuǎn)碼盤結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明系統(tǒng)中各個(gè)傳感器與力矩限制器主機(jī)之間連接圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明一種塔機(jī)安全管理系統(tǒng)，包括服務(wù)器、塔機(jī)安全管理平臺(tái)、GPS/GPRS通訊模塊、具有RFID管理功能的力矩限制器主機(jī)，所述力矩限制器主機(jī)設(shè)有RFID感應(yīng)芯片、RFID傳感器，所述力矩限制器主機(jī)分別通過(guò)CAN總線與重量傳感器、幅度傳感器、高度傳感器、回轉(zhuǎn)角度傳感器、風(fēng)速傳感器連接，如圖I所示。工作過(guò)程
塔機(jī)司機(jī)工作時(shí)首先用RFID卡片通過(guò)RFID感應(yīng)器打開力矩限制器主機(jī)，力矩限制器 主機(jī)解鎖塔機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)。此時(shí)，塔機(jī)司機(jī)可以進(jìn)行各種工作操作，在塔機(jī)司機(jī)進(jìn)行各種工況操作時(shí)，各個(gè)傳感器也在不斷將檢測(cè)到的信號(hào)送到力矩限制器主機(jī)，由力矩限制器主機(jī)進(jìn)行分析計(jì)算，當(dāng)起重機(jī)超載、超力矩、超幅度、超高度、超回轉(zhuǎn)角度、或者風(fēng)速超限時(shí)，力矩限制器主機(jī)立即發(fā)出報(bào)警或者控制命令，塔機(jī)立即被控制。但是力矩限制器主機(jī)允許司機(jī)做安全操作動(dòng)作，只允許塔機(jī)向安全方位遠(yuǎn)行，禁止塔機(jī)向危險(xiǎn)方位遠(yuǎn)行，從而達(dá)到安全保護(hù)的目的。力矩限制器主機(jī)在不斷檢測(cè)、報(bào)警、控制的同時(shí)，也不斷的將處理結(jié)果送往GPS/GPRS通訊模塊MD610，由GPGS/GPRS通訊模塊MD610通過(guò)天線送往Internet網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，進(jìn)入塔機(jī)完全管理平臺(tái)，由塔機(jī)完全管理平臺(tái)進(jìn)行存儲(chǔ)、顯示、報(bào)警、統(tǒng)計(jì)、下載、打印等
坐寸οGPS衛(wèi)星地圖是通過(guò)GPRS通訊模塊上傳給塔機(jī)安全管理平臺(tái)的，塔機(jī)安全管理平臺(tái)在顯示塔機(jī)各種工作狀況的同時(shí)，也可以同時(shí)顯示衛(wèi)星地圖，指示塔機(jī)具體位置；從而實(shí)現(xiàn)了塔機(jī)的智能安全管理和安全保護(hù)。塔機(jī)RFID管理系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)它是由RFID卡片及RFID感應(yīng)器以及力矩限制器主機(jī)等組成，如圖2所示。塔機(jī)RFID管理系統(tǒng)工作過(guò)程
平常沒(méi)有RFID卡片法定操作人信息時(shí)，力矩限制器主機(jī)STM32F103RE處于關(guān)閉狀態(tài)，塔機(jī)的起升、變幅、回轉(zhuǎn)電源均被切斷，塔機(jī)不能工作；當(dāng)具有15693通訊協(xié)議的電子標(biāo)簽RFID卡片，在小于15cm的地方接近電子標(biāo)簽RFID感應(yīng)器時(shí)，電子標(biāo)簽RFID感應(yīng)芯片MFRC500通過(guò)天線感應(yīng)到RFID卡片上信息，立即將RFID卡片信息送給AT89C51進(jìn)行分析、比較、處理，當(dāng)確定該信息合法時(shí)，立即通過(guò)MAX232向力矩限制器主機(jī)STM32F103RE輸出一個(gè)開機(jī)命令，力矩限制器主機(jī)STM32F103RE立即啟動(dòng)，并且接通塔機(jī)的起升、變幅、回轉(zhuǎn)電源，起重機(jī)開始正常工作，RFID卡片管理任務(wù)完成；下次開機(jī)時(shí)再次重復(fù)本程序，周而復(fù)始;
磁性編碼幅度/高度檢測(cè)功能的實(shí)現(xiàn)它是由幅度/高度傳感器及電源電路、力矩限制器電路等來(lái)實(shí)現(xiàn)的。磁性編碼幅度/高度檢測(cè)工作過(guò)程
幅度/高度傳感器電路是由磁性旋轉(zhuǎn)碼盤CX-CT01，磁性脈沖發(fā)生電路AH512，脈沖處理電路STM32F103RE，CAN通訊電路SN65HVD230等所組成；工作時(shí)CX-CTOl磁鐵旋轉(zhuǎn)，由四周的磁鐵產(chǎn)生周期性磁場(chǎng)，從而不斷觸發(fā)AH512霍爾開關(guān)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，并將脈沖信號(hào)送往STM32F103RECPU進(jìn)行計(jì)算處理，通過(guò)對(duì)脈沖的計(jì)算，從而得知磁性旋轉(zhuǎn)碼盤CX-CTOl所轉(zhuǎn)圈數(shù)，由于磁性旋轉(zhuǎn)碼盤旋轉(zhuǎn)軸與起重機(jī)起升及變幅卷筒中心軸同軸，從而得知起升及變幅卷筒旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，由起重機(jī)起升及變幅卷筒直徑，卷繩槽寬度及鋼絲繩直徑可以計(jì)算出起升吊鉤的高度及小車行走的幅度；從而達(dá)到測(cè)量吊鉤起升高度及小車行走幅度的目的；同時(shí)STM32F103RE將數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器FM25L16，并通過(guò)CAN通訊電路SN65HVD230將計(jì)算結(jié)果送給力矩限制器主機(jī)STM32F103RE，力矩限制器主機(jī)STM32F103RECPU通過(guò)綜合計(jì)算，去完成力矩限制器的各項(xiàng)功能和任務(wù)。由于磁性旋轉(zhuǎn)碼盤CX-CTOl四周為具有不同寬度S/N極性的磁鐵，又由于磁性脈沖發(fā)生電路AH512為雙極性霍爾開關(guān)，當(dāng)其反轉(zhuǎn)時(shí)由于其AH512脈沖發(fā)生的寬度不同，從而可以得知其零位及起始位，又由于S/N極性的脈沖寬度不同，從而可以計(jì)算出旋轉(zhuǎn)碼盤CX-CTOl的反向脈沖數(shù)據(jù)；從而可以計(jì)算出吊鉤起升或者下降高度及小車行走正反向幅度。為了達(dá)到絕對(duì)編碼器的功能，本發(fā)明設(shè)計(jì)了塔機(jī)工作不斷電電路，即在常規(guī)電路上增加了鋰電池電路，微型發(fā)電機(jī)電路和電源管理器，這樣只要塔機(jī)工作，不管司機(jī)給不給力矩限 制器主機(jī)送不送電，傳感器電路始終有電源，從而確保傳感器數(shù)據(jù)得以保存，從而達(dá)到絕對(duì)編碼器效果。傳感器不斷電功能的實(shí)現(xiàn)
平時(shí)塔機(jī)AC380V電源進(jìn)開關(guān)電源轉(zhuǎn)DC12V及5V，12V進(jìn)電源管理器AT89C51，經(jīng)電源管理器AT89C51比較、計(jì)算、處理后再進(jìn)傳感器電路；DC5V進(jìn)力矩限制器主機(jī)STM32F103RE電路；當(dāng)電源管理器AT89C51發(fā)現(xiàn)開關(guān)電源DC12V低于設(shè)定值時(shí)，立即啟動(dòng)鋰電池RS/16V9. 6AH電路，從而保證了傳感器電路不斷電。當(dāng)電源管理器AT89C51發(fā)現(xiàn)鋰電池RS/16V9. 6AH的DC12V低于設(shè)定值時(shí)，立即啟動(dòng)微型發(fā)電機(jī)電路WDBS-025A給鋰電池RS/16V9. 6AH充電。由于微型發(fā)電機(jī)與起升卷筒通過(guò)鏈條鏈接，因此，只要塔機(jī)工作，微型發(fā)電機(jī)就在不停的工作，當(dāng)電源管理器AT89C51發(fā)現(xiàn)鋰電池RS/16V9. 6AH的DC12V電壓飽和時(shí)，立即切斷充電電路，從而保證鋰電池不被過(guò)充損壞。磁性傳感器旋轉(zhuǎn)碼盤磁極工藝結(jié)構(gòu)
磁性傳感器旋轉(zhuǎn)碼盤CX-CTOl是按照不同寬度的磁極設(shè)計(jì)的S/N雙極性圓型碼盤，結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。該轉(zhuǎn)碼盤CX-CTOl傳感器的旋轉(zhuǎn)軸經(jīng)殼體與起重機(jī)起升卷筒及變幅卷筒的輸出軸聯(lián)接為一體。工作過(guò)程如下
工作時(shí)塔機(jī)起升卷筒及變幅卷筒的輸出軸帶動(dòng)傳感器的轉(zhuǎn)碼盤CX-CTOl進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)過(guò)程中轉(zhuǎn)碼盤CX-CTOl不斷向雙極性霍爾芯片AH512發(fā)送S/N寬度不同的磁極信號(hào)，周而復(fù)始。本發(fā)明塔機(jī)安全管理系統(tǒng)各個(gè)傳感器與力矩限制器主機(jī)之間CAN總線通訊功能的實(shí)現(xiàn)各個(gè)傳感器及變送器模塊均配有CAN接口芯片SN65HVD230，力矩限制器主機(jī)內(nèi)部也配有CAN接口芯片SN65HVD230，外部由兩根位總線相互連接。傳感器與力矩限制器主機(jī)之間的通訊均是通過(guò)CAN接口芯片SN65HVD230由2根位總線相互連接通訊的，它們均遵守CANopen2. O協(xié)議，如圖4所示。其工作過(guò)程如下
工作時(shí)各個(gè)傳感器不斷將采集的信息通過(guò)2根位總線發(fā)送給力矩限制器主機(jī)，力矩限制器主機(jī)STM32F103RECPU經(jīng)過(guò)采集、分析、計(jì)算，然后將顯示信息發(fā)給顯示器進(jìn)行顯示；報(bào)警信息發(fā)給報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警；控制信息發(fā)給控制器進(jìn)行五限位控制保護(hù)；通訊信息發(fā)給 GPRS模塊，通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入塔機(jī)安全管理平臺(tái)。
權(quán)利要求
1.一種塔機(jī)安全管理系統(tǒng)，包括塔機(jī)安全管理平臺(tái)，服務(wù)器，其特征在于，服務(wù)器通過(guò)GPS/GPRS模塊連接力矩限制器主機(jī)，所述力矩限制器主機(jī)設(shè)有RFID感應(yīng)芯片、RFID傳感器，所述力矩限制器主機(jī)分別通過(guò)CAN總線與重量傳感器、幅度傳感器、高度傳感器、回轉(zhuǎn)角度傳感器、風(fēng)速傳感器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種塔機(jī)安全管理系統(tǒng)，其特征在于，所述重量傳感器、幅度傳感器、高度傳感器、回轉(zhuǎn)角度傳感器、風(fēng)速傳感器均設(shè)有CAN接口芯片，所述力矩限制器主機(jī)內(nèi)部設(shè)有CAN接口芯片、外部通過(guò)兩根總線方式與所述各個(gè)傳感器通訊連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述一種塔機(jī)安全管理系統(tǒng)，其特征在于，所述幅度傳感器、高度傳感器包括磁性旋轉(zhuǎn)編碼盤，為S/N雙極性圓型編碼盤，所述傳感器的旋轉(zhuǎn)軸經(jīng)殼體與塔機(jī)的起升卷筒及變幅卷筒的輸出軸連接為一體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種塔機(jī)安全管理系統(tǒng)，其特征在于，所述磁性旋轉(zhuǎn)編碼盤的磁極寬度不同。
全文摘要
一種塔機(jī)安全管理系統(tǒng)，包括塔機(jī)安全管理平臺(tái)，服務(wù)器，服務(wù)器通過(guò)GPS/GPRS通訊模塊連接力矩限制器主機(jī)，所述力矩限制器主機(jī)設(shè)有RFID感應(yīng)芯片、RFID傳感器，所述力矩限制器主機(jī)分別通過(guò)CAN總線與重量傳感器、幅度傳感器、高度傳感器、回轉(zhuǎn)角度傳感器、風(fēng)速傳感器連接。本發(fā)明塔機(jī)安全管理系統(tǒng)，工作時(shí)各個(gè)傳感器不斷將采集的信息通總線發(fā)送給力矩限制器主機(jī)，力矩限制器主機(jī)經(jīng)過(guò)采集、分析、計(jì)算，然后將顯示信息發(fā)給顯示器進(jìn)行顯示；報(bào)警信息發(fā)給報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警；控制信息發(fā)給控制器進(jìn)行控制保護(hù)；通訊信息發(fā)給GPRS模塊，通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入塔機(jī)安全管理平臺(tái)。
文檔編號(hào)B66C23/88GK102963827SQ20121043131
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月2日
發(fā)明者陳家忠, 王進(jìn), 徐偉 申請(qǐng)人:宜昌市創(chuàng)星電子技術(shù)發(fā)展有限公司