基于GPRS无线网建筑塔机安全监控系统的研制

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0 引言塔式起重机(简称塔机)作为主要物料运输机械在建筑业得到了广泛应用。尤其近年来随着高层、超高层建筑的兴起,塔机在现代化建筑施工过程作用越来越大,并且不断向大型化、智能化方向发展。但目前在建筑施工过程中,由塔机事故引起的人员伤亡和设备损毁屡屡发生,重大事故发生率居高不下,塔机的安全性能已成为威胁建筑工人生命和企业财产的大问题。导致塔机事故发生的原因主要有两个方面:一方面是由于操作工人不清楚塔机的当前状态,另一方面是一些操作工人为了追求工作效率使塔机超负荷工作,所以研究塔机运行状态在线实时监测仪刻不容缓[1]。目前国内塔机装配的一些简单控制仪表只能监控塔机力矩、重量、幅度等信息,还不具有实时性、远程监控功能[4],该文讨论的监控仪表基于GPRS网络搭建整个监控平台,实现塔机的远程、在线、实时控制。1 系统整体设计塔机在线监控系统采用GPRS网络搭建方式,实现塔机远程监测、远程控制等方式,系统整体设计如图1所示,监控仪表主机是整个系统的核心部分,安装在现场塔机上,实现塔机全参数的采集,如力矩、重量、幅度、角度、风速、角度、高度、重量对应的最大幅度及幅度对应的最大重量等,它依据当前采集参数实现对塔机的全控制,如参数超限但不至于引起事故,则声光报警;若参数超限严重,则声光报警同时强行关闭塔机;手持设置仪表可设置现场监控主机工作方式及校正传感器采集参数,通过设置不同的塔机型号及校正传感器实现监控仪表主机准确采集塔机参数,连接方式采用USB总线;监控仪表主机通过GPRS模块与服务器软件系统连接,可实时将采集到的塔机环境参数发送到服务器软件系统或接收软件的一些设置命令,如告警参数的设置等。 2 硬件电路设计监控仪表主机采用嵌入式系统设计方式,在功能、性能满足需求的前提下,采用AVRMega系列单片机作为主控芯片,具体实现采用主从MCU双核协作工作方式,系统框图如图2所示。整个系统主要分为模拟输入、存储阵列、数字总线、数字输出、显示输出、主从MCU及电源等7个模块。模拟输入模块采用精密的AD620、OP727等运算放大器实现电压、电流、电阻传感器信号的处理,A/D转换器采用20位的CS5513串行A/D,使整个模拟通道的分辨率达到2μV,而系统的硬件处理精度达到5μV;存储阵列由8个FM24C512铁电存储器组成,最多可记录20000条塔机工作循环;数字接口支持USB和串口两种方式,手持仪表通过USB与监控主机连接,用于设置它的工作方式及数据传输,而串口支持与GPRS及PLC塔机驱动器连接;监控主机支持16路继电器的输出,用于控制相关设备的开关;监控仪表采用通用显示接口工作方式,支持LED及LCD两种显示方式,使系统更加灵活;整个系统采用双MCU分工协作的工作方式,这种设计方式实现了低成本MCU的功能最大化,主MCU完成数据采集、处理、控制输出等功能,而从MCU完成数据的显示功能,主从MCU采用SPI方式实现数据交互。3 服务器软件系统设计服务器软件系统基于VCM-FC开发框架,数据存储采用ADO连接接口,可支持多种结构数据库,如SQLServer、Oracle等,网络连接采用优化结构的线程池与连接池,每个线程与连接都可随机搭配,实现系统的最大灵活性,可同时支持30个网络连接存在,软件系统整体逻辑框图如图3所示,而图4是单个塔机实时状态数据监控窗口,可从简单动画中了解到塔机塔吊工作状态。4 总结该文讨论的塔机监控系统采用嵌入式工作方式,通过将GPRS引入建筑领域,实现了塔机全参数的远程在线监控,可在远程监控中心实时监测全省乃至全国的塔机工作情况,并对不合理情况实时处理,系统已在国内某家塔机制造商得到应用。