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

1起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計

本系統(tǒng)能夠同時實時監(jiān)測在一定區(qū)域內(nèi)的多臺橋門式起重機的運行狀態(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)中每個從節(jié)點監(jiān)測一臺橋門式起重機，起重機監(jiān)控器實時采集各傳感器信號，通過無線局域網(wǎng)絡(luò)收發(fā)設(shè)備將這些數(shù)據(jù)定時地傳輸?shù)街鞴?jié)點，主節(jié)點收到各個從節(jié)點數(shù)據(jù)后通過ＲＳ２３２串口傳給監(jiān)控中心的計算機，監(jiān)控中心的計算機對接收到的數(shù)據(jù)進行綜合分析和處理，將結(jié)果實時地顯示，在起重機處于危險狀態(tài)時發(fā)出報警信號，提醒操作人員及時更換維修。

橋門式起重機智能安全監(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，上位機監(jiān)控單元４個部分組成。數(shù)據(jù)采集單元負責(zé)采集安裝在起重機不同位置上的傳感器信號，得到各個起重機運行參數(shù)。對采集到的模擬量信號需進行信號調(diào)理，包括信號自適應(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)，建立一個主節(jié)點，多個從節(jié)點的星型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。主節(jié)點作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，負責(zé)ＺｉｇＢｅｅ無線網(wǎng)的建立、管理及維護，為網(wǎng)絡(luò)中新加入的設(shè)備分配網(wǎng)絡(luò)地址，同時與各從節(jié)點實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。從節(jié)點負責(zé)前端數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)與主節(jié)點的數(shù)據(jù)交換。上位機監(jiān)控單元通過ＲＳ２３２串口與主節(jié)點相連，接收主節(jié)點傳來的數(shù)據(jù)后進行顯示、分析和處理。能夠?qū)崿F(xiàn)對橋門式起重機的實時監(jiān)控、實時處理、危險預(yù)警、歷史運行記錄查詢等功能。

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

起重機監(jiān)控器硬件電路由電源電路、單片機最小系統(tǒng)、信號采集電路、無線收發(fā)電路等組成。單片機采用的是ＳＴ公司生產(chǎn)的ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＲＢＴ６單片機，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。起重機監(jiān)控器結(jié)構(gòu)框圖如圖２所示。

２．１信號采集電路

本系統(tǒng)需要采集的橋門式起重機信號包括起重量、起重機運行與起升速度、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有模擬信號和數(shù)字信號，故各傳感器與單片機的連接接口也不相同。

橋門式起重機的起重量傳感器起升機構(gòu)上，實時采集起重量信號。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)置在起重機頂部，這些傳感器輸出模擬量信號，經(jīng)過放大、濾波處理后與單片機的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、小車電機以及起身機構(gòu)的電機與減速器之間。速度傳感器輸出的脈沖信號直接與單片機的Ｉ／Ｏ口連接，通過對脈沖信號進行計數(shù)和換算，得到大車，小車以及升降的速度和方向。起重機起升高度限位開關(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，經(jīng)過繼電器與單片機的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大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，具有不同的運行模式，使得它尤其適應(yīng)超低功耗要求的系統(tǒng)。ＣＣ２５３０通過串口與單片機連接，其電路圖如圖３所示。

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

３．１下位機軟件設(shè)計下位機的軟件采用Ｃ語言編寫，單片機初始化完成后，下位機便開始收索信道并向主節(jié)點發(fā)送入網(wǎng)請求，入網(wǎng)成功后等待上位機發(fā)送的參數(shù)設(shè)置數(shù)據(jù)以及開始信號，下位機開始采集各傳感器數(shù)據(jù)并進行分析，同時將采集的數(shù)據(jù)上傳給上位機。下位機的軟件流程如圖４所示。

３．２上位機軟件設(shè)計

上位機軟件采用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)置及報表生成等。后臺數(shù)據(jù)庫管理采用Ａｃｃｅｓｓ２００３開發(fā)，可方便與ＶｉｓｕａＩＣ＋＋進行連接。主節(jié)點與上位機數(shù)據(jù)傳輸是以幀為單位進行的，在每幀數(shù)據(jù)中都包含有起重機的ＩＤ號以及各參數(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，同時后臺會對數(shù)據(jù)進行存儲和分析，判斷是否滿足報警條件，對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，必須進行參數(shù)設(shè)定，用戶可根據(jù)起重機的不同型號設(shè)置相應(yīng)參數(shù)。系統(tǒng)可實時顯示下位機采集的數(shù)據(jù)，包括主梁應(yīng)力、運行和起升速度、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)，包括工作時間、載重量、各點應(yīng)力大小等狀態(tài)數(shù)據(jù)以及報警信息，對判定事故發(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

本文綜合運用了傳感器技術(shù)、無線通信技術(shù)及計算機技術(shù)設(shè)計開發(fā)了橋門式起重機智能安全監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了在一定區(qū)域內(nèi)多臺橋門式起重機在線實時監(jiān)測，并能在起重機處于危險工作狀態(tài)時及時提醒用戶。本系統(tǒng)具有界面友好、速度快、成本低、性能穩(wěn)定等特點，可以適應(yīng)各種類型橋門式起重機的安全監(jiān)測，具有較強的實用性和通用性，滿足現(xiàn)場安全作業(yè)的監(jiān)控要求。