专利名称：塔吊群协同作业安全监控装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种监控装置，特别涉及在复杂建筑施工环境下，塔吊群协同作业时的防碰撞安全监控装置。
背景技术：
在工程施工中，塔式起重机经常需要成群作业，群塔作业时，存在以下缺点(1)在塔机相互之间距离靠近，可能发生碰撞时，完全靠人眼视觉来操作，司机一方面要注意载荷，另一方面还要注意相关塔机的位置，很容易因操作失误引起塔群相碰，造成事故；(2)夜间作业时，司机根本无法看清目标的位置，靠人的视觉操作无法防止塔群相撞的事故发生。中国专利《塔式起重机交叉作业示警装置》(专利号ZL01230212.0，公开号CN2481689，
公开日2002年3月13日)中公开了一种机群交叉作业报警系统，通过限位开关提示司机当前塔机进入危险区域，这种方式不能时时检测塔机状态，相关塔机之间也不能进行通讯。另外，塔机在工作中，除了可能与相关塔机发生碰撞外，还可能与工作区域中其它静止的障碍物发生碰撞，或误入一些有居民生活出入的地方，带来一些不必要的安全隐患。目前的塔机监控器都不具有危险区域限制功能。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种塔吊群协同作业安全监控装置，通过对网络中每一个塔吊的状态进行实时检测并实现塔吊间的信息传递，判断相对位置及碰撞关系，继而判定是否报警或自动断电保护，有效解决了群塔之间相互碰撞的问题。
本实用新型所采用的技术方案是，塔吊群协同作业安全监控装置，包括主控制器，主控制器连接三路双向计数电路，三路双向计数电路分别将高度信号、半径信号和转角信号经整理后输入主控制器，主控制器还与无线通讯模块相连接，主控制器通过9路继电器将控制信号输出。
本实用新型的特点还在于三路双向计数电路分别连接有辨向电路。
主控制器还连接有液晶显示器。
主控制器还连接有外接输入键盘。
主控制器为单片机PC104。
本实用新型具有以下功能(1)可控制10台以内的塔吊群协同作业，相互间不发生碰撞事故；(2)实时检测并显示塔机运行状态(转角、小车变幅以及高度)；(3)在塔群网络中，可将任意1台塔吊设为主机对其余塔吊进行参数设置；(4)可设置塔吊工作环境中不可进入的区域，当系统检测到塔吊可能进入该区域时，系统将进行报警，并对相应运动进行断电保护；(5)可进行测试模式和工作模式之间的切换；(6)通过预置入的程序进行塔机之间的防碰撞计算，并进行继电器输出控制；(7)可进行传感器标定。
图1是本实用新型的功能模块组成示意图；图2是本实用新型的单路旋编计数电路原理图；图3是本实用新型采用的环境区域自动设置原理图；图4是控制本实用新型动作的发送机通讯协议流程；
图5是控制本实用新型动作的接收机通讯协议流程。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型进行详细说明。
本实用新型提供的塔吊群协同作业安全监控装置，将同一施工环境下相互关联的塔吊(最多10台)组成一个网络，将本实用新型的监控装置安装在网络中的每一个塔吊上，该监控装置在对本塔吊自身的状态(如吊重高度、塔机转角、小车半径)进行实时检测并显示在液晶屏的同时，通过无线通讯方式实现塔吊之间的信息传递，根据检测到的本机信息以及网络中其它塔吊的信息，计算出本塔吊与相关塔吊的相对位置及碰撞关系，并根据计算结果判定是否报警或自动断电保护。
本实用新型的监控装置包括主控制器，主控制器连接三路双向计数电路，三路双向计数电路分别将高度信号、半径信号和转角信号经整理后输入主控制器，主控制器还与无线通讯模块相连接，主控制器通过9路继电器将控制信号输出。
图1给出了本实用新型技术方案的一种实施例，主控制器采用PC104主板，扩展三路以193为核心的16位双向旋编计数电路，三路双向计数电路分别连接三路辨向电路，将三路旋编信号重物高度信号、小车半径信号和塔臂转角信号输入，主控制器还连接有LCD彩色液晶显示器、键盘输入、继电器输出以及无线传输模块，输出为9路继电器，控制塔机的运行。
塔臂角度、小车半径以及重物高度三个变量的检测均采用旋转编码器，三路参数的检测原理是相同的，图2中给出了其中一个计数电路的工作原理实例图。该计数电路与主控制器通过PC104总线相连，4片双向计数芯片193组成16位计数电路，由于采用相对编码器，计数电路中由两片138译码器分别完成计数值的读写功能。
以下是对本实用新型功能实现的说明。
(1)塔群安全防碰撞功能的实现为了进行防碰撞计算，每个塔机必须知道自己的姿态(塔机转角、小车变幅以及吊重高度)以及与自己相关的其它塔机的姿态，因此，每个控制系统必须时时检测自己的状态，同时同一个塔群中所有塔机必须进行时时通讯，知道所有与自己相关的塔机的状态。因此，塔群工作前，需要将本实用新型的监控装置分别装在每个塔机上，首先设置一个作业群中所有塔机的静态参数，包括塔机的基点坐标、塔机的臂长、塔机臂高等，各塔机根据这些参数计算塔机之间的相对关系，判断是否为相关塔机，然后，相关塔机以独立自主体形式组成网络群。每个控制器一方面完成自身塔机状态(包括转角、半径以及高度)的检测，同时，塔机通过无线通讯实现各自信息的交换，于是，每个塔机上的监控装置知道所有与自己相关塔机的信息，然后，监控装置将自己信息与相关塔机信息进行防碰撞计算，当塔机与别的任意一个塔机有碰撞可能，塔机将报警或控制自己的相关运动。
为了进行塔机的信息交换，同一塔群中所有塔机必须组成一个通讯网，按一定的协议进行通讯，该网络采用无线通讯方式，在塔机群安全防碰撞系统中，所有塔机组成环形通讯网，各塔机在传输数据网中处于并列的节点位置，由于无线通讯模块是单双工的工作模式，在塔机通讯过程中，通过传输令牌，决定哪一个塔机具有信息发送权。每一个塔机都有自己的编号，当它发送自己的信息后，将会把令牌发给下一个编号的塔吊，如果在给定时间内收不到应答，说明该塔机不在线，塔机将会把令牌发送给下一个塔机，由此循环，令牌在所有塔机的网络中传递，从而发送各自的信息。
其控制程序流程如图4、图5所示开机后所有塔机抢占令牌，抢到令牌的塔机为发送机，例如i号机，其余各机为接收机。发送机依次给相关机发送自己的信息，一定时间内等待应答，如果没有接收到某一塔机的应答信号，发送机会在一定时间后再发一次(至多3次)，确认所有相关机都正确接收自己的信息或已发3次后发送机将会把令牌发给i+1编号的塔吊，并在一定时间内等待应答，如果没有接收到应答，发送机会再重复发送(至多3次)，如果发送机在3次发送后还没有接收到应答信息，则会重复上述过程把令牌发送给i+2编号的塔机......直至发送机接收到应答放弃令牌所有权；接收机接收发送机发来的信息，首先检测是数字还是令牌，如果是令牌并且目标机是自己，则接收机发送令牌确认信息，并置自己为发送机，开始发送自己的信息；如果接收到的是数据信息，接收机则判断发送机是否和自己是否相关，如果相关则校验、储存数据，发送数据确认信息，否则什么也不做。
该监控装置适用于平臂、斜臂两种塔机组成的任意机群，该监控装置在静态参数设置的同时，确定塔机的类型，然后调用不同的防碰撞计算程序，因此，本系统具有三种计算方法平臂对平臂；平臂对斜臂以及斜臂对斜臂。各种计算情况中，需要考虑塔机吊重(重物以及吊绳)与塔机臂(前臂和后臂)之间的碰撞。
(2)塔机工作区域限制本实用新型的监控装置对危险区域设置采用自动检测的方法，在塔机臂为外圆最大可达区域内，考虑到在该工作区域内有公路以及其它建筑，在塔吊工作时，塔机所吊重物不能进入该区域。本监控装置采用多边形来拟合区域边界，塔机工作过程中，根据时时检测的塔臂转角以及小车变幅，计算小车当前位置距离环境危险区域的距离，然后做出报警或控制。
如图3所示的塔吊工作环境，在塔机的工作区域中有一建筑和公路，监控装置需要根据实际情况对塔机工作区域中不能进入区域进行设置。该监控装置采用多边形来拟合区域边界，如图中的公路区域，用线段12来拟合边界，对于图中的其它建筑则采用一个四边形拟合。为了在监控装置中对这些区域进行设置，借用塔机本身的转角和半径检测功能，如图中的12线段，首先将塔机臂转到图中虚线o1处，同时，将小车运行到1点处，测出当前的转角θ1以及塔臂半径R1，同理，我们可以依次设置区域边界点，分别用各点的转角以及半径表示，如图中的4点，则可以将塔机小车运行到4点处测出(θ4，R4)。在监控装置中设置这些点以后，在环境报警计算时，可以根据塔机当前的位置(θx，Rx)与计算机中存储的区域边相比，判断塔机是否进入该危险区域，当塔机接近危险区后作出报警并利用继电器截断相应的方向塔机运动。当当前小车与环境区域边界之间的距离(δ)满足0.8*δ(safety)≤δ≤δ(safety)，控制器输出截断塔机当前运动方向的高速运动；当0≤δ＜0.8*δ(safety)，控制器输出截断塔机当前运动方向的低速运动。
权利要求1.一种塔吊群协同作业安全监控装置，其特征在于，包括主控制器，主控制器连接三路双向计数电路，三路双向计数电路分别将高度信号、半径信号和转角信号经整理后输入主控制器，主控制器还与无线通讯模块相连接，主控制器通过9路继电器将控制信号输出。
2.按照权利要求1所述的监控装置，其特征在于，所述三路双向计数电路分别连接有辨向电路。
3.按照权利要求1所述的监控装置，其特征在于，所述主控制器还连接有液晶显示器。
4.按照权利要求1所述的监控装置，其特征在于，所述主控制器还连接有外接输入键盘。
5.按照权利要求1所述的监控装置，其特征在于，所述主控制器为单片机PC104。
专利摘要本实用新型公开的一种塔吊群协同作业安全监控装置，包括主控制器，主控制器连接三路双向计数电路，三路双向计数电路分别将高度信号、半径信号和转角信号经整理后输入主控制器，主控制器还与无线通讯模块相连接，主控制器通过9路继电器将控制信号输出。本实用新型提供的监控装置，通过对网络中每一个塔吊的状态进行实时检测并实现塔吊间的信息传递，判断相对位置及碰撞关系，继而判定是否报警或自动断电保护，有效解决了群塔之间相互碰撞的问题。
文档编号B66C23/00GK2905742SQ20062007895
公开日2007年5月30日 申请日期2006年5月11日 优先权日2006年5月11日
发明者杨静, 令召兰, 贺俊, 李德信 申请人:西安理工大学