专利名称：塔式起重机安全监控预警装置及安全监控系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及塔式起重机的安全监控预警装置，特别是一种主动式防碰撞的安全监控预警装置，以及该装置组成的系统。
背景技术：
塔式起重机又称塔机，是ー种建筑施工最常用的主要运输机械。塔机以塔身高、吊臂长、抬吊重量大、覆盖范围广、工作效率高等特点而广泛应用干物料运输、装卸等建筑领域。塔机作业发挥高效的同时，也存在很大的安全隐患，重大安全事故时有发生。塔机エ作环境常常会很恶劣，例如I.在强风、浓雾、雪、大雨等恶劣天气中作业；2.为提高工作效 率，多台塔机在同一现场近距离交叉作业，塔机群很容易发生相互碰撞；3.塔机工作于复杂的周围环境，如周围建筑物、高压输电线、交通要道、人口密集的广场、学校、医院等场所，这ー类区域必须进行重点保护，禁止载荷从上方通过，否则，一旦发生塔机碰撞、高空坠物及倾翻等事故，后果将不堪设想。早期的塔机操控主要依靠司机的经验和目测来控制塔机的运动方向。比较先进的塔机安装了起重量限制器、力矩限制器、幅度限制器等，但这些传感器都是在超速、超载时切断电源，突然停机对塔机的冲击很大，会直接损害塔机的机械强度，并引起重物下坠。为了避免塔机作业中发生事故，人们设计了各种防碰撞系统，例如申请号为200610041832. 3的中国发明专利申请公开了一种塔吊群交叉作业的安全防护智能检测仪器，该仪器有多套终端设备和一台地面控制器构成，塔吊群通过485总线进行通讯，終端设备设置在每台作业塔吊上，对塔吊群之间的可能碰撞进行报警。这些现有的塔机防撞系统大都基于被动式防碰撞安全模型，系统只监测自身的运动状态而对周边障碍物的情况ー无所知，因而预警能力较差。鉴于被动式防碰撞系统存在预警能力较差的问题，申请号为200910022444. 4的中国发明专利申请公开了一种基于超声传感网络的塔机防碰撞预警系统，该系统通过超声传感器探測塔机周围障碍物，通过障碍物定位与识别、轨迹预测以及已有超声地图数据模型计算，获取塔机碰撞预警信息，将可能碰撞状态及时通知塔机司机，属于主动防碰撞系统。虽然超声传感器已成功应用于汽车倒车防撞系统中，但塔机工作方式及环境与汽车相差很大，且超声波可测距离短(最佳测距仅4-5米)、受温度影响大，在塔机运行的实际エ况中很难实现精确动态测距及定位，成功应用的可能性很低。
实用新型内容本实用新型g在提供一种塔式起重机安全监控预警装置，以能够及时、准确地获取塔式起重机的实时位置和运动信息、以及它与作业环境中其它塔式起重机或障碍物之间的距离，给司机提供预警信号。本实用新型塔式起重机安全监控预警装置包括主控制模块，以及连接于主控制模块的存储模块和报警模块，所述主控制模块还连接第一 GPS模块、第二 GPS模块和RFID(射频识别)读写器，第一 GPS模块和第二 GPS模块分别安装于所述塔式起重机的塔身和塔臂上，所述塔式起重机还设置RFID标签，所述RFID读写器用于将所述塔式起重机的特征信息写入所述RFID标签、并用于阅读作业环境中其它塔式起重机或障碍物上的RFID标签以获取对应塔式起重机或障碍物的特征信息。优选地，所述主控制模块还连接通信模块，用干与地面的监控中心通信。优选地，所述特征信息包括塔式起重机的编号、信息采集时间、塔臂的当前位置、运行速度和运行方向。优选地，所述特征信息还包括塔式起重机的塔臂与作业环境中其它塔式起重机塔臂之间的实时距离。
优选地，所述主控制模块还连接显示模块。优选地，还包括地图存储単元和图像融合模块，所述地图存储单元用于存储塔式起重机的作业环境GPS电子地图，所述图像融合模块用于将各个塔式起重机的塔臂的当前位置和所述GPS电子地图融合。优选地，所述主控制模块还连接风速传感器，用于采集塔式起重机的运行风速；和/或力矩限制器，用于限制塔式起重机的カ矩，所述特征信息还包括塔式起重机カ矩限制器的状态；和/或回转角度传感器，用于采集塔式起重机的回转角度；和/或高度传感器，用于采集塔式起重机的吊钩的高度；和/或电机控制及驱动模块；所述特征信息还包括塔式起重机力矩限制器的状态、塔式起重机的回转角度和/或吊钩的高度。本实用新型还提供ー种安全监控系统，该系统包括监控中心；和至少两个安全监控预警装置，对应设置于至少两台塔式起重机上，并通过通信模块与所述监控中心连接，每个安全监控预警装置包括主控制模块，以及连接于主控制模块的存储模块和报警模块，所述主控制模块还连接第一 GPS模块、第二 GPS模块和RFID读写器，第一 GPS模块和第二 GPS模块分别安装于所述塔式起重机的塔身和塔臂上，所述塔式起重机还设置RFID标签，所述RFID读写器用于将所述塔式起重机的特征信息写入所述RFID标签、并用于阅读作业环境中其它塔式起重机或障碍物上的RFID标签以获取对应塔式起重机或障碍物的特征信息。优选地，所述主控制模块还连接显示模块。优选地，每个安全监控预警装置还包括地图存储単元和图像融合模块，所述地图存储单元用于存储塔式起重机的作业环境GPS电子地图，所述图像融合模块用于将各个塔式起重机的塔臂的当前位置和所述GPS电子地图融合。本实用新型采用双GPS模块来实现定位和距离检测，能够及时、准确地获取塔式起重机的实时位置和运动信息、以及它与作业环境中其它塔式起重机或障碍物之间的距离，给司机提供预警信号，属于主动式防碰撞，而且双GPS模块定位消除了相关性定位误差，定位精度高。同时其运用RFID技术实现塔式起重机之间信息的传输，能够完成大容量作业数据的存储及互传，实时性好，成本低，而且易于实现。本实用新型一些实施例中将各个塔式起重机的塔臂的当前位置和作业环境GPS电子地图融合显示后，能够通过显示器直观地给司机提供作业现场的实时情況，从而能够减轻司机的作业负担。本实用新型一些实施例中塔机主控制模块除读取GPS定位信息外，还读取现有安全传感器的值，不但能够实现防撞预警，而且能够了解其它塔式起重机的作业状况和安全状況，从而能更好地实现安全保护。
图I为本实用新型一些实施例中的塔式起重机安全监控预警装置的原理框图。图2为本实用新型一些实施例中的塔式起重机安全监控预警装置的塔机群安全监控预警示意图。图3为本实用新型另ー些实施例中的塔式起重机安全监控预警装置的原理框图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更清楚地理解本实用新型，
以下结合附图做更详细的说明，但这些说明并不用于限制本实用新型的保护范围。參照图I，本实施例塔式起重机安全监控预警装置包括主控制模块1，以及连接于主控制模块I的第一 GPS模块2、第二 GPS模块3、RFID读写器4、供电电路5、存储模块6、显示模块7、报警模块8和GPRS模块9。所述安全监控预警装置还包括RFID标签，RFID标签设置在塔式起重机上，用干与RFID读写器配合，实现塔式起重机之间信息的传输。第一 GPS模块2和第二 GPS模块3分别安装于塔式起重机的塔身和塔臂上，它们同时观测相同的卫星，然后通过主控制模块I对观测值求差，以此消除相关性误差，提高定位精度。GPS模块的定位原理是公知常识，此处不做叙述。利用先后两次定位的时间差和获得的位置信息，结合塔式起重机塔臂的运动轨迹，即可计算出塔臂的运动速度和运动方向。而利用GPS定位获得的两台塔式起重机塔臂的位置信息，即可计算出这两台塔式起重机塔臂间的实时距离(即在某ー时刻的距离)。第一 GPS模块2和第二 GPS模块3均包括GPS模块主体和天线。上述这些计算可以在主控制模块I中实现，也可以在其中ー个GPS模块中实现。一些实施例中，也可以采用现有的差分GPS的运算方法，利用第一 GPS模块2和第二GPS模块3实现精确定位。RFID读写器4包括RFID读写器主体部分和其天线。RFID读写器4用于将本塔式起重机的特征信息写入本塔式起重机上的RFID标签、并用于阅读作业环境中其它塔式起重机或障碍物上的RFID标签以获取对应塔式起重机或障碍物的特征信息。供电电路5和存储模块6为本领域的公知常识。显示模块7优选IXD显示模块，在一些实施例中，显示模块7可以显示周围障碍物(包括其它塔式起重机)的距离、位置和速度等信息。在有些实施例中，显示模块7还可以显示塔式起重机的カ矩值、吊重、幅度、风速和吊钩高度等安全信息。在有些实施例中，显示模块7还可以显示作业环境的电子地图。报警模块8可以采用语音报警、警铃报警、信号灯报警等各种报警方式。GPRS模块9用干与地面的监控中心通信。通过该方式地面监控中心可以方便地与作业现场的各塔式起重机实现通信，实现对塔式起重机群的集中监控和调度。本领域技术人员可以理解，采用GPRS模块9与地面的监控中心通信只是本实用新型的一种优选实施方式，也可以采用其它的通信模块实现塔式起重机与地面的监控中心通信，包括采用有线方式或现有技术中的其它无线通信方式。[0037]主控制模块I根据第一 GPS模块2和第二 GPS模块3的信息，得到本塔式起重机的塔臂的位置、运动速度、运动方向等信息，同时根据RFID读写器4获取作业环境中其它塔式起重机的塔臂的位置、运动速度、运动方向等信息以及障碍物的信息，判断塔式起重机未来的安全状态，并通过显示模块7显示各种监控数据，在达到预警范围时控制报警模块8发出报警信号。一些实施例中，主控制模块I可以根据塔机的安全状态对塔机进行控制，例如可以对塔机减速或停机。一些实施例中，主控制模块I可以采用ARM、DSP或普通MCU芯片。一些实施例中，主控制模块I可以米用CAN总线、485总线或串ロ传输方式与ー些模块实现数据通讯。一些实施例中，通过RFID技术传输的特征信息包括塔式起重机的编号、信息采集时间、塔臂的当前位置、运行速度和运行方向。而在ー些实施例中，特征信息进ー步还包括塔式起重机的塔臂与作业环境中其它塔式起重机塔臂之间的实时距离。在一些实施例中，特征信息还可包括现有监控系统采用的ー些安全參数，如塔式起重机力矩限制器的状态、塔式起重机的回转角度、作业半径、塔式起重机吊钩的高度、塔式起重机的运行风速等。在一些更佳的实施例中，还包括地图存储単元和图像融合模块，地图存储単元用于存储塔式起重机的作业环境GPS电子地图，图像融合模块用于将各个塔式起重机的塔臂的当前位置和GPS电子地图融合并通过显示模块7显示。作业环境GPS电子地图可以通过以下方式制得作业前，在作业现场手持GPS接收机沿安全保护区域行走，测绘出塔机禁行区域的电子地图。一些实施例的电子地图可以采用如图2所示的塔机群安全监控预警示意图，图中100表示安全监控预警装置，200表示交叉作业区，300表示安全保护区域，即塔机禁行区域。塔臂的当前位置和GPS电子地图融合显示后，通过显示模块7可以直观地看出塔臂的位置和运动状态(包括运动速度和方向)，了解各塔机的塔臂与禁行区域的距离。每ー台塔式起重机上均设置有一台所述安全监控预警装置，实现对塔式起重机的控制与监控。參照图3，另ー些实施例的塔式起重机安全监控预警装置中，主控制模块I不但连接有第一 GPS模块2、第二 GPS模块3、RFID读写器4、供电电路5、存储模块6、显示模块7、报警模块8和GPRS模块9，还连接有风速传感器10、力矩限制器11、回转角度传感器12和高度传感器13，分别用于采集塔式起重机的运行风速、カ矩、回转角度和吊钩的高度信息。还包括电机控制及驱动模块14，用于根据塔机的安全状态对塔机进行控制，例如可以使塔机減速或停机。本领域技术人员可以理解，在有些实施例中，可以只包括风速传感器10、力矩限制器11、回转角度传感器12和高度传感器13中的任意ー种、或两种、或三种，也可以包括更多的安全监控传感器。每台塔机上的安全监控预警装置通过其通信模块与监控中心连接，即构成了ー个安全监控系统，监控中心可以方便地与作业现场的每台塔机实现通信，实现对塔机群的集中监控和调度。可以理解，本实用新型一些技术方案至少具有以下技术效果I、采用双GPS模块实现精确定位和测距，采用RFID技术实现塔机间信息传输，采用GPRS实现塔机与地面通信，成本低，容易实现；2、运用双GPS消除相关性定位误差，提高了系统定位精度，达到DGPS (差分GPS)的定位精度；3、先用GPS测绘保护区域电子地图，存储于主控制模块中，有利于建立真实可靠的保护区域安全模型；4、运用RFID技术实现塔机间信息传输，解决了大容量作业数据存储及互传的难题，可以将塔机中各參数信息(例如塔机编号、操作人员、工作时间、塔机方位、运行速度、距离)在各塔机间互传；5、主控制模块除读取GPS定位信息外，还读取现有安全传感器的值，解决了防撞、安全区域保护的难题。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种塔式起重机安全监控预警装置，包括主控制模块，以及连接于主控制模块的存储模块和报警模块，其特征在于所述主控制模块还连接第一 GPS模块、第二 GPS模块和RFID读写器，第一 GPS模块和第二 GPS模块分别安装于所述塔式起重机的塔身和塔臂上，所述塔式起重机还设置RFID标签，所述RFID读写器用于将所述塔式起重机的特征信息写入所述RFID标签、并用于阅读作业环境中其它塔式起重机或障碍物上的RFID标签以获取对应塔式起重机或障碍物的特征信息。
2.根据权利要求I所述的塔式起重机安全监控预警装置，其特征在于所述主控制模块还连接通信模块，用于与地面的监控中心通信。
3.根据权利要求I所述的塔式起重机安全监控预警装置，其特征在于所述主控制模块还连接显示模块。
4.根据权利要求I所述的塔式起重机安全监控预警装置，其特征在于还包括地图存储单元和图像融合模块，所述地图存储单元用于存储塔式起重机的作业环境GPS电子地图，所述图像融合模块用于将各个塔式起重机的塔臂的当前位置和所述GPS电子地图融八口 o
5.根据权利要求I所述的塔式起重机安全监控预警装置，其特征在于所述主控制模块还连接 风速传感器，用于采集塔式起重机的运行风速；和/或 力矩限制器，用于限制塔式起重机的力矩，所述特征信息还包括塔式起重机力矩限制器的状态；和/或 回转角度传感器，用于采集塔式起重机的回转角度；和/或 高度传感器，用于采集塔式起重机的吊钩的高度；和/或 电机控制及驱动模块； 所述特征信息还包括塔式起重机力矩限制器的状态、塔式起重机的回转角度和/或吊钩的高度。
6.一种安全监控系统，其特征在于包括 监控中心；和 至少两个安全监控预警装置，对应设置于至少两台塔式起重机上，并通过通信模块与所述监控中心连接，每个安全监控预警装置包括主控制模块，以及连接于主控制模块的存储模块和报警模块，所述主控制模块还连接第一 GPS模块、第二 GPS模块和RFID读写器，第一 GPS模块和第二 GPS模块分别安装于所述塔式起重机的塔身和塔臂上，所述塔式起重机还设置RFID标签，所述RFID读写器用于将所述塔式起重机的特征信息写入所述RFID标签、并用于阅读作业环境中其它塔式起重机或障碍物上的RFID标签以获取对应塔式起重机或障碍物的特征信息。
7.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于所述主控制模块还连接显示模块。
8.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于每个安全监控预警装置还包括地图存储单元和图像融合模块，所述地图存储单元用于存储塔式起重机的作业环境GPS电子地图，所述图像融合模块用于将各个塔式起重机的塔臂的当前位置和所述GPS电子地图融八口 o
专利摘要一种塔式起重机安全监控预警装置及安全监控系统，该装置包括主控制模块，以及连接于主控制模块的存储模块、报警模块、两个GPS模块和RFID读写器，两个GPS模块分别安装于塔机的塔身和塔臂上，所述塔机还设置RFID标签，RFID读写器用于将塔机的特征信息写入RFID标签、并用于阅读作业环境中其它塔机或障碍物上的RFID标签以获取对应塔机或障碍物的特征信息。该安全监控系统包括监控中心和至少两个安全监控预警装置。本监控预警装置能够及时、准确地获取塔机的实时位置和运动信息、以及它与作业环境中其它塔机或障碍物之间的距离，给司机提供预警信号。其定位精度高，而且能够完成塔机之间大容量作业数据的存储及互传。
文档编号B66C23/88GK202369306SQ20112045583
公开日2012年8月8日 申请日期2011年11月17日 优先权日2011年11月17日
发明者周润珈, 颜剑 申请人:中联重科股份有限公司