本发明涉及一种具有故障检测功能的施工升降机强制维护保养监控系统及其应用，属于施工升降机技术领域。
背景技术：
施工升降机作为一种人货混载的垂直运输设备在现代建筑领域得到越来越广泛的应用。由于施工升降机工作在室外环境且长期高负荷运转，极易发生电气或机械故障，如果得不到及时地维护与保养，则难以保持良好的工况，不仅严重影响生产效率，还有可能导致重大安全事故。
目前，安全生产监督管理单位主要通过制定、执行规章制度等组织措施督导施工升降机的使用者进行维护保养工作，然而，在实际操作中，由于缺乏行之有效的技术监管措施，致使维护保养工作难以严格落实。硕士学位论文《施工升降机远程监控管理系统研究与开发》初步探索了施工升降机维护保养工作的相关技术措施，但也仅限于制定、修改以及查询维护保养计划的层面，缺乏维护保养工作的事前预告机制、过程指导机制、落实反馈机制以及异常警报机制，而且其维护保养计划只是依据远程监控平台的系统时间而非施工升降机的实际运行时间制定、执行的，存在明显的设计缺陷。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提供一种具有故障检测功能的施工升降机强制维护保养监控系统。
本发明还提供上述一种具有故障检测功能的施工升降机强制维护保养监控系统的使用方法。
术语说明：(1)定期维护保养，是指根据施工升降机的实际运行时间和定期维护保养计划对施工升降机进行的维护保养操作。(2)专项维护保养，是指施工升降机发生故障后，针对施工升降机的故障部件进行的维护保养操作。
本发明的技术方案如下：
一种具有故障检测功能的施工升降机强制维护保养监控系统，包括现场监控器及远程监控平台，所述现场监控器设置在施工升降机吊笼内，现场监控器与远程监控平台之间通过无线通讯技术进行数据传输；
所述现场监控器包括微控制器单元、数据采集单元、无线通信单元、动作执行单元以及人机交互单元，所述数据采集单元、无线通信单元、动作执行单元及人机交互单元均与微控制器单元连接；
所述远程监控平台采用B/S结构即浏览器与服务器结构。
优选的，所述微控制器单元包括微控制器STM32F103、电源电路、晶振电路、复位电路以及程序下载接口；其中，电源电路、晶振电路、复位电路以及程序下载接口均与微控制器STM32F103电连接。此设计的好处在于，基于超级电容的电源电路能够在主电源电路切断后的较短时间内为微控制器提供正常工作的蓄能电源；晶振电路为微控制器提供时钟源；复位电路用于在程序跑飞时恢复微控制器至初始状态；程序下载接口用于为微控制器烧录程序，微控制器单元协同其它单元完成施工升降机故障检测、强制维护保养的监控任务。
优选的，所述数据采集单元包括组合式互感器、光电编码器、灵敏度可调式振动传感器、铂热电阻温度传感器及倾角传感器；所述组合式互感器的输入端连接施工升降机的主电源电路，输出端连接微控制器STM32F103的IO口；所述光电编码器的输入轴通过联轴器连接施工升降机减速器的输出轴，输出端子A相与B相连接微控制器STM32F103的编码器接口引脚；所述灵敏度可调式振动传感器设置在施工升降机的电动机上，所述铂热电阻温度传感器设置在施工升降机的减速机上；所述倾角传感器设置在吊笼上，通过I2C接口连接微控制器STM32F103。此设计的好处在于，组合式互感器一方面检测电路通断以获取施工升降机的实际运行时间，另一方面检测电路电压与电流以判断主电源电路有无故障；光电编码器用于检测吊笼的实时位置，据此判断施工升降机的制动距离是否处于正常范围，并可判断限位开关有无故障，灵敏度可调式振动传感器和铂热电阻温度传感器用于分别检测电动机和减速器的振动和温升以判断两者有无故障，倾角传感器用于检测吊笼倾斜程度以判断导轨架垂直度和导轮磨损度。
优选的，所述无线通信单元采用GPRS模块，GPRS模块通过USART接口连接微控制器STM32F103。此设计的好处在于，无线通信单元用于实现现场监控器与远程监控平台之间的无线通信，并可向维护保养专职负责人员的手机发送短信。
优选的，所述动作执行单元包括继电器和接触器，所述微控制器STM32F103依次连接继电器、接触器，所述接触器串接在施工升降机驱动电动机运行的控制电路中。此设计的好处在于，微控制器通过IO引脚控制继电器线圈带电，继电器的触点控制接触器线圈带电，接触器的触点串接在施工升降机驱动电动机运行的控制电路中，动作执行单元用于控制施工升降机上、下运行控制电路的通断。
优选的，所述人机交互单元包括触摸屏和语音模块，触摸屏和语音模块分别通过USART接口连接微控制器STM32F103。此设计的好处在于，触摸屏用来显示远程监控平台发送的维护保养指令，并接受维护保养专职负责人员的指令执行反馈信息；语音模块根据远程监控平台发送的维护保养指令播报语音提示，人机交互单元用于实现现场作业人员、维护保养专职负责人员与现场监控器之间的信息交互。
一种具有故障检测功能的施工升降机强制维护保养监控系统的使用方法，包括以下步骤，
(1)在一台施工升降机投入使用前，管理人员经过身份验证后登录施工升降机强制维护保养监控系统的远程监控平台，为施工升降机建档；
(2)现场监控器一方面通过数据采集单元的组合式互感器检测施工升降机主电源电路的通断状态，并分别在主电源电路通断瞬间通过无线通信单元向远程监控平台报告设备运行时间，远程监控平台由此获取施工升降机的实际运行时间；另一方面，现场监控器通过数据采集单元的组合式互感器、光电编码器、灵敏度可调式振动传感器、铂热电阻温度传感器以及倾角传感器检测施工升降机对应部件的工况，若有故障则向远程监控平台报告；
(3)远程监控平台一方面根据施工升降机的实际运行时间和定期维护保养计划提前6-8小时向现场监控器发送定期维护保养指令；另一方面当接收到现场监控器发送的故障信息后立即反馈相应的专项维护保养指令，同时调整故障部件的定期维护保养计划；
(4)现场监控器接收到远程监控平台发送的定期维护保养指令后，立即通过人机交互单元的语音模块提示现场作业人员提前安排维护保养工作，同时通过无线通信单元向维护保养专职负责人员的手机发送定期维护保养预告短信以便专职负责人员提前准备所需机械器具与油料；定期维护保养指令预告倒计时结束后或接收到远程监控平台发送的专项维护保养指令时，现场监控器立即通过动作执行单元切断施工升降机的上行控制电路以禁止吊笼上行而允许吊笼下行至地面进行保养维护，同时通过无线通信单元向专职负责人员的手机发送提示信息；
(5)专职负责人员按照指令提示对施工升降机进行定期或专项维护保养后，经身份验证登录触摸屏维护保养工作反馈界面，向远程监控平台发送维护保养落实信息，远程监控平台根据反馈的落实信息和施工升降机正常工况阈值判断施工升降机工况，若正常则向现场监控器发送解锁指令，现场监控器随之接通上行控制电路，否则发送异常警报，直到施工升降机恢复正常工况为止。
优选的，步骤(1)中，所述的建档包括施工升降机的基本信息、定期维护保养计划信息、维护保养专职负责人员信息、正常工况阈值信息以及专项维护保养措施信息。
本发明的有益效果在于：
1.本发明能够根据施工升降机的实际运行时间，通过禁止吊笼上行方式强制专职负责人员执行定期维护保养工作。
2.本发明能够自动检测施工升降机的故障，通过禁止吊笼上行方式强制专职负责人员执行专项维护保养工作。
3.本发明的远程监控平台采用B/S结构，便于管理人员在任何具备网络浏览器的场合监控施工升降机维护保养情况，便捷灵活。
4.本发明采用维护保养事前预告机制，便于现场作业人员提前安排工作，便于专职负责人员提前准备维护保养所需的机械器具与油料等。
5.本发明采用维护保养过程指导机制，便于专职负责人员按照指令提示正确、精细地完成相关维护保养操作。
6.本发明采用维护保养落实反馈机制，便于远程监控平台根据维护保养落实信息判断施工升降机工况，从而选择发送解锁指令或异常警报，提高了维护保养工作的实效性。
7.本发明通过身份验证方式实现了维护保养工作专职人员负责制，便于事故问责，确保了维护保养工作的严肃性。
附图说明
图1为本发明施工升降机强制维护保养监控系统的结构原理示意图。
其中：1为现场监控器，2为远程监控平台，3为微控制器单元，4为数据采集单元，5为无线通信单元，6为动作执行单元，7为人机交互单元，8为微控制器STM32F103，9为电源电路，10为晶振电路，11为复位电路，12为程序下载接口；13为组合式互感器，14为光电编码器，15为灵敏度可调式振动传感器，16为铂热电阻温度传感器，17为倾角传感器，18为GPRS模块，19为继电器，20为接触器，21为触摸屏，22为语音模块，23为服务器，24为浏览器。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例1：
如图1所示，本实施例提供一种具有故障检测功能的施工升降机强制维护保养监控系统，包括现场监控器1及远程监控平台2，现场监控器1设置在施工升降机吊笼内，现场监控器1与远程监控平台2之间通过无线通讯技术进行数据传输；
现场监控器1包括微控制器单元3、数据采集单元4、无线通信单元5、动作执行单元6以及人机交互单元7，数据采集单元4、无线通信单元5、动作执行单元6及人机交互单元7均与微控制器单元3连接；
远程监控平台2采用B/S结构即浏览器与服务器结构。
微控制器单元3包括微控制器STM32F103、电源电路9、晶振电路10、复位电路11以及程序下载接口12；其中，电源电路9、晶振电路10、复位电路11以及程序下载接口12均与微控制器STM32F103电连接。基于超级电容的电源电路能够在主电源电路切断后的较短时间内为微控制器提供正常工作的蓄能电源；晶振电路为微控制器提供时钟源；复位电路用于在程序跑飞时恢复微控制器至初始状态；程序下载接口用于为微控制器烧录程序，微控制器单元协同其它单元完成施工升降机故障检测、强制维护保养的监控任务。
数据采集单元4包括组合式互感器13、光电编码器14、灵敏度可调式振动传感器15、铂热电阻温度传感器16及倾角传感器17；组合式互感器13的输入端连接施工升降机的主电源电路，输出端连接微控制器STM32F103的IO口；光电编码器14的输入轴通过联轴器连接施工升降机减速器的输出轴，输出端子A相与B相连接微控制器的编码器接口引脚；灵敏度可调式振动传感器15设置在施工升降机的电动机上，铂热电阻温度传感器16设置在施工升降机的减速机上；倾角传感器17安装在吊笼上，通过I2C接口连接微控制器STM32F103，检测吊笼倾斜程度以判断导轨架垂直度和导轮磨损度。组合式互感器一方面检测电路通断以获取施工升降机的实际运行时间，另一方面检测电路电压与电流以判断主电源电路有无故障；光电编码器用于检测吊笼的实时位置，据此判断施工升降机的制动距离是否处于正常范围，并可判断限位开关有无故障，灵敏度可调式振动传感器和铂热电阻温度传感器用于分别检测电动机和减速器的振动和温升以判断两者有无故障，倾角传感器用于检测吊笼倾斜程度以判断导轨架垂直度和导轮磨损度。
无线通信单元5采用GPRS模块18，GPRS模块18通过USART接口连接微控制器STM32F103。无线通信单元用于实现现场监控器与远程监控平台之间的无线通信，并可向维护保养专职负责人员的手机发送短信。
动作执行单元6包括继电器19和接触器20，微控制器STM32F103依次连接继电器19、接触器20，接触器20串接在施工升降机驱动电动机运行的控制电路中。微控制器通用IO引脚控制继电器线圈带电，继电器的触点控制接触器线圈的带电，接触器的触点串接在施工升降机驱动电动机运行的控制电路中，动作执行单元用于控制施工升降机上、下运行控制电路的通断。
人机交互单元7包括触摸屏21和语音模块22，触摸屏21和语音模块22分别通过USART接口连接微控制器STM32F103。触摸屏用来显示远程监控平台发送的维护保养指令，并接受维护保养专职负责人员的指令执行反馈信息；语音模块根据远程监控平台发送的维护保养指令播报语音提示，人机交互单元用于实现现场作业人员、维护保养专职负责人员与现场监控器之间的信息交互。
远程监控平台2采用浏览器24与服务器23结构。其中，在服务器23端安装SQL Server数据库用于储存施工升降机的基本信息(例如型号、使用单位、设备生产年限、使用地点、开始使用日期以及GPRS模块IP地址等)、定期维护保养计划信息(例如维护保养部位与相应的时间间隔、操作步骤、所需机械器具以及油料等)、维护保养专职负责人员信息(例如专职人员姓名、单位以及联系方式等)、正常工况阈值信息(例如制动块间隙上限值为0.3mm、减速器油位下限值为285mm等)、故障信息以及专项维护保养信息等；浏览器24用于提供可视化操作界面，便于管理人员实时监控施工升降机的维护保养情况。
实施例2：
一种利用实施例1所述的具有故障检测功能的施工升降机强制维护保养监控系统管理一台施工升降机进行定期维护保养的使用方法，包括以下步骤，
(1)在一台施工升降机投入使用前，管理人员经过身份验证后登录施工升降机强制维护保养监控系统的远程监控平台2，为施工升降机建档；建档的信息包括施工升降机的基本信息(例如型号、使用单位、设备生产年限、使用地点、开始使用日期以及GPRS模块IP地址等)、定期维护保养计划信息(例如维护保养部位与相应的时间间隔、操作步骤、所需机械器具以及油料等)、维护保养专职负责人员信息(例如专职人员姓名、单位以及联系方式等)、正常工况阈值信息(例如制动块间隙上限值为0.3mm、减速器油位下限值为285mm等)以及专项维护保养措施信息(例如若吊笼倾斜程度超限，则检查导轨架的连接螺栓有无松动、导轨磨损是否过度)。另外，建档的信息可根据不同施工升降机包含有不同的信息数据。
(2)现场监控器1通过数据采集单元的组合式互感器13检测施工升降机主电源电路的通断状态，并分别在主电源电路通断瞬间通过无线通信单元GPRS模块18向远程监控平台2报告设备运行时间，远程监控平台2由此获取施工升降机的实际运行时间；
(3)远程监控平台2根据施工升降机的实际运行时间和定期维护保养计划提前6-8小时向现场监控器1发送某项定期维护保养指令；
(4)现场监控器1接收到远程监控平台2发送的定期维护保养指令后，立即通过人机交互单元的语音模块22提示现场作业人员提前安排维护保养工作，同时通过无线通信单元GPRS模块18向维护保养专职负责人员的手机发送定期维护保养预告短信以便专职负责人员提前准备所需机械器具与油料；定期维护保养指令预告倒计时结束后，立即通过动作执行单元切断施工升降机的上行控制电路以禁止吊笼上行，同时通过无线通信单元向专职负责人员的手机发送提示信息；
(5)专职负责人员按照指令提示对施工升降机进行定期保养后，经身份验证登录触摸屏21维护保养工作反馈界面，向远程监控平台2发送维护保养落实信息，远程监控平台2根据反馈的落实信息和施工升降机正常工况阈值判断施工升降机工况，若正常则向现场监控器1发送解锁指令，现场监控器1随之接通上行控制电路，否则发送异常警报，直到施工升降机恢复正常工况为止。
实施例3：
利用实施例1所述的具有故障检测功能的施工升降机强制维护保养监控系统自动检测施工升降机故障并督导维护保养专职负责人员对施工升降机进行专项维护保养的使用方法，包括以下步骤：
(1)现场监控器1通过数据采集单元4的组合式互感器13、光电编码器14、灵敏度可调式振动传感器15、铂热电阻温度传感器16以及倾角传感器17检测施工升降机重要部件的工况，若有故障(例如吊笼倾角超过5°)则向远程监控平台2报告。远程监控平台2接收到故障信息后，根据专项维护保养措施(例如若吊笼倾角超过5°，则检查导轨架的连接螺栓有无松动、导轨磨损是否过度)向现场监控器1反馈专项维护保养指令。
(2)现场监控器1接收到远程监控平台2发送的专项维护保养指令后，立即通过动作执行单元6切断施工升降机的上行控制电路以禁止吊笼上行，同时通过人机交互单元7的触摸屏21与语音模块22提示现场作业人员停止作业，并通过无线通信单元5向维护保养专职负责人员的手机发送相关提示信息。
(3)维护保养专职负责人员立即根据指令提示准备所需的机械器具与油料，并随即开展专项维护保养工作，并在专项维护保养结束后经身份验证登录触摸屏21维护保养工作反馈界面，向远程监控平台2发送维护保养落实信息(例如已更换导轨)，远程监控平台2接收到落实信息后向现场监控器1发送原异常工况数据采集指令(例如采集最新的吊笼倾角值)，并根据正常工况阈值(例如吊笼倾角上限值为5°)判断施工升降机工况，若正常(例如当前吊笼倾角值为2°)则向现场监控器1发送解锁指令(现场监控器1随之接通上行控制电路)，否则发送异常警报，直到施工升降机恢复正常工况为止。