塔式起重机吊次识别系统的制作方法

本实用新型属于自动检测技术领域，涉及一种塔式起重机吊次识别系统。

背景技术：

塔式起重机(以下简称塔机)是建筑施工现场重要的垂直运输工具，塔机的租赁使用费用是施工措施费的重要构成，塔机的型号和数量决定了其费用的高低。施工现场物料多样，不仅要完成半成品以及周转材料的吊装，大型钢构件的吊装也需要塔机。钢构件的定位和校正需要占用塔吊大量的工作时间，传统方式是将物料折算重量估算塔机的吊装工作量，这种方式显然已经不适合；同时，为了保证施工进度，施工过程中需要合理分配塔机的各个吊装类别，比如白天吊装钢构件、晚上吊装钢筋及模板等土建材料。

塔机使用效率的评价可以采用塔机的吊次、相应的载荷以及时长。塔机的一个吊次是指从物料起吊到落吊的一个完整过程，对塔机吊次进行科学的统计，有利于估计施工过程中的塔机的使用，提高对塔机的精细化管理。吊次统计可以由塔机司机来完成，然而，塔机司机在工作过程中，没有足够时间来记录，如果另外指定专人来完成这个工作，就额外增加了成本。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种塔式起重机吊次识别系统，解决了塔机使用中吊次的识别问题。

本实用新型所采用的技术方案是，一种塔式起重机吊次识别系统，包括检测模块，检测模块的输入端连接有多个传感器；

传感器包括塔机的吊重传感器、小车的变幅传感器以及塔机的转角传感器；

所述的检测模块的结构是，包括主处理器，主处理器的VDD端口与+3.3V电源连接，主处理器的VSS端口与GND连接；主处理器的SPI1_MISO、SPI1_MOSI以及SPI1_SCK端口分别与存储器的SO、SI以及SCK端口对应连接；存储器的VCC端口和WP#端口共同连接有+3.3V电源，存储器的复位引脚RST通过电阻R7后接地；存储器的CS#端口与主处理器的PD0端口共同通过电阻R8后接地；存储器另外还通过电阻R6后接地；

主处理器的I/O端口USB_DP与ESD保护器的IO1X端口连接，主处理器的I/O端口USB_DM与ESD保护器的IO2X端口连接；ESD保护器的第三个端口与+5V电源连接，ESD保护器的第四个端口与GND连接，ESD保护器信号输出端的IO1、IO2端口分别对应输出USB_DP及USB_DN信号，并且，ESD保护器的IO1端口与IO1X端口短接，ESD保护器的IO2端口与IO2X端口短接；

主处理器的USART2_RX、USART2_TX及USART2_CTS端口分别与收发器的R0、DI、RE端口一一对应连接，收发器的VDD端口与+5V电源连接，收发器的RE端口及GND端共同通过电阻R1后接地；收发器的RS485A串口和RS485B串口均与转角传感器相连；

主处理器具有两路12位的模数转换接口，分别称为PC0端口与PC1端口；主处理器的PC0端口与放大器一的1号端口连接，放大器一的1号端口与2号端口短接；放大器一的1号端口通过电容C1及电阻R3反馈回到3号端口，塔机的吊重传感信号通过电阻R2及电阻R3接入放大器一的3号端口；同样的，主处理器的PC1端口与放大器二的14号端口连接，放大器二的14号端口与13号端口短接；放大器二的14号端口通过电容C2及电阻R4反馈回到12号端口，塔机的幅度传感信号通过电阻R5及电阻R4接入放大器二的12号端口。

本实用新型的塔式起重机吊次识别系统，其特征还在于：

所述的吊重传感器采用销轴力传感器，用于检测塔机起升钢绳的张力；变幅传感器采用带电位计的限位器，检测塔机小车在起重臂上变幅的位置；转角传感器采用串口多圈编码器，检测塔机起重臂与零轴方向的平面移动角度。

所述的主处理器选用型号为STM32F105，存储器选用的芯片型号为AT45DB041D，ESD保护器选用型号为USBLC6-2SC6，收发器选用隔离型MAX485。

所述的放大器一和放大器二的型号同样为LM324。

本实用新型的有益效果是，利用嵌入式检测模块实时检测塔机的吊重以及塔机的运行状态，利用钢绳的拉力变化，配合塔机运行状态的变化可以有效识别塔机的吊次。系统整体安装使用方便，成本低，通过对塔机吊次识别为塔机吊运能力分析提供了数据，有利于施工前期塔机的精确规划。

附图说明

图1是本实用新型系统的组成示意图；

图2是本实用新型系统检测模块的电路框图；

图3是本实用新型装置的工作流程示意图。

图中，1.检测模块，2.吊重传感器，3.变幅传感器，4.转角传感器，5.主处理器，6.ESD保护器，7.收发器，8.放大器一，9.放大器二，10.存储器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

根据塔机的工作原理，塔机一个吊次包括起吊、吊载运行、卸载三个过程，对应塔机的运行状态发生三个阶段的变化。第一阶段起吊，起升机构开始运动，钢绳从松弛状态到逐渐收紧，直至钢绳张力稳定为吊重重力，在此阶段塔机的吊重状态变化；第二阶段，塔机吊载运动，将吊物移运到指定的位置，这个阶段塔机主要发生小车变幅运行以及起重臂转动；第三阶段落吊，塔机吊载到达指定位置后，将吊物卸载，钢绳张力重新恢复到初始值。由此可见，塔机吊次识别可以基于塔机吊重以及运行状态(塔机幅度以及转角)的变化，再通过预存在检测模块中的逻辑控制电路的判断结果来实现。

参照图1，基于上述吊装过程的分析，本实用新型的结构是，包括检测模块1，实现塔机主要运行状态的检测判断，检测模块1与+12V电源连接，检测模块1的信号输入端连接有多个传感器，分别检测塔机的主要(吊重、幅度以及转角)运行状态，检测模块1的信号输出端采用USB接口，将识别结果通过U盘或数据线输出，便于定期进行统计分析。检测模块1信号输入端的传感器包括塔机的吊重传感器2、小车的变幅传感器3以及塔机的转角传感器4，吊重传感器2是根据塔机的现场要求预先在传感器生产厂家定制相应规格的销轴力传感器，用于检测塔机起升钢绳的张力，吊重传感器2的输出为电压信号；变幅传感器3采用带电位计的限位器(例如波坦DXZ型行程限位器)，检测塔机变幅小车在起重臂上的变幅位置，变幅传感器3的输出同样为电压信号；转角传感器4采用485串口的多圈编码器(比如TOPI的JSCA50)，检测塔机起重臂与零轴方向的平面移动角度，转角传感器4的输出为485串口数字量。

参照图2，检测模块1属于一个嵌入式系统，其控制电路的结构是，包括主处理器5(型号为STM32F105)，主处理器5具有256K的闪存程序存储器，可以用于存储程序；主处理器5的VDD端口与+3.3V电源连接，主处理器5的VSS端口与GND连接；

主处理器5具有USB2.0接口，可以直接使用USB接口输出系统塔机吊次信息；为了存储塔机吊次信息，系统扩展了一片串行大容量的FLASH型存储器10(该存储器10的芯片型号为AT45DB041D)，该存储器为SPI接口，读写速率高，由2048页(每页256bytes)组成；

主处理器5的SPI1_MISO、SPI1_MOSI以及SPI1_SCK端口分别与存储器10的SO、SI以及SCK端口对应连接，实现芯片的读写操作；存储器10的VCC端口和WP#端口共同连接有+3.3V电源，存储器10的复位引脚RST通过电阻R7后接地，处于低电平，芯片处于正常操作状态；存储器10的CS#端口与主处理器5的PD0端口共同通过电阻R8后接地；存储器10另外还通过电阻R6后接地；

主处理器5的I/O端口USB_DP与ESD保护器6(型号为USBLC6-2SC6)的IO1X端口连接，主处理器5的I/O端口USB_DM与ESD保护器6的IO2X端口连接；ESD保护器6的第三个端口与+5V电源连接，ESD保护器6的第四个端口与GND连接，ESD保护器6信号输出端的IO1、IO2端口(第五、第六端口)分别对应输出USB_DP及USB_DN信号，并且，ESD保护器6的IO1端口与IO1X端口短接，ESD保护器6的IO2端口与IO2X端口短接；

主处理器5支持5个USART接口，图2实施例中，主处理器5的USART2_RX、USART2_TX及USART2_CTS端口分别与收发器7(隔离型MAX485)的R0、DI、RE端口一一对应连接，收发器7的VDD端口与+5V电源连接，收发器7的RE端口及GND端共同通过电阻R1后接地；收发器7的RS485A串口和RS485B串口均与转角传感器4相连，用于接收塔机转角的检测信号；

主处理器5具有两路12位的模数转换接口，分别称为PC0端口与PC1端口；PC0端口与放大器一8(型号为LM324)的1号端口连接，放大器一8的1号端口与2号端口短接；放大器一8的1号端口通过电容C1及电阻R3反馈回到3号端口，塔机的吊重传感信号(Load信号)通过电阻R2及电阻R3接入放大器一8的3号端口；同样的，PC1端口与放大器二9(型号同样为LM324)的14号端口连接，放大器二9的14号端口与13号端口短接；放大器二9的14号端口通过电容C2及电阻R4反馈回到12号端口，塔机的幅度传感信号(Radius信号)通过电阻R5及电阻R4接入放大器二9的12号端口。

可见，上述的塔式起重机吊次识别系统，一方面通过AD采样得到PC0端口和PC1端口的塔机当前吊重及变幅信息；另一方面通过读取RS485A串口和RS485B串口得到塔机转角信息，根据塔机的上述接受状态信息。

参照图3，本实用新型系统识别吊次的流程，按照以下步骤实施：

步骤1：系统初始化，

包括串口初始化，9600波特率；设置塔机初始吊重T0；

步骤2：起吊判断，

实时采样获取当前吊重T，

如果T-T0>0.05吨或T>10％的额定吊重，则判断为本吊次的起吊点；同时读取当前小车位置，即起吊点位置(r0,θ0)(建立极坐标系，以塔机所在位置为原点，小车距原点的距离为r，起重臂与零轴的转角位θ)，进入步骤3；

如果T<0.2吨或T<10％的额定吊重，则视为没有吊物，继续采样等待；

步骤3：落吊判断，

实时采样获取当前吊重T，

如果T<0.2吨或T<10％的额定吊重，则判断为吊次的落吊点，同时读取当前小车位置，即落吊点位置(r1,θ1)，进入步骤4；

如果T>0.2吨或T>10％的额定吊重，说明没有卸载，继续采样等待落吊。

步骤4：完成一个吊次，记录该吊次的相关信息(起吊点位置以及落吊点位置)，并返回步骤2，重新开始新的吊次判断。