基於GPRS無線網建築塔機安全監控系統的研制？
0 引言塔式起重機(簡稱塔機)作為主要物料運輸機械在建築業得到了廣泛應用。尤其近年來隨著高層、超高層建築的興起,塔機在現代化建築施工過程作用越來越大,並且不斷向大型化、智能化方向發展。但目前在建築施工過程中,由塔機事故引起的人員傷亡和設備損毀屢屢發生,重大事故發生率居高不下,塔機的安全性能已成為威脅建築工人生命和企業財產的大問題。導致塔機事故發生的原因主要有兩個方面:壹方面是由於操作工人不清楚塔機的當前狀態,另壹方面是壹些操作工人為了追求工作效率使塔機超負荷工作,所以研究塔機運行狀態在線實時監測儀刻不容緩[1]。目前國內塔機裝配的壹些簡單控制儀表只能監控塔機力矩、重量、幅度等信息,還不具有實時性、遠程監控功能[4],該文討論的監控儀表基於GPRS網絡搭建整個監控平臺,實現塔機的遠程、在線、實時控制。1 系統整體設計塔機在線監控系統采用GPRS網絡搭建方式,實現塔機遠程監測、遠程控制等方式,系統整體設計如圖1所示,監控儀表主機是整個系統的核心部分,安裝在現場塔機上,實現塔機全參數的采集,如力矩、重量、幅度、角度、風速、角度、高度、重量對應的最大幅度及幅度對應的最大重量等,它依據當前采集參數實現對塔機的全控制,如參數超限但不至於引起事故,則聲光報警;若參數超限嚴重,則聲光報警同時強行關閉塔機;手持設置儀表可設置現場監控主機工作方式及校正傳感器采集參數,通過設置不同的塔機型號及校正傳感器實現監控儀表主機準確采集塔機參數,連接方式采用USB總線;監控儀表主機通過GPRS模塊與服務器軟件系統連接,可實時將采集到的塔機環境參數發送到服務器軟件系統或接收軟件的壹些設置命令,如告警參數的設置等。 2 硬件電路設計監控儀表主機采用嵌入式系統設計方式,在功能、性能滿足需求的前提下,采用AVRMega系列單片機作為主控芯片,具體實現采用主從MCU雙核協作工作方式,系統框圖如圖2所示。整個系統主要分為模擬輸入、存儲陣列、數字總線、數字輸出、顯示輸出、主從MCU及電源等7個模塊。模擬輸入模塊采用精密的AD620、OP727等運算放大器實現電壓、電流、電阻傳感器信號的處理,A/D轉換器采用20位的CS5513串行A/D,使整個模擬通道的分辨率達到2μV,而系統的硬件處理精度達到5μV;存儲陣列由8個FM24C512鐵電存儲器組成,最多可記錄20000條塔機工作循環;數字接口支持USB和串口兩種方式,手持儀表通過USB與監控主機連接,用於設置它的工作方式及數據傳輸,而串口支持與GPRS及PLC塔機驅動器連接;監控主機支持16路繼電器的輸出,用於控制相關設備的開關;監控儀表采用通用顯示接口工作方式,支持LED及LCD兩種顯示方式,使系統更加靈活;整個系統采用雙MCU分工協作的工作方式,這種設計方式實現了低成本MCU的功能最大化,主MCU完成數據采集、處理、控制輸出等功能,而從MCU完成數據的顯示功能,主從MCU采用SPI方式實現數據交互。3 服務器軟件系統設計服務器軟件系統基於VCM-FC開發框架,數據存儲采用ADO連接接口,可支持多種結構數據庫,如SQLServer、Oracle等,網絡連接采用優化結構的線程池與連接池,每個線程與連接都可隨機搭配,實現系統的最大靈活性,可同時支持30個網絡連接存在,軟件系統整體邏輯框圖如圖3所示,而圖4是單個塔機實時狀態數據監控窗口,可從簡單動畫中了解到塔機塔吊工作狀態。4 總結該文討論的塔機監控系統采用嵌入式工作方式,通過將GPRS引入建築領域,實現了塔機全參數的遠程在線監控,可在遠程監控中心實時監測全省乃至全國的塔機工作情況,並對不合理情況實時處理,系統已在國內某家塔機制造商得到應用。
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