论文部分内容阅读
摘 要：本文通過对实际工程进行跟踪调查，分析了桥门式起重机智能安全监测系统在工程中的应用价值，传感器是该监测系统中必不可少的一部分，其作用是传输监测信息，然后通过单片机实现信息的收集分析，以ZigBee无线技术为基础，将数据由主至节点间进行了传输。使用了VisualC+6.0，研究出了具有存储、分析、实时显示性能的监测软件。桥门式起重机智能安全监测系统最大的优势为投资成本低、监测速度快、功能健全稳定等，在实际的生产制造中，该监测的通用性、实用性都很强。
关键词：桥门式起重机；安全监测；系统软件
中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）27-0266-02
1 监测系统的总体设计
该监测系统可以同时连接处在信号范围内的多台桥门式起重机，能实时获取每一台机器的运行状况，检测系统的总体设计的基本工作原理为：监测系统是由很多个节点组成的，当该系统连接多台起重机时，每台起重机分别由一个节点监测，通过无线网的传输，这些由分节点监测到的信息会汇集在总节点中，最后便能在计算机显示器中得到监测信息，计算机中也装有专业的分析系统，分析系统会将传输过来的监测信息进行处理、分析，能及时判断出所监测桥门式起重机的安全性能是否符合工程要求，一旦发现危险因素，便会发出警报，通知相关技术人员及时排除机器中的故障，保证机器能正常运行。桥门式起重机智能安全监测系统中存在4个小系统分别为：传感器系统、数据采集系统、无线传输系统、上位机监控系统[1]。
数据采集系统的信息来源是传感器，在监测过程中会将传感器安装在桥门式起重机的各个部位，进而获取机器运行过程中的实时信息。传感器输送的信息是不能直接使用的，必须要进行A/D转换、适度放大、滤波等处理。无线传输系统的基础是ZigBee无线技术，将监测信号分成无数个支点，每一台桥门式起重机的运行信息分别由各个支点进行传输，之后汇总在主节点中，显示在计算机的显示器中。上位机监控系统通过RS232串口连接主节点，再根据计算机中的分析系统，对收集到的信息进行处理、分析，找出起重机中存在的故障，通过警报提醒，相关技术人员便能及时维修起重机。桥门式起重机智能安全监测系统是现代化的监测系统，实时性高、实用性强，能有效地解决检修过慢的问题，减少了施工过程的意外事故，保障了施工人员的生命安全。
2 系统的硬件设计
监控桥门式起重机的硬件是由采集信号的电路、收发无线的电路、电源电路、最小的单片机系统组成的。其中单片机选择的是STM32F103RBT6，这是由ST公司生产的，内核与Cortex-M3相同，都是32位处理标准，起重机监控器的具体结构如图1所示。
（1）采集信号的电路
该电路主要对桥门式起重机的行程限位、起重质量、主梁应力、起重速度、起重高度、环境风速等信息进行收集。传输每一种信号的传感器都是不同的，并且传输的信号种类也是不同的，通常分为数字信号与模拟信号，因此与传感器连接的单片机要有不同的连接接口，必须符合所传输信号的要求。
监测桥门式起重机的起重质量时，需要将传感器安装在起升结构上，只有这样才能及时监测到准确的重量信号。应力传感器中使用的是电阻应变片，这种传感器需要安装在主梁的表面位置，经常会通过焊接将其固定住。监测环境风速的传感器安装在起重机的最顶端，因为顶端周边没有阻碍物，能监测出最准确的速度，要注意的是，以上所有的传感器收集到的信息都是模拟量信号，不能直接显示在计算机中，必须要通过A/D转换、滤波、放大处理[2]。
速度传感器中不可或缺的一部分是光电旋转编码器，在实际生活中，会将其安装在起重机的减速器、大车的电机、小车的电机、起重机的电机上。通过速度传感器输送的信号直接连接单片机的I/O口，显示在计算机中的信号经过换算、计数，就能得出车辆升降的方向与速度。
（2）无线传输的电路
无线收发电路的核心是CC2530芯片，这种芯片最大的优点是将成本控制在最低的情况下，能组建出最强的网络节点，可以有多种运行模式，在对功耗要求较低的系统中十分适用。
3 系统软件的设计
3.1 下位机软件的设计
设计下位机软件时，使用的编写方式是C语言，单片机完成初始化操作后，下位机就可以向主节点发出入网申请，入网申请通过后就能开始接收信号，通过传感器输送过来的信号可以在下位机上进行分析，与此同时，还能为上位机输送数据。
3.2 上位机软件的设计
设计上位机软件时参考的是VisusIC++6.0，这种方法能生成报表、设置参数、采集分析数据、管理数据库、管理信息。后台的数据库是Access2003，可以直接连接VisusIC++6.0。上机位中的数据是通过主节点得到的，其单位是帧，每一帧数据都具有分析价值，因为数据虽然传输的较少，但依旧含有桥门式起重机的各种信息，待信息接收完毕，便能进行分析研究，掌握桥门式起重机的运行状况。通过主节点传输的信号是不能直接显示在计算机中的，必须经过A/D转换、滤波、放大处理，当计算机显示器中有信息输出时，便能通过分析系统进行处理、分析，判断出桥门式起重机的安全性能是否符合要求，一旦危险系数过大，就要停止机器运行，及时进行检修。在使用系统之前，首先要设定参数（根据起重机的型号进行设定）。在监测过程中，环境风速、主梁应力、起重机的运行速度、起重机的高度等信息均会在显示器中出现。除此之外，还能设置系统的管理权限、查询信息的范围等。通过上机位软件得到的各种信息都会自动保存在信息库中，以后的工作中如果需要查询旧信息，就能在数据库中得到，一旦施工过程中发生了安全事故，所需要的信息也同样能在旧数据库中获取。
4 结束语
综上所述，桥门式起重机智能安全监测系统中涉及了许多现代化科学技术，例如无线通信技术、传感器技术、计算机信息技术，与传统的监测系统相比，起重机智能安全监测系统的实时性更强、实用性更高，根据对实际工程调查发现，桥门式起重机所处的位置只要在信号范围内，便能通过一个系统将所有的起重机连接在一起，通过实时监控，得到起重机的运行状况，及时找到机器中存在的故障，安排专业技术人员进行检修、维护，为施工人员提供安全的工作环境。起重机智能安全监测系统的投入成本低、运行速度快、性能健全稳定，既扩大了安全监测的范围，又减少了施工现场的危险系数，现代化的监测系统很大程度地降低了施工单位的人力投入，有效地减少了起重机导致的安全意外事故，加快了生产速率、缩短了施工周期、增大了企业收益。
参考文献
[1]周文海.基于ZigBee技术的塔机群防碰撞系统设计[D].南昌：华东交通大学，2013.
[2]陈志梅，孟文俊.智能起重机系统研究与展望[J].工程机械，2011（01）：39～44+103.
收稿日期：2018-8-16
作者简介：侯晋生（1981-），男，山东邹城人，本科，从事起重机械安装及维修工作。
关键词：桥门式起重机；安全监测；系统软件
中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）27-0266-02
1 监测系统的总体设计
该监测系统可以同时连接处在信号范围内的多台桥门式起重机，能实时获取每一台机器的运行状况，检测系统的总体设计的基本工作原理为：监测系统是由很多个节点组成的，当该系统连接多台起重机时，每台起重机分别由一个节点监测，通过无线网的传输，这些由分节点监测到的信息会汇集在总节点中，最后便能在计算机显示器中得到监测信息，计算机中也装有专业的分析系统，分析系统会将传输过来的监测信息进行处理、分析，能及时判断出所监测桥门式起重机的安全性能是否符合工程要求，一旦发现危险因素，便会发出警报，通知相关技术人员及时排除机器中的故障，保证机器能正常运行。桥门式起重机智能安全监测系统中存在4个小系统分别为：传感器系统、数据采集系统、无线传输系统、上位机监控系统[1]。
数据采集系统的信息来源是传感器，在监测过程中会将传感器安装在桥门式起重机的各个部位，进而获取机器运行过程中的实时信息。传感器输送的信息是不能直接使用的，必须要进行A/D转换、适度放大、滤波等处理。无线传输系统的基础是ZigBee无线技术，将监测信号分成无数个支点，每一台桥门式起重机的运行信息分别由各个支点进行传输，之后汇总在主节点中，显示在计算机的显示器中。上位机监控系统通过RS232串口连接主节点，再根据计算机中的分析系统，对收集到的信息进行处理、分析，找出起重机中存在的故障，通过警报提醒，相关技术人员便能及时维修起重机。桥门式起重机智能安全监测系统是现代化的监测系统，实时性高、实用性强，能有效地解决检修过慢的问题，减少了施工过程的意外事故，保障了施工人员的生命安全。
2 系统的硬件设计
监控桥门式起重机的硬件是由采集信号的电路、收发无线的电路、电源电路、最小的单片机系统组成的。其中单片机选择的是STM32F103RBT6，这是由ST公司生产的，内核与Cortex-M3相同，都是32位处理标准，起重机监控器的具体结构如图1所示。
（1）采集信号的电路
该电路主要对桥门式起重机的行程限位、起重质量、主梁应力、起重速度、起重高度、环境风速等信息进行收集。传输每一种信号的传感器都是不同的，并且传输的信号种类也是不同的，通常分为数字信号与模拟信号，因此与传感器连接的单片机要有不同的连接接口，必须符合所传输信号的要求。
监测桥门式起重机的起重质量时，需要将传感器安装在起升结构上，只有这样才能及时监测到准确的重量信号。应力传感器中使用的是电阻应变片，这种传感器需要安装在主梁的表面位置，经常会通过焊接将其固定住。监测环境风速的传感器安装在起重机的最顶端，因为顶端周边没有阻碍物，能监测出最准确的速度，要注意的是，以上所有的传感器收集到的信息都是模拟量信号，不能直接显示在计算机中，必须要通过A/D转换、滤波、放大处理[2]。
速度传感器中不可或缺的一部分是光电旋转编码器，在实际生活中，会将其安装在起重机的减速器、大车的电机、小车的电机、起重机的电机上。通过速度传感器输送的信号直接连接单片机的I/O口，显示在计算机中的信号经过换算、计数，就能得出车辆升降的方向与速度。
（2）无线传输的电路
无线收发电路的核心是CC2530芯片，这种芯片最大的优点是将成本控制在最低的情况下，能组建出最强的网络节点，可以有多种运行模式，在对功耗要求较低的系统中十分适用。
3 系统软件的设计
3.1 下位机软件的设计
设计下位机软件时，使用的编写方式是C语言，单片机完成初始化操作后，下位机就可以向主节点发出入网申请，入网申请通过后就能开始接收信号，通过传感器输送过来的信号可以在下位机上进行分析，与此同时，还能为上位机输送数据。
3.2 上位机软件的设计
设计上位机软件时参考的是VisusIC++6.0，这种方法能生成报表、设置参数、采集分析数据、管理数据库、管理信息。后台的数据库是Access2003，可以直接连接VisusIC++6.0。上机位中的数据是通过主节点得到的，其单位是帧，每一帧数据都具有分析价值，因为数据虽然传输的较少，但依旧含有桥门式起重机的各种信息，待信息接收完毕，便能进行分析研究，掌握桥门式起重机的运行状况。通过主节点传输的信号是不能直接显示在计算机中的，必须经过A/D转换、滤波、放大处理，当计算机显示器中有信息输出时，便能通过分析系统进行处理、分析，判断出桥门式起重机的安全性能是否符合要求，一旦危险系数过大，就要停止机器运行，及时进行检修。在使用系统之前，首先要设定参数（根据起重机的型号进行设定）。在监测过程中，环境风速、主梁应力、起重机的运行速度、起重机的高度等信息均会在显示器中出现。除此之外，还能设置系统的管理权限、查询信息的范围等。通过上机位软件得到的各种信息都会自动保存在信息库中，以后的工作中如果需要查询旧信息，就能在数据库中得到，一旦施工过程中发生了安全事故，所需要的信息也同样能在旧数据库中获取。
4 结束语
综上所述，桥门式起重机智能安全监测系统中涉及了许多现代化科学技术，例如无线通信技术、传感器技术、计算机信息技术，与传统的监测系统相比，起重机智能安全监测系统的实时性更强、实用性更高，根据对实际工程调查发现，桥门式起重机所处的位置只要在信号范围内，便能通过一个系统将所有的起重机连接在一起，通过实时监控，得到起重机的运行状况，及时找到机器中存在的故障，安排专业技术人员进行检修、维护，为施工人员提供安全的工作环境。起重机智能安全监测系统的投入成本低、运行速度快、性能健全稳定，既扩大了安全监测的范围，又减少了施工现场的危险系数，现代化的监测系统很大程度地降低了施工单位的人力投入，有效地减少了起重机导致的安全意外事故，加快了生产速率、缩短了施工周期、增大了企业收益。
参考文献
[1]周文海.基于ZigBee技术的塔机群防碰撞系统设计[D].南昌：华东交通大学，2013.
[2]陈志梅，孟文俊.智能起重机系统研究与展望[J].工程机械，2011（01）：39～44+103.
收稿日期：2018-8-16
作者简介：侯晋生（1981-），男，山东邹城人，本科，从事起重机械安装及维修工作。