基于wlan的塔機自動安全監控系統及方法

專利名稱：基于wlan的塔機自動安全監控系統及方法
技術領域：
本技術涉及一種塔機監控系統，尤其涉及一種基于WLAN技術的塔式起重機 監控系統及方法。
背景技術：
目前市面上所出現的各種塔機監控系統，主要是采用面向單機工作的運行 模式，僅僅針對單臺塔機進行運行狀態的監控，而隨著我國經濟的發展以及對 基礎設施要求的不斷增長，現在的塔機使用常常是處于多機化的工作模式之下， 即在一個基建工地現場并存著多臺塔機同時或者分時工作以提高工作效率、及 工程進度，但其施工難度大、危險性高，這就要求多臺塔機都能夠進行對其運 行狀態的實時監控，而且，為了更好的掌握以及控制這些信息，還要求具備多 臺塔機之間能夠進行組網聯系、多臺塔機和上位機之間能夠進行組網聯系等功 能，所以僅僅面向單機的塔機監控系統便難以適應這種新變化。
也有一些塔機監控系統嘗試采用一些簡單的組網方式，使各臺塔機之間可 以進行信息的交流，比如說采用點對點的數傳電臺組成環形網絡等，但是環狀 網絡拓補的通信可靠性較低、 一般的數傳電臺其數據傳輸速率不高，而且其可 以組成的網絡拓補較少，不便于網絡的擴展，不便于大量數據的實時傳輸，例 如傳輸實時監控視頻等。這樣，既不便于根據需要改變網絡拓補的形狀，也不 便于增強塔機監控的其他手段，限制了塔機監控系統的應用及其進一步增強功 能的演進。
WLAN是一種中短距離的無線局域網技術， 一般用于代替有線的中短距離數 據傳輸。由于其傳輸速率較大能達11Mbps (最高達55Mbps),而且能夠提供移 動性介于固定與移動之間的游牧狀態，組網靈活，網絡拓補種類多，適當安排 無線接入點AP (Access Point),便可增加其覆蓋，只要在其覆蓋范圍之內，采 用WLAN技術的終端都可以自由接入網絡。

發明內容
本發明針對以上問題的提出，而研制一種使用和擴展方便，組網方式靈活，具數據信息安全性高的基丁 WLAN的塔機自動安全監控系統。本發明所使用的技
術手段如下
一種基于WLAN的塔機自動安全監控系統，包括
塔機側控制臺，通過各種傳感單元對塔機的工作信息及狀態信息進行采集，
并對這些信息進行分析、存儲處理，還可對塔機的工作狀態進行控制； 其特征在于
在所述塔機側控制臺上還設有WLAN通信單元，用于塔機側控制臺與塔機側 控制臺之間的塔機工作狀態信息的傳送，或塔機側控制臺與控制室側控制臺之 間的塔機工作狀態信息及控制信息的傳送；
所述控制室側控制臺包括WLAN通信單元和上位機，通過WL認通信單元對 塔機側控制臺發出的實時信息進行接收，并將實時信息傳送到上位機上進行處 理，完成數據備份和塔機工作狀態信息的實時監控；控制室側控制臺還可通過 WLAN通信單元將上位機的控制指令發送到所述塔機側控制臺。
所述塔機側控制臺包括環境監測單元、起重信息監測單元、塔身基礎監 測單元、小車信息監測單元、信息采集隔離整理單元、主控單元、存儲單元、 輸出控制單元、顯示單元和WLAN通信單元；其中環境監測單元、起重信息監測 單元、塔身基礎監測單元和小車信息監測單元中所包含的傳感器采集塔機的各 種工作信息，并通過信息采集隔離整理單元進行數據采集，然后送到主控單元 中處理，后將數據存儲到存儲單元中，并通過輸出控制單元輸出控制量對塔機 進行反控制；主控單元可將處理后的數據通過WLAN通信單元傳送到控制室側控 制臺；塔機側控制臺還可通過顯示單元可擴展的鍵盤顯示接口實現采集數據的 實時顯示以及各種數據的錄入；所述主控單元使用PCI或PCIe或USB接口將數 據送到WLAN通信單元上。
一種基于WL認的塔機自動安全監控方法，其特征在于包括如下步驟
a、 塔機側控制臺和控制室側控制臺開機初始化；
b、 塔機側與控制室分別獨立運作，塔機側的塔機側控制臺通過安裝在塔機 上的各種信息采集裝置對塔機的工作狀態信息進行釆集；同時控制室通過控制 室側控制臺中的WLAN通信單元處于開啟等待狀態，等待塔機工作狀態信息的傳 入；
c、 塔機側控制臺對采集的信息進行處理后，同塔機側控制臺內存儲單元存儲的塔機設定參數進行比對分析，并根據情況發出相應的控制指令對塔機進行
反控制；同時通過WLAN通信單元將采集的塔機工作狀態信息實時向控制室傳送;
d、控制室接收到塔機工狀態信息后，由上位機進行備份和通過顯示裝置進 行塔機工作狀態信息實時顯示。
包括控制室側控制臺向塔機發送塔機控制指令，對塔機實行遠程控制的歩
驟，塔機側控制臺和控制室側控制臺通過WLAN通信單元形成信令交互，各種初 始化數據也可以經由WLAN網絡上傳到塔機側控制臺；所述工作狀態信息除各監 測單元傳回的傳感信息外還包括語音、視頻信息。
在多機塔機監控中，使用WLAN技術，不但各個塔機之間能夠靈活組網，各 塔機與控制室之間聯系也變得更靈活，并且由于其網絡組織較為靈活，還可以 后續開發一些便攜式終端，以提供能在該WLAN內移動的移動監控裝置，利用其 數據傳輸速率較高的優點，還可以將一些大數據量的信息，比如說語音、視頻 等納入到監控體系中，或者是提高采樣塔機信息的次數，更詳盡地監控塔機運 行實時運行狀態，可極大的豐富塔機自動監控系統的監控手段，提高了生產的 安全性。另外WLAN傳輸速率高的優勢在此得到了很好的應用，WLAN網絡可以使 用無線接入點擴展其覆蓋范圍，所以能夠提供一定的漫游能力，使得無論是工 程監督人員，還是相關監管部門人員都能夠在城域范圍內獲得塔機監控的實時 消息，對塔機工作狀態有實時性的掌握，或者在危險發生后，第一時間了解并 采取相應對策。


圖l為本發明的單機監控框圖2為本發明的多機聯控框圖3為本發明的塔機側控制臺組成框圖4為本發明的控制室側控制臺組成框圖5為本發明的塔機自動安全監控系統描述框圖6為本發明的塔機側工作流程；
圖7為本發明的控制室側工作流程；
圖8為本發明的塔機側平臺處理流程；
圖9為本發明的WLAN無線傳輸單元的結構框圖。
具體實施方式
如圖1 圖8所示，本發明中的塔機自動安全監測系統由塔機側控制臺和控 制室側控制臺組成，系統可以是單塔機與控制室組成單機監控系統(簡稱單機 監控)，或者是多塔機組網與控制室進行多機聯合監控系統(多機聯控)。單機
監控如圖l所示，包括塔機側控制臺、WLAN無線網絡及控制室側控制臺，其中 塔機側控制臺與控制室側控制臺之間通過基于WLAN無線傳輸技術的無線網絡進 行數據傳輸。多機聯控如圖2所示，系統中有N個塔機側控制臺，通過WLAN無 線網絡同控制室側控制臺進行數據傳輸或多個塔機側之間進行數據傳輸(各塔 機之間的信息交互，可以根據塔機側控制臺的系統設定而選擇和自己通信的塔 機，比如說在多塔機作業中，兩個物理距離上相隔較近的塔機之間可以相互交 流，從而避免發生互碰危險，其它在物理上距離較遠的塔機，則可能不需要進 行相互間的聯系，只是保持了相互之間的路由信息，待需要時進行通信即可)， 另外系統還包括M個無線接入點AP增加其覆蓋范圍。
塔機的各種工作信息是通過塔機側控制臺進行采集、分析、存儲，并通過 WLAN無線網絡傳輸到控制室側控制臺，進行數據的備份存儲，以及后續的各種 處理。如圖3、圖5、圖6和圖8所示塔機側控制臺由環境監測單元4、起重信 息監測單元5、塔身基礎監測單元6、小車信息監測單元7、信息采集隔離整理 單元8、主控單元9、存儲單元IO、輸出控制單元ll、顯示單元12和WLAN通 信單元13組成。塔機通過環境監測單元4、起重信息監測單元5、塔身基礎監 測單元6和小車信息監測單元7這四個單元中所包含的傳感器采集塔機的各種 工作信息，通過信息采集隔離整理單元8進行數據采集，然后送到主控單元9 中處理，并且將數據存儲到存儲單元10中，根據需要可以通過輸出控制單元ll 輸出控制量對塔機進行反控制，使塔機工作在本監控系統之下，保障其安全性， 顯示單元12可以通過可擴展的鍵盤顯示接口實現釆集數據的實時顯示以及各種 數據的錄入，為了保證歷史數據的可靠性以及滿足數據的各種后續處理，為曰 后提供有力的數據保障，塔機側控制臺通過主控單元9，使用PCI/PCIe/USB接 口將數據送到WLAN通信單元13中，通過無線傳輸單元13進行基于WLAN無線 網絡的數據傳輸，再通過控制室側控制臺的WL認通信單元14進行接收，使得 數據同時在控制室側備份，這樣大大提高了歷史數據的可靠性與安全性，并且， 通過控制室側的上位機15可以對數據進行各種設定的處理，提高數據的利用效如圖4所示控制室側控制臺由WLAN通信單元14和上位機15組成，WLAN通 信單元14實現數據通過WLAN無線網絡進行傳輸的目的，通過無線網絡傳輸來 的數據在WLAN通信單元14中被接收，并且通過PCI/PCIe/USB接口傳輸到上位 機15中，完成數據的備份以及后續處理功能；相反地，各種控制信息也可以 從控制室側控制臺通過WLAN通信單元發送，在塔機側控制臺的WLAN通信單元 13進行接收，并將所接收的信息傳送到主控單元9中進行處理，以便實現從控 制室側對塔機側的遠程控制。
如圖9所示，WLAN是一種比較成熟的中短距離的無線局域網技術，本發明 中WLAN通信單元發送均是通過PCI/PCIe/USB接口從塔機側或控制室側獲取所 傳輸的數據，在控制單元的控制下，通過PCI/PCIe/USB接口模塊，將數據送入 WLAN MAC/BaseBand (SOC ， System On Chip)芯片中進行WLAN 802. 11協議族 的MAC (Medium Access Control) 、 PHY (Physical)層實現。在WLANMAC/BB (SOC) 芯片中，數據先進行暫存，然后在系統時序控制下，進行符合WLAN標準的802. 11 協議棧MAC處理，并且根據需要進行安全性控制，完成后的數據按照802. ll協 議棧所要求進行基帶調制，并通過內置或外置的直接無線電轉換模塊，進行包 括一些信號隨機化、空時編碼、交織/解交織、burst形成、射頻調制在內等射 頻調制，將信號轉換成為適合射頻天線發送的信號，交給RF射頻前端芯片，進 行射頻功率放大，濾波等過程，最后饋送到天線上發送數據信息，接收過程其 實就是上述的逆過程。ROM/FLASH提供控制單元所需的程序、數據存儲空間，配 合MCU完成CI/PCIe/USB接口的模擬工作，給無線單元提供原始數據信息。SPROM 是配合WLAN MAC/BB (SOC)芯片使用，提供足夠的外部存儲空間給芯片使用。 為了方便調試系統，專門設置調試接口，用于程序的調制之用。
結合圖6、圖7和圖8將系統的工作情況描述如下，不管是單機監控還是多 機聯控，系統操作總是從塔機側、控制室臺側開機初始化開始，然后，塔機側 與控制室分別獨立運作，塔機側控制臺控制安裝在塔機上的各種信息采集裝置， 當需要時，兩者之間通過WLAN進行數據交互。安裝在塔機上的各種信息采集裝 置自動或者在塔機側的控制下對塔機各種數據進行采集，采集到的數據送入塔 機側控制臺進行存儲、以及各種數據處理，并且可以在程序、或控制室側控制 臺控制下向控制室側發送塔機運行的實時數據，或者交互信令；控制室側控制 臺工作時，運行本系統所設計的控制臺軟件，根據塔機側所傳過來的數據，顯示各種軟件功能，為控制室人員提供塔機實時工作的各種狀態信息，控制室側 亦可以通過WLAN向塔機側傳輸數據，或者進行信令交互。
實際應用中，塔機側控制臺安裝于塔機上控制室內，各種信息采集裝置安 裝在塔機各個測量位置，信息采集裝置采集回來的數據通過塔機側控制室的
WLAN收發裝置，向控制室側控制臺發送，控制室側收到這些信號后，在所編制 的軟件程序中，監控這些數據；控制室一般安裝在工地地面的管理室內，由現 場操作員操作，平時一般接收來自塔機側控制臺的各種塔機實時狀態信息，在 需要時發出控制命令，通過WLAN收發裝置與塔機側進行信令交互，各種初始化 數據也可以經由無線局域網上傳到塔機側控制臺中。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不局 限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，根據本 發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護 范圍之內。
權利要求
1. 一種基于WLAN的塔機自動安全監控系統，包括塔機側控制臺，通過各種傳感單元對塔機的工作信息及狀態信息進行采集，并對這些信息進行分析、存儲處理，還可對塔機的工作狀態進行控制；其特征在于在所述塔機側控制臺上還設有WLAN通信單元，用于塔機側控制臺與塔機側控制臺之間的塔機工作狀態信息的傳送，或塔機側控制臺與控制室側控制臺之間的塔機工作狀態信息及控制信息的傳送；所述控制室側控制臺包括WLAN通信單元和上位機，通過WLAN通信單元對塔機側控制臺發出的實時信息進行接收，并將實時信息傳送到上位機上進行處理，完成數據備份和塔機工作狀態信息的實時監控；控制室側控制臺還可通過WLAN通信單元將上位機的控制指令發送到所述塔機側控制臺。
2、 根據權利要求1所述的基于WLAN的塔機自動安全監控系統，其特征在 于所述塔機側控制臺包括環境監測單元(4)、起重信息監測單元(5)、塔身 基礎監測單元(6)、小車信息監測單元(7)、信息采集隔離整理單元(8)、主 控單元(9)、存儲單元(10)、輸出控制單元(11)、顯示單元(12)和WL認通 信單元(13);其中環境監測單元(4)、起重信息監測單元(5)、塔身基礎監測 單元(6)和小車信息監測單元(7)中所包含的傳感器采集塔機的各種工作信 息，并通過信息采集隔離整理單元(8)進行數據采集，然后送到主控單元(9) 中處理，后將數據存儲到存儲單元(10)中，并通過輸出控制單元(11)輸出 控制量對塔機進行反控制；主控單元(9)可將處理后的數據通過WLAN通信單 元(13)傳送到控制室側控制臺；塔機側控制臺還可通過顯示單元(12)可擴 展的鍵盤顯示接口實現采集數據的實時顯示以及各種數據的錄入。
3、 根據權利要求2所述的基于WLAN的塔機自動安全監控系統，其特征在 于所述主控單元(9)使用PCI或PCIe或USB接口將數據送到WLAN通信單元(13) 上。
4、 一種基于WLAN的塔機自動安全監控方法，其特征在于包括如下步驟a、 塔機側控制臺和控制室側控制臺開機初始化；b、 塔機側與控制室分別獨立運作，塔機側的塔機側控制臺通過安裝在塔機上的各種信息采集裝置對塔機的工作狀態信息進行采集；同時控制室通過控制 室側控制臺中的WLAN通信單元處于開啟等待狀態，等待塔機工作狀態信息的傳 入；c、 塔機側控制臺對采集的信息進行處理后，同塔機側控制臺內存儲單元 (10)存儲的塔機設定參數進行比對分析，并根據情況發出相應的控制指令對塔機進行反控制；同時通過WLAN通信單元將采集的塔機工作狀態信息實時向控 制室傳送；d、 控制室接收到塔機工狀態信息后，由上位機進行備份和通過顯示裝置進 行塔機工作狀態信息實時顯示。
5、 根據權利要求4所述的基于WLAN的塔機自動安全監控方法，其特征在 于還包括控制室側控制臺向塔機發送塔機控制指令，對塔機實行遠程控制的步 驟，塔機側控制臺和控制室側控制臺通過WLAN通信單元形成信令交互，各種初 始化數據也可以經由WLAN網絡上傳到塔機側控制臺。
6、 根據權利要求4所述的基于WLAN的塔機自動安全監控方法，其特征在 于所述工作狀態信息除各監測單元傳回的傳感信息外還包括語音、視頻信息。
全文摘要
本發明公開了一種基于WLAN的塔機自動安全監控系統及方法，在傳統塔機側控制臺上還設置WLAN通信單元，用于塔機側控制臺與塔機側控制臺之間或控制室側控制臺之間的信息傳送；所述控制室側控制臺包括WLAN通信單元和上位機，對塔機側控制臺發出的實時信息進行接收和處理；在兩端開機初始化；塔機側與控制室分別獨立工作，塔機側對塔機的工作狀態信息進行采集，控制室處于開啟等待接收；塔機側控制臺對采集的信息進行處理后，可對塔機進行反控制；控制室進行備份和信息實時顯示。本發明具有組網靈活、多網絡拓補等優點，滿足塔機安全監控系統可靠、穩定的組網要求，滿足了安全生產以及監督生產的設計目標，較適用于多塔機聯合工作的場合。
文檔編號G05B19/418GK101281407SQ20081001137
公開日2008年10月8日 申請日期2008年5月9日 優先權日2008年5月9日
發明者爽 吳, 宋利民, 浩 李, 陽 李, 王旭東, 王立軍, 魏玉玲 申請人:大連海事大學