專利名稱：一種塔機安全管理系統的制作方法
技術領域：
本發明一種塔機安全管理系統。
背景技術：
目前國內市場上塔機安全管理系統產品普遍存在傳感器檢測精度低，可靠性差，使用壽命短，成本偏高的問題，使用戶花了很多錢，卻達不到應有的效果。目前市場上幅度/高度傳感器產品基本上使用的都是多功能機械限位器傳感器，多功能機械限位器傳感器的特點在于利用機械齒輪傳動來帶動其內部的電位器觸頭旋轉，通過電位器電阻值大小來判斷吊鉤高度及小車行走幅度數據的。好處是電位器電阻值在塔機不給傳感器送電的情況下，電位器電阻值數據不會丟失，并且市場上貨源充足；
但是，多功能機械限位器傳感器是機械傳動接觸檢測吊鉤高度及小車行走幅度，電位器觸點與電阻膜表面不斷摩擦，時間一長就有磨損，檢測吊鉤高度及小車行走幅度的數據誤差就會不斷增大，所以它的可靠性就低；使用壽命也短；
另外，多功能機械限位器的傳動軸到電位器是靠齒輪傳動的，由于齒輪間的不斷摩擦，時間一長就有磨損，齒輪很容易導致吊鉤高度及小車行走幅度誤差就會不斷增大，所以它的可靠性低；使用壽命也短。增量式磁編碼或者光電幅度/高度傳感器，也是非接觸檢測吊鉤高度及小車行走幅度的，最大的區別主要是增量式磁編碼或者光電幅度/高度傳感器無記憶功能，所以一旦塔機不給傳感器送電幅度/高度傳感器的數據就會丟失，所以可靠性很低。市場上絕對式磁編碼或者光電編碼幅度/高度傳感器一般都是單圈或者多圈傳感器，如果要用在塔機的幅度/高度檢測，由于塔機的幅度/高度量程很大，必須配合齒輪傳動，否則就達不到塔機的幅度/高度檢測要求。由于齒輪傳動的磨損導致其可靠性降低，使用壽命縮短。另外它的成本高，一個售價幾千元，市場上無法接受。無RFID管理的塔機任何人都可以操作塔機，所以過去出現的很多塔機安全事故，都有相當一部分是無證上崗造成的。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種塔機安全管理系統，工作時各個傳感器不斷將采集的信息通總線發送給力矩限制器主機，力矩限制器主機經過采集、分析、計算，然后將顯示信息發給顯示器進行顯示；報警信息發給報警器進行報警；控制信息發給控制器進行控制保護；通訊信息發給GPRS模塊，通過Internet網絡進入塔機安全管理平臺。本發明的上述目的是通過這樣的技術方案來實現的一種塔機安全管理系統，包括塔機安全管理平臺，服務器，服務器通過GPS/GPRS通訊模塊連接力矩限制器主機，所述力矩限制器主機設有RFID感應芯片、RFID傳感器，所述力矩限制器主機分別通過CAN總線與重量傳感器、幅度傳感器、高度傳感器、回轉角度傳感器、風速傳感器連接。所述重量傳感器、幅度傳感器、高度傳感器、回轉角度傳感器、風速傳感器均設有CAN接口芯片，所述力矩限制器主機內部設有CAN接口芯片、外部通過兩根總線方式與所述各個傳感器通訊連接。所述幅度傳感器、高度傳感器包括磁性旋轉編碼盤，為S/N雙極性圓型編碼盤，所述傳感器的旋轉軸經殼體與塔機的起升卷筒及變幅卷筒的輸出軸連接為一體。 所述塔機安全管理系統設有微型發電電路，微型發電電路連接鋰電池。所述磁性旋轉編碼盤的磁極寬度不同。本發明一種塔機安全管理系統工作原理起重重量傳感器、磁編碼幅度傳感器、磁編碼高度傳感器、回轉角度傳感器、風速傳感器等多種傳感器將檢測到的信號不斷地送往CAN總線。具有RFID管理功能的起重機力矩限制器主機根據程序設定和指令，不斷地在CAN總線上采集各種傳感器送來的信息，然后經CPU進行比較、運算、分析，將顯示信息 送顯示部分，報警信號送報警部分，控制信號送控制部分，通訊信息通過GPRS通訊模塊及Internet網絡送往塔式起重機安全管理平臺進行存儲、顯示、查詢、統計、下載等，周而復始。本發明一種塔機安全管理系統，磁編碼幅度/高度傳感器產品由于有不間斷電源，所以在塔機不給傳感器送電的情況下，幅度/高度傳感器的數據也不會丟失，并且是非接觸檢測吊鉤高度及小車行走幅度，由于無磨損所以它的可靠性就高，使用壽命就長。磁編碼幅度/高度傳感器由于其脈沖是無限疊加，多大的量程檢測都能適應；因此，不受塔機的幅度/高度量程限制，所以不需要增加齒輪傳動。因為無齒輪傳動磨損的缺陷，所以其可靠性就高，使用壽命就長；同時我們的售價只有幾百元，成本較低。本發明一種塔機安全管理系統，采用了 RFID控制技術，使塔式起重機的安全操作具有可控性；建筑安全管理部門可對塔機司機進行持證上崗管理制度，只有經培訓合格的塔機司機才允許上崗操作塔機，當司機培訓考核合格后納入數據庫管理，并且持建筑安全管理部門頒發的RFID卡證上崗，RFID卡證上只有該合格司機的唯一注冊碼，該合格司機每日工作時，先在力矩限制器上刷卡，力矩限制器經分析確認合法后，自動接通塔機電源，塔機開始工作；非合法持證司機在力矩限制器上刷卡，力矩限制器經分析確認非法則拒絕接通塔機電源，塔機不工作；從而確保了塔機安全生產的最基本條件；
本發明一種塔機安全管理系統，采用了依據塔機特性設計的絕對磁編碼技術發明的磁編碼幅度傳感器、磁編碼高度傳感器，大大提高了塔機起升高度及小車行走幅度檢測精度，對塔機的力矩保護、起升高度保護具有重要意義，同時由于采用了非接觸檢測技術，可以有效增強傳感器的可靠性并延長傳感器的使用壽命。本發明一種塔機安全管理系統，絕對磁編碼傳感器旋轉碼盤的磁極采用了寬度不同的制作工藝，使其產生的S/N極脈沖寬度不同，從而為旋轉碼盤的起始位及方向識別奠定了重要基礎。本發明一種塔機安全管理系統，采用了 CAN總線技術，將塔機安全管理系統各個傳感器與力矩限制器主機之間用兩根位總線方式通訊連接；一方面簡化了電路，減少了故障源，提高了可靠性，同時節省了傳感器信號線纜。
圖I為本發明系統連接框圖。
圖2為本發明塔機RFID管理系統連接圖。圖3為本發明磁性傳感器旋轉碼盤結構示意圖。圖4為本發明系統中各個傳感器與力矩限制器主機之間連接圖。
具體實施例方式本發明一種塔機安全管理系統，包括服務器、塔機安全管理平臺、GPS/GPRS通訊模塊、具有RFID管理功能的力矩限制器主機，所述力矩限制器主機設有RFID感應芯片、RFID傳感器，所述力矩限制器主機分別通過CAN總線與重量傳感器、幅度傳感器、高度傳感器、回轉角度傳感器、風速傳感器連接，如圖I所示。工作過程
塔機司機工作時首先用RFID卡片通過RFID感應器打開力矩限制器主機，力矩限制器 主機解鎖塔機進入工作狀態。此時，塔機司機可以進行各種工作操作，在塔機司機進行各種工況操作時，各個傳感器也在不斷將檢測到的信號送到力矩限制器主機，由力矩限制器主機進行分析計算，當起重機超載、超力矩、超幅度、超高度、超回轉角度、或者風速超限時，力矩限制器主機立即發出報警或者控制命令，塔機立即被控制。但是力矩限制器主機允許司機做安全操作動作，只允許塔機向安全方位遠行，禁止塔機向危險方位遠行，從而達到安全保護的目的。力矩限制器主機在不斷檢測、報警、控制的同時，也不斷的將處理結果送往GPS/GPRS通訊模塊MD610，由GPGS/GPRS通訊模塊MD610通過天線送往Internet網絡服務器，進入塔機完全管理平臺，由塔機完全管理平臺進行存儲、顯示、報警、統計、下載、打印等
坐寸οGPS衛星地圖是通過GPRS通訊模塊上傳給塔機安全管理平臺的，塔機安全管理平臺在顯示塔機各種工作狀況的同時，也可以同時顯示衛星地圖，指示塔機具體位置；從而實現了塔機的智能安全管理和安全保護。塔機RFID管理系統功能的實現它是由RFID卡片及RFID感應器以及力矩限制器主機等組成，如圖2所示。塔機RFID管理系統工作過程
平常沒有RFID卡片法定操作人信息時，力矩限制器主機STM32F103RE處于關閉狀態，塔機的起升、變幅、回轉電源均被切斷，塔機不能工作；當具有15693通訊協議的電子標簽RFID卡片，在小于15cm的地方接近電子標簽RFID感應器時，電子標簽RFID感應芯片MFRC500通過天線感應到RFID卡片上信息，立即將RFID卡片信息送給AT89C51進行分析、比較、處理，當確定該信息合法時，立即通過MAX232向力矩限制器主機STM32F103RE輸出一個開機命令，力矩限制器主機STM32F103RE立即啟動，并且接通塔機的起升、變幅、回轉電源，起重機開始正常工作，RFID卡片管理任務完成；下次開機時再次重復本程序，周而復始;
磁性編碼幅度/高度檢測功能的實現它是由幅度/高度傳感器及電源電路、力矩限制器電路等來實現的。磁性編碼幅度/高度檢測工作過程
幅度/高度傳感器電路是由磁性旋轉碼盤CX-CT01，磁性脈沖發生電路AH512，脈沖處理電路STM32F103RE，CAN通訊電路SN65HVD230等所組成；工作時CX-CTOl磁鐵旋轉，由四周的磁鐵產生周期性磁場，從而不斷觸發AH512霍爾開關產生脈沖信號，并將脈沖信號送往STM32F103RECPU進行計算處理，通過對脈沖的計算，從而得知磁性旋轉碼盤CX-CTOl所轉圈數，由于磁性旋轉碼盤旋轉軸與起重機起升及變幅卷筒中心軸同軸，從而得知起升及變幅卷筒旋轉圈數，由起重機起升及變幅卷筒直徑，卷繩槽寬度及鋼絲繩直徑可以計算出起升吊鉤的高度及小車行走的幅度；從而達到測量吊鉤起升高度及小車行走幅度的目的；同時STM32F103RE將數據存入存儲器FM25L16，并通過CAN通訊電路SN65HVD230將計算結果送給力矩限制器主機STM32F103RE，力矩限制器主機STM32F103RECPU通過綜合計算，去完成力矩限制器的各項功能和任務。由于磁性旋轉碼盤CX-CTOl四周為具有不同寬度S/N極性的磁鐵，又由于磁性脈沖發生電路AH512為雙極性霍爾開關，當其反轉時由于其AH512脈沖發生的寬度不同，從而可以得知其零位及起始位，又由于S/N極性的脈沖寬度不同，從而可以計算出旋轉碼盤CX-CTOl的反向脈沖數據；從而可以計算出吊鉤起升或者下降高度及小車行走正反向幅度。為了達到絕對編碼器的功能，本發明設計了塔機工作不斷電電路，即在常規電路上增加了鋰電池電路，微型發電機電路和電源管理器，這樣只要塔機工作，不管司機給不給力矩限 制器主機送不送電，傳感器電路始終有電源，從而確保傳感器數據得以保存，從而達到絕對編碼器效果。傳感器不斷電功能的實現
平時塔機AC380V電源進開關電源轉DC12V及5V，12V進電源管理器AT89C51，經電源管理器AT89C51比較、計算、處理后再進傳感器電路；DC5V進力矩限制器主機STM32F103RE電路；當電源管理器AT89C51發現開關電源DC12V低于設定值時，立即啟動鋰電池RS/16V9. 6AH電路，從而保證了傳感器電路不斷電。當電源管理器AT89C51發現鋰電池RS/16V9. 6AH的DC12V低于設定值時，立即啟動微型發電機電路WDBS-025A給鋰電池RS/16V9. 6AH充電。由于微型發電機與起升卷筒通過鏈條鏈接，因此，只要塔機工作，微型發電機就在不停的工作，當電源管理器AT89C51發現鋰電池RS/16V9. 6AH的DC12V電壓飽和時，立即切斷充電電路，從而保證鋰電池不被過充損壞。磁性傳感器旋轉碼盤磁極工藝結構
磁性傳感器旋轉碼盤CX-CTOl是按照不同寬度的磁極設計的S/N雙極性圓型碼盤，結構圖如圖3所示。該轉碼盤CX-CTOl傳感器的旋轉軸經殼體與起重機起升卷筒及變幅卷筒的輸出軸聯接為一體。工作過程如下
工作時塔機起升卷筒及變幅卷筒的輸出軸帶動傳感器的轉碼盤CX-CTOl進行旋轉，旋轉過程中轉碼盤CX-CTOl不斷向雙極性霍爾芯片AH512發送S/N寬度不同的磁極信號，周而復始。本發明塔機安全管理系統各個傳感器與力矩限制器主機之間CAN總線通訊功能的實現各個傳感器及變送器模塊均配有CAN接口芯片SN65HVD230，力矩限制器主機內部也配有CAN接口芯片SN65HVD230，外部由兩根位總線相互連接。傳感器與力矩限制器主機之間的通訊均是通過CAN接口芯片SN65HVD230由2根位總線相互連接通訊的，它們均遵守CANopen2. O協議，如圖4所示。其工作過程如下
工作時各個傳感器不斷將采集的信息通過2根位總線發送給力矩限制器主機，力矩限制器主機STM32F103RECPU經過采集、分析、計算，然后將顯示信息發給顯示器進行顯示；報警信息發給報警器進行報警；控制信息發給控制器進行五限位控制保護；通訊信息發給 GPRS模塊，通過Internet網絡進入塔機安全管理平臺。
權利要求
1.一種塔機安全管理系統，包括塔機安全管理平臺，服務器，其特征在于，服務器通過GPS/GPRS模塊連接力矩限制器主機，所述力矩限制器主機設有RFID感應芯片、RFID傳感器，所述力矩限制器主機分別通過CAN總線與重量傳感器、幅度傳感器、高度傳感器、回轉角度傳感器、風速傳感器連接。
2.根據權利要求I所述一種塔機安全管理系統，其特征在于，所述重量傳感器、幅度傳感器、高度傳感器、回轉角度傳感器、風速傳感器均設有CAN接口芯片，所述力矩限制器主機內部設有CAN接口芯片、外部通過兩根總線方式與所述各個傳感器通訊連接。
3.根據權利要求I或2所述一種塔機安全管理系統，其特征在于，所述幅度傳感器、高度傳感器包括磁性旋轉編碼盤，為S/N雙極性圓型編碼盤，所述傳感器的旋轉軸經殼體與塔機的起升卷筒及變幅卷筒的輸出軸連接為一體。
4.根據權利要求3所述一種塔機安全管理系統，其特征在于，所述磁性旋轉編碼盤的磁極寬度不同。
全文摘要
一種塔機安全管理系統，包括塔機安全管理平臺，服務器，服務器通過GPS/GPRS通訊模塊連接力矩限制器主機，所述力矩限制器主機設有RFID感應芯片、RFID傳感器，所述力矩限制器主機分別通過CAN總線與重量傳感器、幅度傳感器、高度傳感器、回轉角度傳感器、風速傳感器連接。本發明塔機安全管理系統，工作時各個傳感器不斷將采集的信息通總線發送給力矩限制器主機，力矩限制器主機經過采集、分析、計算，然后將顯示信息發給顯示器進行顯示；報警信息發給報警器進行報警；控制信息發給控制器進行控制保護；通訊信息發給GPRS模塊，通過Internet網絡進入塔機安全管理平臺。
文檔編號B66C23/88GK102963827SQ20121043131
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月2日 優先權日2012年11月2日
發明者陳家忠, 王進, 徐偉 申請人:宜昌市創星電子技術發展有限公司