塔式起重机集群安全作业智能控制系统及其应用

1、塔式起重机集群安全作业智能控制系统及其应用胥洪流张贞贞关晓武汉市特种设备监督检验所武汉430019摘要:详细叙述了塔式起重机集群安全作业智能控制系统的工作原理、功能特点,针对目前施工现场的安全性和工作效率等问题,就物联网的发展现状提出了构建塔式起重机专用安全物联网的设想,对建筑施工设备前景做了分析预判。关键词:塔式起重机;集群作业;智能控制;物联网;应用中图分类号:TH215文献标识码:A文章编号:1001-0785(201106-0049-02Abstrac t:T he paper deta ils t he w orki ng pr i nc i ple and f unction ch

2、aracter istics of i nte lli gent contro l sy stem for t he sa fe operati on of t ow er crane group and a i m i ng at the current safety and effi c i ency issues a t constructi on site,propo ses t he i dea o f deve l op i ng o f the In ternet o f things dedicated to sa fety i n towe r cranes based on

3、 the dev elopment status of t he In ternet o f thi ngs,and conducts ana l y si s and j udg m ent fo r t he pro spects of constructi on equip m ent1K eywords:tower crane;group operati on;i nte lli gent contro;l i nterne t of thi ngs;app licati on0引言据统计,2009年全世界涉及塔式起重机(以下简称塔机的事故总计176起,共造成75人死亡,各种类型事故发

4、生率如图1所示。其中,起重机的运行过程中发生72起事故,死亡21人1。这表明塔机事故大多数是由操作失误造成的,其中作业环境的限制是不容忽视的原因。塔机在集群作业时,相互之间的作业区域有可能发生交叉,完全靠人工目测来操作会产生误差,甚至出现盲区。一方面,人的视觉有1个反应时间,另一方面,塔机回转机构在运行过程中,根本做不到瞬间停止,由此导致群塔因操作失误发生相撞,甚至发生群塔机毁人亡。虽然已经出现了一些塔机监控系统,但由于人为的不定因素较多,且安装复杂,不能智能控制安全避险,其普及应用和发展具有一定的局限性。本文从实时测量、监控塔机的各项运行参数、集群协同工作、自动预警和避险的角度,开发了塔机集

5、群安全作业智能控制系统,并在试用期取得了良好的效果。图12009全球塔机事故分析1系统分析及工作原理如图2所示,塔机集群安全作业智能控制系统由核心控制器、触控屏、传感器、塔机回转控制电路、塔机声光报警系统、无线通讯模块、起重量限制器和力矩限制器等组成。3个旋转编码器分别安装在塔机回转装置、小车变幅装置和吊钩起升装置上,起重量限制器和力矩限制器分别设置于导绳轮和塔帽。一方面,操作人员根据工地现场障碍物和多台塔机的分布情况等,确定防撞区域参数、吊臂回转的相关参数等,通过触控屏将上述参数输入核心控制器;另一方面,3个旋转编码器将塔机的吊臂旋转角度、小车变幅距离和吊钩起升高度这些运行参数实时输入给核心

6、控制器,由核心控制器判断塔机是否处于危险工作位置。当判断塔机处于防撞区域时,该安全控制系统接管操作人员的操作,并发出控制信号,通过塔机回转控制电路控制塔机的吊臂反向旋转以避开障碍物或其他塔机,同时,塔机声光报警系统进行声光报警。无线通讯模块可实现塔机间运行参数的信息交互。某座塔机进入相邻一座塔机的防撞区时发出1个进入信号,与之相通信的塔机收到信号后即设定1个危险信号量,并将其锁定;在离开防撞区时再发出1个离开信号,与之相通信的塔机收到信号后释放危险信号量,以实现协同作业。无线通讯模块采用多信道设计使得传输的信号稳 图2系统结构图定,不受干扰。2系统功能及特点如图3所示,塔机集群安全作业智能控制

7、系统集成度高,体积小,安装方便,可为每台塔机安装该系统,对于协同作业的塔机群,用户可根据塔机的现场布置情况及其性能参数采集相关信息,自由设置障碍区、交叉工作区、回转缓冲区以及每台塔机与相邻塔机间的通信信号,使任意塔机间能够一对一通信,实现了塔机集群的协同工作,且塔机可随时加入或撤出集群。211本系统可提高塔机作业的安全性1对于塔机附近的固定障碍物或高压线,设置为塔机的工作障碍区,限制塔机的回转角度,当靠近障碍区且速度超过设定值时就切断塔机手动控制电路转为自动控制塔机减速回转,实现安全避险。2多台塔机协同工作时常会出现交叉工作区,对相互干涉的塔机设置通信信号和交叉工作区的回转区域。当1台塔机处于

8、交叉工作区时,不断地向相互干涉的塔机发出区域占用信号直至离开,另1台塔机接收到信号后将该区域暂时视为障碍区,自动避让。3塔机集群安全作业智能控制系统在传统的防撞基础上还加入了起重量限制器和力矩限制器,为后期累积超载次数、鉴定塔机的工作级别、分析塔机的剩余寿命等做准备。212本系统的功能特点1分别控制,协同工作每台塔机安装该系统,分别控制,同时实现了一对一的通信达到集群协同工作。2抗干扰采用无线通信,数字加密,可靠、稳定、抗干扰。3安全采用智能控制,塔臂进入防撞区后由手动控制自动转换为自动控制,有效防止了事故的发生。4高效避免了集中控制时调度、协调塔机耗时、耗力的弊端,提高工作效率。5方便设备小

9、巧,安装简单,操作界面直观,使用方便。6可靠采用的零部件技术成熟,通过了各项环境试验,系统稳定可靠。7数据记录功能在塔机施工过程中,记录塔机的起重量、高度、幅度、起重力矩等工作参数为后期的塔机性能分析提供理论数据依据。3基于物联网的塔机安全系统发展前景物联网是指通过信息传感设备,按照约定的协议,把任何物品与互联网相联进行信息交换和通讯,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的网络,即物物相联的互联网2。物联网是1个动态的全球网络基础设施,具有基于标准和互操作通信协议的自组织能力,其中物理的和虚拟的/物0具有身份标识、物理属性、虚拟的特性和智能的接口,并与信息网络无缝整合。塔机集群安全作业智能控制系统对于塔机的安全作业起到了一定的保障作用,但在即将到来的物联网时代还有许多可以扩展的空间。1将物联网引入塔机的监控管理,形成1个专用的安全物联网。2增加对在用塔机的运行参数和性能检测,为每台塔机的工作状态建立数据库,为安全性评价和剩余寿命评估提供依据。3实现实时监控和动态管理,在1个控制中心观察所有网内塔机的工作状况。4通过网络实现自动控制,对于处于高危险状态的塔机自动切断电路,停止运行,同时