塔机智能监控系统的创新技术

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摘要：为了解决制约塔机智能监控系统的内外因素的影响及改善运行情况, 为了提高运行质量、工作效率、方便远程平台的有效管理，而对不同环境、不同区域的塔机安全智能监控系统进行了采集数据、数理统计、数据分析。通过对塔机安全智能监控系统的技术更新、持续改进，使得塔机智能监控系统功能完善，满足系统设备的需求。从而塔机智能监控系统技术更新得到阶段性的成果突破。 

关键词: 群塔防碰撞;恒压电流;电磁波干扰;接地防雷  abstract: in order to solve the constraint internal and external factors of the tower crane intelligent control system and improvement operation situations , in order to improve the operation quality, work efficiency, conveniently and effectively manage the remote platform, we do the collecting data, mathematical statistics and data analysis to the different environment, different regions tower crane safety intelligent monitoring system. through the update technology, continuous improvement of the tower crane safe and intelligent control system, its function will be perfect, and it will meet the needs of the system equipment. thus the tower crane intelligent monitoring system technology update has been the stage outcome breakthrough.  key words: group defense collision; constant current; electro magnetic interference; grounding lightning protection  中图分类号：tu74文献标识码：a 文章编号：2095-2104（2012）    随着塔机智能监控系统的不断优化，技术改进就越凸显其重要性。塔机智能监控系统是对塔机自身运行及周边环境有着保护作用。所以塔机正常运行必须充分保证不能影响智能监控系统稳定性和安全性，不能超负荷运行等。最后，根据塔机监控系统长期的运行实际情况，将在原有技术基础上选择技术改进，实现塔机智能监控系统最经济、最优化、最实用、最先进。  塔吊安全监控系统采用pc104嵌入式系统作为单台塔吊运行的处理器，多台塔吊之间的共用信息和通讯以及它们之间的相互协作通过pc机控制实现。塔吊的有关运行信息（称为动态信息），如吊臂位置、起吊物的高度、小车在塔臂上的位置、起吊物的重量和现场的风速等有关运行状态信息由pc104控制相关传感器采集获得；塔吊运行现场周围环境（障碍物和禁区）等信息（称为静态信息）通过现场采集标定获得。现场采集标定的周围环境信息与运行过程中获得的动态信息，通过pc104处理器按照避免碰撞的算法和安全吊重算法，获得塔吊运行是否安全的判定。根据运算结果控制安全运行报警和安全运行的控制。  群塔作业时的相互避免碰撞的实现是通过无线通讯实现的。每台pc104获得单台塔吊运行的有关信息，通过无线通讯方式，将其发送到pc机上，pc机将获得的每台塔吊的运行状态信息，按照塔吊群运行时相互避免碰撞的算法和安全运行算法，经过运算获得相关结果，然后，仍然通过无线通讯的方法将结果发送给每台塔吊安全运行的控制系统pc104系统，控制塔吊群的安全报警和运行控制。  现在采用无线自组网技术和三维立体计算技术。与同类产品相比，旧技术使用的数据传输电台功率为2w，功率较大，抗干扰弱，影响正常的民用通讯。其速度为100ms，速度较慢。联网总数少于5台，不便于集群监控。无线自组网技术真正做到了星形网络结构和网状网络结构的有机结合，从而使塔吊可以自由进出。网络通讯同时做到断电保护、高抗干扰，自动动态组网。新的无线自组网技术传输功率小100mw，抗干扰能力强，速度为15ms，联网总数高达100台，极大的方便塔群的安全管理。  为避免管理人员频繁攀登塔吊设置静态参数，监控软件还加入了静态参数设置、发送功能，主界面的右半部分为静态数据显示部分，监控软件中的静态数据表达的含义与各塔吊控制器的相同，只是多了zero项，zero值为各塔吊转角零位传感器在绝对坐标系中所处的角度（即零位偏角），此项可以由工人通过测量直接得到后手动输入到表格，也可以由本监控软件的静态数据修正功能间接得到并自动显示。静态参数发送功能对现场所有塔吊控制器具有最高中断优先级别，即各塔吊控制器接收到监控软件发送的准备信息后，立即中断当前的所有工作，进入接收静态数据状态。  塔吊之间的防碰撞算法是在整个建筑工地的笛卡尔绝对坐标系下进行的，而塔吊塔臂上各点的坐标是以其塔基所在点为极点、以各塔吊转角的零位所在直线为极轴、塔吊转角为极角、各点到塔基的距离为极径的极坐标，塔吊在该绝对坐标系中的位置、塔臂上小车所在位置可以用坐标表示。  修正程序的基本原理是在工地上任选一塔吊为基准塔吊，以其塔基坐标和转角值为基准确定整个施工现场笛卡尔坐标系所在位置，然后用基准塔吊标定出与其相关的其他塔吊的塔基坐标和零位偏角。  塔吊的静态信息修正后，监控软件中的塔吊静态参数数据库即被更新，但各塔吊控制器的数据库并没有更新，可以利用本监控软件的静态参数发送功能来实现各塔吊控制器静态参数数据库的更新。各塔吊控制器接收到pc机发送到的静态数据后更新数据库及界面显示，其后的防碰撞计算中，各塔吊的位置坐标、角度都将统一为同一基准，这样大大降低了由于数据误差带来的防碰撞计算误差，进而降低了控制误差。  塔吊智能监控系统的电子元件易受电流、温度、电磁场、湿度、振动、雷击等外界因素影响，因此必须考虑系统的抗干扰问题。塔吊安全监控系统的硬件抗干扰方法包括滤波技术、去耦技术、隔离技术、接地技术和防雷技术等。  1.滤波技术  滤波是为了抑制噪声干扰。在塔吊控制系统中，当电路从一个状态转换到另一个状态时，就会在电源线上产生很大的尖峰电流，形成瞬变的噪声电压。当电源接通或断开电感负载时，产生的瞬变噪声往往严重妨碍塔吊控制系统正常工作。在电源变压器的进线端加入电源滤波器，抑制瞬变噪声干扰。系统采用一阶无源低通滤波器，可以获得较理想的频率特性。  2.去耦技术  塔吊智能监控系统中，数字电路信号电平转换过程中，会产生很大的冲击电流，并在传输线和共同电源内阻上产生较大压降，形成严重的干扰，为了抑制这种干扰，在电路中适当配置去耦电容。由于系统的cpu三总线(地址总线、数据总线以及控制总线)上的信息几乎在同一个时刻发生的，所产生的尖峰电流对系统的影响不可忽视，降低尖峰电流的办法是在逻辑器外的电源线端与地线端加接两个电容。另外，由于数字电路的开关动作快，ttl的动作时间为5～10ns，这样便会产生瞬变电流，在电源内阻和公共阻抗作用下，产生开关噪声，使电源电压发生振荡。因线路板的噪声容限很低，很容易导致数字电路误动作，在控制系统的各个集成电路上配置去藕电容。  3.隔离技术  塔吊野外作业，工作环境恶劣，周围干扰多。干扰信号一旦进入系统的cpu将会导致系统工作混乱，强干扰进入甚至会彻底摧毁系统。采用隔离技术，从电路上把干扰源和易受干扰的工作元件隔离开来，使控制系统与现场保持信号联系但不直接发生电的联系隔离的实质是把闯入的干扰通道切断，从而达到隔离现场干扰的目的。智能监控系统既包括弱电控制部分，又包括强电控制部分，为了使两者之间既能保持信号联系，又能隔绝电气方面的联系，采用强电和弱电隔离，是保证系统稳定和操作人员安全的重要措施。系统采用的隔离方式有光电隔离、屏蔽隔离等技术。  4.接地技术  接地技术是抑制噪声的重要手段。良好的接地可以在很大程度上抑制系统内部噪声耦合，防止外部干扰的侵入，提高系统抗干扰能力。反之，若接地处理不好，则会导致噪声耦合，形成严重干扰。在系统中，采用浮地——屏蔽的接地方案，即将数字电子装置和模拟电子装置的工作基准地浮空，而设备外壳或机箱采用屏蔽接地。浮地方式可以使系统不受大地电流的影响，提高了系统的抗干扰性能。由于强电设备大都采用保护接地，浮空技术切断了强电与弱电的联系，系统运行安全可靠。系统机箱采用屏蔽接地，无论从防止静电干扰、电磁感应干扰的角度，还是从人身、设备安全的角度，都是十分必要的措施。  5.防雷技术  防雷击方面采用了三级过压保护措施，第一级过压保护将瞬间感应电压限制在1.5～1.8kv,第二级过压保护将感应电压限制在1.2～0.8kv,第三级将残压限制在0.4kv以下，本系统在将残压通过压敏电阻进行最后的隔离保护。同时本系统还采用电气间隙的方法进行一层保护，将感应雷阻绝在线路板以外，这样就很好的防治了雷击的破坏。  采取的技术改进措施, 对有效地提高塔机智能安全监控系统的质量起到一定促进作用。使塔机智能监控系统及远程控制系统得到有效控制，为保证塔机正常运行状态提供有力措施，就能有效地控制和杜绝安全事故的发生。