塔機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)的創(chuàng)新技術(shù)

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摘要：為了解決制約塔機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)的內(nèi)外因素的影響及改善運行情況, 為了提高運行質(zhì)量、工作效率、方便遠(yuǎn)程平臺的有效管理，而對不同環(huán)境、不同區(qū)域的塔機(jī)安全智能監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了采集數(shù)據(jù)、數(shù)理統(tǒng)計、數(shù)據(jù)分析。通過對塔機(jī)安全智能監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)更新、持續(xù)改進(jìn)，使得塔機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)功能完善，滿足系統(tǒng)設(shè)備的需求。從而塔機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)更新得到階段性的成果突破。 

關(guān)鍵詞: 群塔防碰撞;恒壓電流;電磁波干擾;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  中圖分類號：tu74文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a 文章編號：2095-2104（2012）    隨著塔機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)的不斷優(yōu)化，技術(shù)改進(jìn)就越凸顯其重要性。塔機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)是對塔機(jī)自身運行及周邊環(huán)境有著保護(hù)作用。所以塔機(jī)正常運行必須充分保證不能影響智能監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性，不能超負(fù)荷運行等。最后，根據(jù)塔機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)長期的運行實際情況，將在原有技術(shù)基礎(chǔ)上選擇技術(shù)改進(jìn)，實現(xiàn)塔機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)最經(jīng)濟(jì)、最優(yōu)化、最實用、最先進(jìn)。  塔吊安全監(jiān)控系統(tǒng)采用pc104嵌入式系統(tǒng)作為單臺塔吊運行的處理器，多臺塔吊之間的共用信息和通訊以及它們之間的相互協(xié)作通過pc機(jī)控制實現(xiàn)。塔吊的有關(guān)運行信息（稱為動態(tài)信息），如吊臂位置、起吊物的高度、小車在塔臂上的位置、起吊物的重量和現(xiàn)場的風(fēng)速等有關(guān)運行狀態(tài)信息由pc104控制相關(guān)傳感器采集獲得；塔吊運行現(xiàn)場周圍環(huán)境（障礙物和禁區(qū)）等信息（稱為靜態(tài)信息）通過現(xiàn)場采集標(biāo)定獲得?，F(xiàn)場采集標(biāo)定的周圍環(huán)境信息與運行過程中獲得的動態(tài)信息，通過pc104處理器按照避免碰撞的算法和安全吊重算法，獲得塔吊運行是否安全的判定。根據(jù)運算結(jié)果控制安全運行報警和安全運行的控制。  群塔作業(yè)時的相互避免碰撞的實現(xiàn)是通過無線通訊實現(xiàn)的。每臺pc104獲得單臺塔吊運行的有關(guān)信息，通過無線通訊方式，將其發(fā)送到pc機(jī)上，pc機(jī)將獲得的每臺塔吊的運行狀態(tài)信息，按照塔吊群運行時相互避免碰撞的算法和安全運行算法，經(jīng)過運算獲得相關(guān)結(jié)果，然后，仍然通過無線通訊的方法將結(jié)果發(fā)送給每臺塔吊安全運行的控制系統(tǒng)pc104系統(tǒng)，控制塔吊群的安全報警和運行控制。  現(xiàn)在采用無線自組網(wǎng)技術(shù)和三維立體計算技術(shù)。與同類產(chǎn)品相比，舊技術(shù)使用的數(shù)據(jù)傳輸電臺功率為2w，功率較大，抗干擾弱，影響正常的民用通訊。其速度為100ms，速度較慢。聯(lián)網(wǎng)總數(shù)少于5臺，不便于集群監(jiān)控。無線自組網(wǎng)技術(shù)真正做到了星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的有機(jī)結(jié)合，從而使塔吊可以自由進(jìn)出。網(wǎng)絡(luò)通訊同時做到斷電保護(hù)、高抗干擾，自動動態(tài)組網(wǎng)。新的無線自組網(wǎng)技術(shù)傳輸功率小100mw，抗干擾能力強(qiáng)，速度為15ms，聯(lián)網(wǎng)總數(shù)高達(dá)100臺，極大的方便塔群的安全管理。  為避免管理人員頻繁攀登塔吊設(shè)置靜態(tài)參數(shù)，監(jiān)控軟件還加入了靜態(tài)參數(shù)設(shè)置、發(fā)送功能，主界面的右半部分為靜態(tài)數(shù)據(jù)顯示部分，監(jiān)控軟件中的靜態(tài)數(shù)據(jù)表達(dá)的含義與各塔吊控制器的相同，只是多了zero項，zero值為各塔吊轉(zhuǎn)角零位傳感器在絕對坐標(biāo)系中所處的角度（即零位偏角），此項可以由工人通過測量直接得到后手動輸入到表格，也可以由本監(jiān)控軟件的靜態(tài)數(shù)據(jù)修正功能間接得到并自動顯示。靜態(tài)參數(shù)發(fā)送功能對現(xiàn)場所有塔吊控制器具有最高中斷優(yōu)先級別，即各塔吊控制器接收到監(jiān)控軟件發(fā)送的準(zhǔn)備信息后，立即中斷當(dāng)前的所有工作，進(jìn)入接收靜態(tài)數(shù)據(jù)狀態(tài)。  塔吊之間的防碰撞算法是在整個建筑工地的笛卡爾絕對坐標(biāo)系下進(jìn)行的，而塔吊塔臂上各點的坐標(biāo)是以其塔基所在點為極點、以各塔吊轉(zhuǎn)角的零位所在直線為極軸、塔吊轉(zhuǎn)角為極角、各點到塔基的距離為極徑的極坐標(biāo)，塔吊在該絕對坐標(biāo)系中的位置、塔臂上小車所在位置可以用坐標(biāo)表示。  修正程序的基本原理是在工地上任選一塔吊為基準(zhǔn)塔吊，以其塔基坐標(biāo)和轉(zhuǎn)角值為基準(zhǔn)確定整個施工現(xiàn)場笛卡爾坐標(biāo)系所在位置，然后用基準(zhǔn)塔吊標(biāo)定出與其相關(guān)的其他塔吊的塔基坐標(biāo)和零位偏角。  塔吊的靜態(tài)信息修正后，監(jiān)控軟件中的塔吊靜態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)庫即被更新，但各塔吊控制器的數(shù)據(jù)庫并沒有更新，可以利用本監(jiān)控軟件的靜態(tài)參數(shù)發(fā)送功能來實現(xiàn)各塔吊控制器靜態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)庫的更新。各塔吊控制器接收到pc機(jī)發(fā)送到的靜態(tài)數(shù)據(jù)后更新數(shù)據(jù)庫及界面顯示，其后的防碰撞計算中，各塔吊的位置坐標(biāo)、角度都將統(tǒng)一為同一基準(zhǔn)，這樣大大降低了由于數(shù)據(jù)誤差帶來的防碰撞計算誤差，進(jìn)而降低了控制誤差。  塔吊智能監(jiān)控系統(tǒng)的電子元件易受電流、溫度、電磁場、濕度、振動、雷擊等外界因素影響，因此必須考慮系統(tǒng)的抗干擾問題。塔吊安全監(jiān)控系統(tǒng)的硬件抗干擾方法包括濾波技術(shù)、去耦技術(shù)、隔離技術(shù)、接地技術(shù)和防雷技術(shù)等。  1.濾波技術(shù)  濾波是為了抑制噪聲干擾。在塔吊控制系統(tǒng)中，當(dāng)電路從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個狀態(tài)時，就會在電源線上產(chǎn)生很大的尖峰電流，形成瞬變的噪聲電壓。當(dāng)電源接通或斷開電感負(fù)載時，產(chǎn)生的瞬變噪聲往往嚴(yán)重妨礙塔吊控制系統(tǒng)正常工作。在電源變壓器的進(jìn)線端加入電源濾波器，抑制瞬變噪聲干擾。系統(tǒng)采用一階無源低通濾波器，可以獲得較理想的頻率特性。  2.去耦技術(shù)  塔吊智能監(jiān)控系統(tǒng)中，數(shù)字電路信號電平轉(zhuǎn)換過程中，會產(chǎn)生很大的沖擊電流，并在傳輸線和共同電源內(nèi)阻上產(chǎn)生較大壓降，形成嚴(yán)重的干擾，為了抑制這種干擾，在電路中適當(dāng)配置去耦電容。由于系統(tǒng)的cpu三總線(地址總線、數(shù)據(jù)總線以及控制總線)上的信息幾乎在同一個時刻發(fā)生的，所產(chǎn)生的尖峰電流對系統(tǒng)的影響不可忽視，降低尖峰電流的辦法是在邏輯器外的電源線端與地線端加接兩個電容。另外，由于數(shù)字電路的開關(guān)動作快，ttl的動作時間為5～10ns，這樣便會產(chǎn)生瞬變電流，在電源內(nèi)阻和公共阻抗作用下，產(chǎn)生開關(guān)噪聲，使電源電壓發(fā)生振蕩。因線路板的噪聲容限很低，很容易導(dǎo)致數(shù)字電路誤動作，在控制系統(tǒng)的各個集成電路上配置去藕電容。  3.隔離技術(shù)  塔吊野外作業(yè)，工作環(huán)境惡劣，周圍干擾多。干擾信號一旦進(jìn)入系統(tǒng)的cpu將會導(dǎo)致系統(tǒng)工作混亂，強(qiáng)干擾進(jìn)入甚至?xí)氐状輾到y(tǒng)。采用隔離技術(shù)，從電路上把干擾源和易受干擾的工作元件隔離開來，使控制系統(tǒng)與現(xiàn)場保持信號聯(lián)系但不直接發(fā)生電的聯(lián)系隔離的實質(zhì)是把闖入的干擾通道切斷，從而達(dá)到隔離現(xiàn)場干擾的目的。智能監(jiān)控系統(tǒng)既包括弱電控制部分，又包括強(qiáng)電控制部分，為了使兩者之間既能保持信號聯(lián)系，又能隔絕電氣方面的聯(lián)系，采用強(qiáng)電和弱電隔離，是保證系統(tǒng)穩(wěn)定和操作人員安全的重要措施。系統(tǒng)采用的隔離方式有光電隔離、屏蔽隔離等技術(shù)。  4.接地技術(shù)  接地技術(shù)是抑制噪聲的重要手段。良好的接地可以在很大程度上抑制系統(tǒng)內(nèi)部噪聲耦合，防止外部干擾的侵入，提高系統(tǒng)抗干擾能力。反之，若接地處理不好，則會導(dǎo)致噪聲耦合，形成嚴(yán)重干擾。在系統(tǒng)中，采用浮地——屏蔽的接地方案，即將數(shù)字電子裝置和模擬電子裝置的工作基準(zhǔn)地浮空，而設(shè)備外殼或機(jī)箱采用屏蔽接地。浮地方式可以使系統(tǒng)不受大地電流的影響，提高了系統(tǒng)的抗干擾性能。由于強(qiáng)電設(shè)備大都采用保護(hù)接地，浮空技術(shù)切斷了強(qiáng)電與弱電的聯(lián)系，系統(tǒng)運行安全可靠。系統(tǒng)機(jī)箱采用屏蔽接地，無論從防止靜電干擾、電磁感應(yīng)干擾的角度，還是從人身、設(shè)備安全的角度，都是十分必要的措施。  5.防雷技術(shù)  防雷擊方面采用了三級過壓保護(hù)措施，第一級過壓保護(hù)將瞬間感應(yīng)電壓限制在1.5～1.8kv,第二級過壓保護(hù)將感應(yīng)電壓限制在1.2～0.8kv,第三級將殘壓限制在0.4kv以下，本系統(tǒng)在將殘壓通過壓敏電阻進(jìn)行最后的隔離保護(hù)。同時本系統(tǒng)還采用電氣間隙的方法進(jìn)行一層保護(hù)，將感應(yīng)雷阻絕在線路板以外，這樣就很好的防治了雷擊的破壞。  采取的技術(shù)改進(jìn)措施, 對有效地提高塔機(jī)智能安全監(jiān)控系統(tǒng)的質(zhì)量起到一定促進(jìn)作用。使塔機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)及遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)得到有效控制，為保證塔機(jī)正常運行狀態(tài)提供有力措施，就能有效地控制和杜絕安全事故的發(fā)生。