塔机安全监测系统的研究与开发

发布时间：2020-03-23 11:41

【摘要】：塔机是一种具有重心高、工作范围大、起吊量大、运行速度快等特点的大型工程机械,也是一种事故率非常高的特种设备。因此,为了提高塔机工作的安全系数,实现整个塔机工作参数的安全监测是十分有必要的。本论文在对国内外塔机安全监测系统现状及发展趋势分析的基础上,针对目前国内对塔式起重机安全监测的不足的问题,特别是对塔机起吊钢丝绳的安全监测不足,详细分析了影响塔式起重机安全工作的相关参数。根据塔式起重机的工作特点,提出了利用CCD非接触检测技术及其相关传感器对塔机监测及处理监测信号,实现对塔机安全监控及早期预警。本论文通过对塔机的安全监测系统进行研究和设计,完成了塔机的安全监测系统硬件设计和监测系统软件功能的实现,特别是对钢丝绳的断丝和变形参数的检测判定。从而可以提高塔机安全监测系统的安全系数。本论文的塔机安全监测系统主要包括钢丝绳的断丝和变形检测、塔机传感器监测控制模块、塔机安全监测系统软件三部分。首先,对钢丝绳断丝和变形检测技术进行了理论的可行性分析,并且在此基础上,设计了塔机安全监测系统的总体框架和具体方案。其次,根据塔机监测控制系统方案设计了塔机安全监测系统硬件平台。该硬件平台包括基于CCD图像处理的钢丝绳断丝及变形监测模块、基于ARM Cortex-M4处理器的控制器模块、基于TJA1050通信的CAN总线数据模块、基于Lora通信的低功耗智能吊钩,以及内存模块IS62WV51216、存储模块SD卡、通信模块、电源模块、时钟模块等。通过元器件的选型、电路模块化设计、PCB板的设计来分析塔机传感器监测控制模块的EMC(电磁兼容性)。然后,根据塔机安全监测系统软件方案设计了对应的安全监测系统软件。该软件由塔机传感器监测控制模块固件、钢丝绳CCD检测算法、监测界面组成。通过塔机传感器监测控制模块固件可以实现对塔机各个传感器数据的接收、计算、异常处理、传输等;通过钢丝绳CCD检测算法实现对钢丝绳的断丝和变形监测;监测界面是整个塔机安全监测系统中图像和数据的一个汇总,包括传感器监测控制模块数据、串口通信数据、监控画面、CCD钢丝绳检测数据等,通过监测界面可以让操作人员实时了解整个塔机的工作状态。最后,完成塔机安全监测系统的调试与试验。通过塔机传感器监测控制模块硬件和塔机安全监测系统软件实现连接调试,并对塔机传感器监测控制模块的传感器数据、监控画面、检测的钢丝绳数据进行了试验,并且验证了整个塔机监测系统良好的监测性能,并取得了预期的效果。
【图文】：

图 1.1 移动式塔机 图 1.2 固定式塔机Fig1.1 Mobile tower crane Fig1.2 Fixed tower crane（2）根据吊臂实现变幅的方式不同分为俯仰变幅和小车变幅这两种塔机俯仰变幅塔机实现变幅的原理：通过升高吊臂的方式来改变水平方向的幅度，即总臂长的余弦值就是水平方向的幅度值；小车变幅是通过在起重臂上行走的变幅小车来实现变幅，小车离塔身越远则幅度值越大，反之，幅度值越小。俯仰变幅式塔机[4]如图 1.3，小车变幅塔机[5]如图 1.4。

图 1.1 移动式塔机 图 1.2 固定式塔机Fig1.1 Mobile tower crane Fig1.2 Fixed tower crane（2）根据吊臂实现变幅的方式不同分为俯仰变幅和小车变幅这两种塔机俯仰变幅塔机实现变幅的原理：通过升高吊臂的方式来改变水平方向的幅度，即总臂长的余弦值就是水平方向的幅度值；小车变幅是通过在起重臂上行走的变幅小车来实现变幅，小车离塔身越远则幅度值越大，反之，，幅度值越小。俯仰变幅式塔机[4]如图 1.3，小车变幅塔机[5]如图 1.4。
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH213.3

【参考文献】

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2 蒋斌;AP1000核电站塔式起重机安全风险分析与对策[D];南华大学;2015年

3 王兆琦;电梯钢丝绳图像信息检测系统[D];东华大学;2011年

4 孙先伟;基于ZigBee的无线塔机安全监测系统设计[D];西安建筑科技大学;2010年

本文编号：2596671