基于GPRS的桥式起重机状态监测与预警系统研究与设计

发布时间：2017-08-29 08:33

  本文关键词：基于GPRS的桥式起重机状态监测与预警系统研究与设计

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【摘要】：目前,国内现有的大部分桥式起重机的保护装置还只停留在使用超载断电装置和限制位置装置上,即起重量限制器、起升高度限制器、小车行程限位器、大车行程限位器、下降深度限位器等。这些装置都是属于机械结构式安全保护装置,只有当被监测参数超过或达到某极限值时才断电报警,无法完成桥式起重机工作过程中相关参数的实时数据显示,非极限状态下处于闲置状态,而且没有自检功能,一旦损坏,难以察觉,保护系统可靠性较低。针对上述问题,本文在分析了桥式起重机的结构和工作原理的基础上,以桥式起重机的起升机构、大车机构和小车机构为代表进行了研究,采集起吊重量、起升电机轴承温度、起升电机轴承振动幅度、吊物起升速度、大车运行位置、小车运行位置和吊物起升高度7项参数,计算起升电机承载能力参数,开发研制出基于GPRS的桥式起重机状态监控系统,并通过熵值法、BP神经网络和灰度模型相结合,建立桥式起重机安全预警模型。本系统以STC89C52单片机和S3C6410 ARM芯片作为双核心,前者控制数据采集模块,后者控制数据处理模块。通过轴销式传感器完成吊钩起重重量的信号采集,通过多圈绝对值编码器完成大车行进位置、小车行进位置和吊钩起升高度的信号采集,将采集来的信号发送给数据采集模块,再通过串口把数据发送给数据处理模块,进行监控数据的界面显示。当所监控数据超过阈值时,把故障信息通过GPRS模块以短信的方式发送到不在现场的相关管理人员的手机中,同时发送给远端的监控总站。数据处理模块控制现场监控仪的监控界面,可以通过触摸屏的方式对相关的各项参数进行详细设置。通过所研发的桥式起重机状态监控仪,可以将桥式起重机的整体监控和预警系统构成一个基于GPRS的三级监控网络。一级监控是现场监控,桥式起重机监控仪对各项参数进行现场监控,供操作人员试试观看,方便其对桥式起重机进行操作;二级监控是手机监控,在故障和事故的第一时间,将详细的故障信息通过GPRS网络以手机短信的方式发送到不在现场的相关管理人员的手机中,这样可以使事故在最早时间得到处理;三级监控是远程主站监控,通过GPRS网络将故障信息发送给远程管理主站,方便上级管理部门对故障数据进行存储与统计,极大的提高了桥式起重机故障监管系统的管理效率;同时发送实时监控数据给远程服务器,为预警模型分析提供历史数据。本系统是在传统机械、传感器、嵌入式技术、预警技术和GPRS网络技术的基础上研发的一套新型、可靠的桥式起重机工作状态监控与预警系统。该系统具有良好的可靠性、实时性以及应用价值,既方便了现场工作人员的操作,又提高了上级管理部门的管理力度,使桥式起重机的监控与工作朝着小型化、智能化、安全化的方向发展。
【关键词】：桥式起重机 预警 中央处理器 传感器 GPRS 安全监测
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH215
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-17
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 课题来源及研究意义13
• 1.2.1 课题来源13
• 1.2.2 研究意义13
• 1.3 国内外研究现状及发展趋势13-15
• 1.3.1 起重机状态监控研究现状13-15
• 1.3.2 基于状态监测的安全预警方法国内外研究现状15
• 1.4 论文的主要研究内容15-17
• 第2章 桥式起重机状态监测方案设计17-34
• 2.1 桥式起重机简要分析17-21
• 2.1.1 桥式起重机概述17-18
• 2.1.2 桥式起重机各部分机构工作模式及原理分析18-20
• 2.1.3 桥式起重机的安全装置20-21
• 2.2 系统设计总体方案21-24
• 2.2.1 系统设计要求21-22
• 2.2.2 系统总体方案设计22-23
• 2.2.3 桥式起重机监控系统中央处理单元23-24
• 2.3 状态监控传感器选型24-30
• 2.3.1 起吊重量传感器选型24-26
• 2.3.2 大小车运行位置、吊钩起升高度、起升速度传感器选型26-29
• 2.3.3 起升电机轴承温度和振动传感器选型29-30
• 2.4 GPRS网络与数据传输技术30-34
• 2.4.1 GPRS网络通信概述30-31
• 2.4.2 GPRS网络结构31-33
• 2.4.3 GPRS DTU数据传输模型33-34
• 第3章桥式起重机安全预警机制研究34-44
• 3.1 安全预警设计34-36
• 3.1.1 预警处理34-35
• 3.1.2 安全预警系统的结构组成35-36
• 3.2 预警机制及数据处理36-42
• 3.3 综合预测模型42-44
• 第4章 桥式起重机监控仪硬件设计44-57
• 4.1 监控仪硬件总体方案设计44-45
• 4.2 数据采集模块设计45-49
• 4.2.1 中央处理器的选择45
• 4.2.2 4～20mA模拟信号采集电路45-47
• 4.2.3 多圈绝对值编码器数据采集电路47-49
• 4.2.4 串口通信模块设计49
• 4.3 数据处理模块设计49-54
• 4.3.1 中央处理器的选择49-50
• 4.3.2 Nand Flash模块接口电路设计50-51
• 4.3.3 LCD液晶屏和触摸屏接口电路设计51-52
• 4.3.4 串口通信接口电路设计52
• 4.3.5 JTAG接口52-53
• 4.3.6 GPRS模块53-54
• 4.4 供电模块54-57
• 4.4.1 数据采集模块供电电路54-55
• 4.4.2 电源电路55-57
• 第5章 桥式起重机监控系统软件设计与实现57-75
• 5.1 桥式起重机状态监控操作系统设计57-59
• 5.1.1 Linux操作系统概述57-58
• 5.1.2 uboot移植58-59
• 5.1.3 Linux内核移植59
• 5.2 数据采集模块软件实现59-65
• 5.2.1 主程序设计59-60
• 5.2.2 4～20mA模拟信号采集程序设计60-63
• 5.2.3 多圈绝对值编码器数据采集程序设计63-64
• 5.2.4 串口发送数据程序设计64-65
• 5.3 数据处理模块软件设计65-70
• 5.3.1 主程序设计65-66
• 5.3.2 串口接收数据程序设计66-67
• 5.3.3 GPRS数据发送程序设计67-69
• 5.3.4 预警模块69-70
• 5.4 监控系统界面设计70-72
• 5.5 多级监控网络设计72-75
• 第6章 总结75-77
• 6.1 主要工作回顾75
• 6.2 本课题今后需要进一步提高的方面75-77
• 参考文献77-81
• 致谢81-82
• 附录A 攻读学位期间获得的研究成果82-83
• 附录B.1 数据采集板电路图83-84
• 附录B.2 数据处理板外围电路图84-85
• 附录B.3 数据处理板主芯片电路图 185-86
• 附录B.4 数据处理板主芯片电路图 286-87
• 附录C 数据采集模块程序87-96

【参考文献】

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本文编号：752336