[发明专利]基于现场总线的塔机嵌入式智能监控系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种塔机智能监控及管理技术领域，尤其涉及一种基于现场总线的塔机嵌入式智能监控系统。

背景技术

塔机是一类蕴藏危险因素较多的特种设备。在塔机的作业过程中，由于超载、违规操作、风灾等诱因，塔机安全事故时有发生，给人民生命财产带来重大的灾难性后果。塔机事故率的居高不下，除人为因素外，不能对塔机工作的在线状态、位置、工作质量和施工进度等参数进行有效监控也是一个重要原因。虽然国家标准强制要求塔机上应装设起重量限制器、变幅幅度限位器、起重力矩限制器与报警及显示记录装等安全保护装置，但塔机事故依然屡屡发生。一方面由于传统塔机安全保护装置功能单一，当前应用于塔机的安全技术多侧重事后诊断，不能满足在线监控塔机工况的需求；另一方面，安全生产动态监管机制缺失，难以预防重大事故的发生。

目前，全球化的市场竞争促使中国的塔机智能化面临着机遇与挑战并存的态势。就目前的全球塔机市场份额而言，国内的一些塔机主导企业与国外的塔机企业相比，仍存在一定差距。究其原因，主要是国内产品质量参差不齐，技术水平落后于国外品牌。激烈的市场竞争越来越依赖于技术的竞争，这也促使对塔机的智能化水平提出了更高要求，因此提高塔机智能化水平也是当前塔机企业提升产品市场竞争力的关键点。

    随着微电子技术、物联网通信技术、嵌入式技术等高新技术产业的快速发展，塔机安全监控系统也越来越普遍，如何提高系统的可靠性与智能化监控水平，成为当前塔机安全监控领域研究的热点之一。现有的塔机安全监控系统的设计方案层出不穷，但都忽视了对塔机基本工作参数的可靠采集、传输与人性化的显示，或者单一采集某一种工况参数，无法满足能反映塔机安全运行的多参数值的数据采集及传输。为解决这一矛盾，也有很多人提出了自己的设计方案，但纵观其实现方案，大多采用复杂的布线或复杂的控制技术，例如PLC的软件和硬件体系结构是封闭的而不是开放的，不同公司的PLC产品在寻址、语法结构等方面不一致，使得各种PLC互不兼容。此外，绝大多数的PLC是专用总线、专用通讯网络及协议，且各厂家的PLC编程语言都只能适合本厂的产品。

针对现有塔机安全监控仪缺乏通用性、可扩展性和人机交互的智能化，本发明的实施提供了一种基于现场总线的塔机嵌入式智能监控系统通过对塔机工况参数的实时在线监控，给塔机操作人员提供一个全面的参考；也通过记录存储塔机整个运行期间的工况参数，为预防塔机事故提供可靠的数据分析依据。

发明内容

针对现有塔机安全监控仪缺乏通用性、可扩展性和人机交互的智能性，本发明的实施提供了一种基于现场总线的塔机智能监控系统，实现对塔机运行状态的监控管理，完成塔机工况信息共享的物联网下塔机集群化作业的智能监控管理，解决了塔机集群化作业的单机智能化需求，重点解决了塔机机载安全监控系统的操作系统不稳定性问题。

本发明涉及一种基于现场总线的塔机嵌入式智能监控系统，该系统包括设备感知层、控制接入层、网络通信层和管理应用层。终端设备感知层与机载控制接入层通过CAN总线通信网络互联通信，应用CAN总线组网通信技术建立了CAN通信网。塔机主控制器及其外围设备构成的主控制平台系统构成机载控制接入层，塔机现场控制中心与远程监控平台构成系统管理应用层。机载控制接入层与管理应用层的信息间交互有多种实现方式，系统通过ZigBee无线通信网络实现与现场主控中心的近距离通信。

设备感知层由终端智能节点组成，主要完成单塔机工况的参数采集、单塔机的定位等功能。由塔机监测系统中的传感器（起重量传感器、起升高度传感器、回转角度传感器、变幅幅度传感器等）和嵌入式微控制器（本发明选择C8051F040)完成工作参数（起重量、起升高度、回转角度、变幅幅度等）的采集和转换处理，并将处理后的数据发送给CAN通信模块，然后传输到CAN总线通信网。同时，设备感知层也可以接受主控系统发送的控制信号，进行设备监控。

控制接入层包括单塔机的主控制平台、智能网关、网络协调器等，其可通过ZigBee模块实现与现场控制中心的近距离无线通信。在系统需要时，其可通过外设的无线远程模块GPRS或者以太网网口将数据传送至远程监控平台。

网络通信层包括系统核心承载网络，如CAN总线通信网、ZigBee无线通信网络、GPRS网络、2G/3G网络等。其通过CAN总线通信网实现设备感知层与控制接入层之间的通信，通过ZigBee无线通信网络实现控制接入层与现场控制中心之间的通信，通过GPRS或者以太网网口实现控制接入层与管理应用层之间的通信。