塔式起重机顶升平台监控系统的制作方法

本发明涉及安全监控技术领域，特别涉及一种塔式起重机顶升平台监控系统。

背景技术：

塔式起重机是建筑行业里一种重要的物料输送设备，随着设备数量的增加以及应用场合的增多，其安全性能越来越受到重视。塔式起重机的安全生产事故多发生在安拆作业中，人的不安全行为是导致事故的主因，例如挂靴操作不规范、配重不平衡、套架冒顶、起重臂转臂及顶风作业等情况时有发生。为此，解决物的不安全状态，提高设备的本质安全性，是亟待解决的问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的以上技术问题，本发明提供一种塔式起重机顶升平台监控系统，能够使塔式起重机在安拆作业过程中对人的不安全行为进行监控及预警。

一种塔式起重机顶升平台监控系统，包括plc控制系统、传感器监测装置和报警装置；

所述传感器监测装置与所述plc控制系统的输入端连接，用于在顶升平台的顶升或安拆过程中实时监测并采集顶升平台的监测量值数据，并将所述数据输入plc控制系统；

所述plc控制系统用于调用允许值比较程序，将所述监测量值数据与参数允许值进行比较；

所述plc控制系统的输出端与液压泵站及所述报警装置连接，所述plc控制系统还用于，根据所述监测量值数据与所述参数允许值的比较结果，控制液压泵站通断电，或者控制报警装置报警。

其中，所述根据所述监测量值数据与所述参数允许值的比较结果，控制液压泵站通断电，或者控制报警装置报警，包括：

在安拆作业开始前，若监测量值数据在参数允许值范围内，则plc控制系统控制液压泵站通电，指示可以正常作业；若监测量值数据不在参数允许值范围内，则控制报警装置报警；

在安拆作业过程中，若监测量值数据不在参数允许值范围内，则plc控制系统控制报警装置报警，并根据超限参数控制泵站的升降两回路的通断电，直至液压缸行程监测参数在设计值范围内，完成一次作业；

所述传感器监测装置包括套架导行轮轮压监测装置、套架倾斜监测装置、液压缸压力监测装置、作业风速监测装置、套架上限位置监测装置、挂靴就位监测装置、起重臂位置监测装置和液压缸行程监测装置；

所述套架导行轮轮压监测装置用于监测安拆作业中套架导行轮轮压是否超过参数允许值，当监测到任意导行轮的轮压超限，若超过，则报警装置发出报警信号，液压泵站断电；

所述套架倾斜监测装置用于监测安拆作业中套架倾斜角度是否超过规定安全值，若超过，则报警装置发出报警信号，液压泵站断电；

所述液压缸压力监测装置用于监测安拆作业中液压缸顶升力是否超过参数允许值，若超过，则报警装置发出报警信号，液压泵站断电；

所述作业风速监测装置用于监测安拆作业中作业风速是否超过参数允许值，若超过，则报警装置发出报警信号，液压泵站断电；

所述套架上限位置监测装置用于监测套架是否处于冒顶位置，若套架处于冒顶位置，即顶升套架上部导行轮中心线距离塔身标准节上顶面的距离小于规定安全距离时，套架上限位置监测装置将收到反馈信号，则报警装置发出报警信号，液压缸上行回路断电；

所述挂靴就位监测装置用于分别检测上、下挂靴是否就位准确，如就位不准确，则报警装置发出报警信号，液压泵站断电；

所述起重臂位置监测装置用于检测起重臂是否处于可顶升位置范围内，若起重臂未就位或作业中就位状态发生改变，则报警装置发出报警信号，液压泵站断电；

所述液压缸行程监测装置用于实时测量液压缸的伸缩长度，若液压缸行程达到设计值范围，则结束该次作业循环。

优选地，所述监测量值数据包括模拟量数据和数字量数据；其中，所述模拟量数据包括套架导行轮轮压、套架倾斜角度、液压缸压力和作业风速，所述数字量数据包括套架上限位置数据、挂靴就位位置数据和起重臂架位置数据。

优选地，所述报警装置包括报警灯和/或语音播放板。

优选地，还包括人机交互系统，所述人机交互系统包括操纵平台及状态显示装置，所述操纵平台及状态显示装置与所述plc控制系统的输入端及输出端连接，用于与所述plc控制系统进行信息的实时交互。

优选地，所述挂靴就位监测装置为接近开关，包括上挂靴就位监测装置及下挂靴就位监测装置两组接近开关，每组接近开关由左右两个接近开关组成，接近开关安装于挂靴上，且满足挂靴与踏步连接时接近开关动作，挂靴与踏步解除连接后接近开关自动复位；

所述液压缸行程监测装置为激光测距仪，设置在上顶升横梁的下表面，且满足安装后，激光束应能平行于液压缸轴线射出且落于下顶升横梁上表面；

所述起重臂位置监测装置为镜面反射型光电传感器，镜面反射光电传感器和反射器分别安装于上下转台相对表面上，且满足起重臂位置相对于作业位置偏转±3°范围内传感器可接收到反射光线，否则接收不到反射光线；

所述套架导行轮轮压监测装置为销轴式压力传感器，所述销轴式压力传感器替代套架导行轮轮轴，采集安拆作业中导行轮向心压力信号并传输给plc控制系统；

所述套架倾斜监测装置为双轴倾角传感器，安装于与套架主肢垂直的安装架上；

所述液压缸压力监测装置为液压压力传感器，安装于液压泵站进出油管处；

所述作业风速监测装置为风速传感器，安装于与套架主肢垂直的安装架上；

所述套架上限位置监测装置具体为镜面反射型光电传感器，共有两组，镜面反射光电传感器和反射器分别安装在套架的四个主肢上，平行于顶升横梁的镜面反射光电传感器和反射器为一组配合工作，安装高度一致，且满足在安拆作业中，套架相对最上层标准节处于最高位置，套架下行时传感器接收不到反射光线，套架上行时传感器可接收到反射光线。

优选地，所述套架导行轮轮压监测装置包括八个销轴式压力传感器，分别安装在套架的前四个导行轮及后四个导行轮上，替代导行轮原有轮轴。

优选地，所述风速传感器通过螺栓连接在水平连接板上，水平连接板焊接在垂直连接板上，垂直连接板通过螺栓连接或者焊接在套架主肢上。

优选地，所述挂靴就位监测装置由上挂靴就位监测装置和下挂靴就位监测装置组成，上挂靴就位监测装置和下挂靴就位监测装置均包括左右两组接近开关；上挂靴的接近开关通过螺栓连接在接近开关底座上，接近开关底座焊接在上顶升横梁上；下挂靴就位监测装置安装在下顶升横梁上，下挂靴的接近开关通过螺栓连接在下挂靴上；上挂靴的接近开关负责检测两个上挂靴是否准确钩挂在塔身标准节踏步槽内，下挂靴的接近开关负责检测下挂靴是否准确钩挂在塔身标准节踏步槽内。

优选地，所述套架倾斜监测装置安装在套架主肢上，双轴倾角传感器设置在水平连接板的上平面，水平连接板焊接在垂直连接板上，且水平连接板的上平面与垂直连接板的上端面平行；垂直连接板固定在套架主肢上且紧贴在套架主肢的连接面上，垂直连接板的上端面与所述套架主肢的侧面垂直。

本发明至少具有以下优点：

本发明通过实时监测安拆作业过程中的重要部件的位置参数和状态信息，避免因人的操作失误或作业过程中的不稳定因素而导致安全事故，从而提高塔式起重机在安拆作业过程的安全性，保障作业人员和作业设备的安全。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明提供的顶升平台监控系统实施例的结构示意图；

图2是图1中的传感器监测装置的安装位置示意图；

图3是图2中的起重臂位置监测装置安装位置示意图；

图4是图2中的套架上限位置监测装置安装位置示意图；

图5是图2中的前导行轮轮压监测装置安装位置示意图；

图6是图2中的后导行轮轮压监测装置安装位置示意图；

图7是图2中套架倾斜和作业风速监测装置安装位置示意图；

图8是图2中上挂靴就位和液压缸行程监测装置安装位置示意图；

图9是图2中下挂靴就位监测装置安装位置示意图；

图10是本发明实施例提供的顶升平台监控系统的工作流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，该图为本发明提供的塔式起重机顶升平台监控系统实施例的结构示意图。

本实施例提供的塔式起重机顶升平台监控系统，可以设置于塔式起重机顶升平台处，区别且独立于塔式起重机的司机室控制系统，对塔身标准节的安拆过程进行实时监测和控制，该系统包括plc控制系统、传感器监测装置和报警装置；

所述传感器监测装置与所述plc控制系统的输入端连接，用于在顶升平台的安拆过程中实时监测并采集顶升平台的监测量值数据，并将所述数据输入plc控制系统；

所述plc控制系统用于调用允许值比较程序，将所述监测量值数据与参数允许值进行比较；

所述plc控制系统的输出端与液压泵站及所述报警装置连接，所述plc控制系统还用于，根据所述监测量值数据与所述参数允许值的比较结果，控制液压泵站通断电，或者控制报警装置报警。

进一步地，本实施例的顶升平台监测系统还包括人机交互系统，包括操纵平台及状态显示装置，所述操纵平台及状态显示装置与所述plc控制系统的输入端及输出端连接，用于与所述plc控制系统进行信息的实时交互。

进一步地，所述根据所述监测量值数据与所述参数允许值的比较结果，控制液压泵站通断电，或者控制报警装置报警，包括：

在安拆作业开始前，若监测量值数据在参数允许值范围内，则plc控制系统控制液压泵站通电，指示可以正常作业；若监测量值数据不在参数允许值范围内，则控制报警装置报警；

在安拆作业过程中，若监测量值数据不在参数允许值范围内，则plc控制系统控制报警装置报警，并根据超限参数控制液压泵站的升降两回路的通断电，直至液压缸行程监测参数在设计值范围内，完成一次安拆作业。

在本实施例中，所述plc控制系统、操纵平台及状态显示装置布置在箱体内，置于塔式起重机顶升套架平台上，其中状态显示装置可以为触摸显示屏；所述传感器监测装置和报警装置均安装在塔式起重机顶升套架及回转台上，其中，所述报警装置具体可以包括报警灯和/或语音播放板。

在本实施例的一种实施方式中，如图2所示，所述传感器监测装置具体可以包括：套架导行轮轮压监测装置3、套架倾斜监测装置5、液压缸压力监测装置(图中未示出)、作业风速监测装置4、套架上限位置监测装置2、上挂靴就位监测装置6、起重臂位置监测装置、液压缸行程监测装置7、下挂靴就位监测装置8；其中，

套架导行轮轮压监测装置3用于监测安拆作业中套架导行轮轮压是否超过参数允许值，当监测到任意导行轮的轮压超限，若超过，则报警装置发出报警信号，液压泵站断电；隐患消除后方可继续作业；

套架倾斜监测装置5用于监测安拆作业中套架倾斜角度是否超过规定安全值，若超过，则报警装置发出报警信号，液压泵站断电，作业停止，隐患消除后方可继续作业；

液压缸压力监测装置用于监测安拆作业中液压缸顶升力是否超过参数允许值，若超过，则报警装置发出报警信号，液压泵站断电，作业停止，隐患消除后方可继续作业；

作业风速监测装置4用于监测安拆作业中作业风速是否超过参数允许值，若超过，则报警装置发出报警信号，液压泵站断电，作业停止，隐患消除后方可继续作业；

套架上限位置监测装置2用于监测套架是否处于冒顶位置，若套架处于冒顶位置，即顶升套架上部导行轮中心线距离塔身标准节上顶面的距离小于规定安全距离时，监套架上限位置监测装置将收到反馈信号，则报警装置发出报警信号，液压缸上行回路断电，只能进行下降作业；

上挂靴就位监测装置6、下挂靴就位监测装置8用于分别检测上、下挂靴是否就位准确，如就位不准确，则报警装置发出报警信号，液压泵站断电，无法进行安拆作业或停止正在进行的安拆作业，隐患消除后方可进行或继续作业；

起重臂位置监测装置1用于检测起重臂是否处于可顶升位置范围内，若起重臂未就位或作业中就位状态发生改变，则报警装置发出报警信号，液压泵站断电，无法进行安拆作业或停止正在进行的安拆作业，隐患消除后方可进行或继续作业；

液压缸行程监测装置7用于实时测量液压缸的伸缩长度，若液压缸行程达到设计值范围，则结束该次作业循环。

需要说明的是，所述监测量值数据包括模拟量数据和数字量数据；其中，所述模拟量数据可包括套架导行轮轮压、套架倾斜角度、液压缸压力和作业风速，所述数字量数据可包括套架上限位置数据、挂靴就位位置数据和起重臂位置数据。

在一种具体实施方式中，所述起重臂位置检测装置具体可以为镜面反射型光电传感器，镜面反射光电传感器和反射器分别安装于上下转台相对表面上，且满足起重臂位置相对于作业位置偏转±3°范围内传感器可接收到反射光线，否则接收不到反射光线。

如图3所示，镜面反射型光电传感器安装于上下转台之间，具体地，第一发射器105通过连接螺栓固定在第一发射器连接板104上，第一发射器连接板104焊接在下转台106上表面；第一反射器103通过连接螺栓固定在反射器连接板102上，反射器连接板102焊接在上转台101的下表面；第一反射器103接收范围相对于回转平台转动±3°，用于检测起重臂位置是否偏移过大。第一发射器105与第一反射器103共同形成起重臂位置检测装置1。若第一发射器105能够顺利接收到第一反射器103反射回来的激光射线，说明起重臂处于可顶升位置范围内，否则系统将发出报警信号播报语音提示，液压泵站断电；本实施方式通过镜面反射光电传感器监控起重臂臂架是否就位，阻止了起重臂臂架未就位即开始作业的误操作或作业过程中起重臂臂架回转的误动作。

在另一种具体实施方式中，所述套架上限位置监测装置具体为镜面反射型光电传感器，共有两组，镜面反射光电传感器和反射器分别安装在套架的四个主肢上，平行于顶升横梁的镜面反射光电传感器和反射器为一组配合工作，安装高度一致，且满足在安拆作业中，套架相对最上层标准节处于最高位置，套架下行时传感器接收不到反射光线，套架上行时传感器可接收到反射光线。

具体地，如图4所示，套架上限位置监测装置2包括两组镜面反射光电传感器，第二发射器203、第三发射器208和第二反射器201、第三反射器205分别通过第一发射器连接角钢204、第二发射器连接角钢207、第二反射器连接板202及第三反射器连接板206，安装在套架的四个主肢上，平行于顶升横梁的发射器和反射器为一组配合工作，第二反射器201和第二发射器203为一组，第三反射器205和第三发射器208为一组，安装高度一致且满足：安拆作业中，套架相对最上层标准节处于最高位置，套架下行时传感器接收不到发射光线，套架上行时传感器可接收到发射光线。若第二发射器203或第三发射器208能够顺利接收到第二反射器201或第三反射器205反射回来的激光射线，说明套架处于冒顶位置范围内，系统将发出报警信号播报语音提示，液压缸上行回路断电。

在再一种具体实施方式中，所述套架导行轮轮压监测装置为销轴式压力传感器，所述销轴式压力传感器替代套架导行轮轮轴，采集安拆作业中导行轮向心压力信号并传输给plc控制系统。

如图5和图6所示，套架导行轮包括套架前片301，套架前主肢302，套架侧片303，导行轮支座304，前导行轮305，销轴式压力传感器306，侧导行轮307，标准节主肢308，后导行轮309，套架后主肢310；套架导行轮轮压监测装置具体包括八个销轴式压力传感器306，分别安装在套架的前四个导行轮305、后四个导行轮309上，替代导行轮原有轮轴；安拆作业过程中，由于受到上部不平衡力矩或者塔身倾斜等因素影响，套架和塔身会受到侧向附加载荷作用，当该附加载荷超出结构设计极限时，就会发生结构破坏；销轴式传感器将检测到的压力信号转换成电压信号，经plc控制系统处理调用参数允许值比较程序，若检测压力值超限，系统将发出报警信号播报语音提示，液压泵站断电；由于套架上部载荷不平衡、风载过大或套架制造或安装误差等影响因素可导致套架和标准节局部压力过大，本实施方式不改变原有套架结构，仅替换了原有的销轴，通过监测起升平面内的八个导行轮轮压不超过允许值，避免了套架和标准节的局部失效，安装实施方便，低成本高实效。

在第四种具体实施方式中，所述套架倾斜监测装置具体为双轴倾角传感器，安装于套架主肢上。

如图7所示，所述套架倾斜监测装置5安装在套架主肢上，具体地，双轴倾角传感器403通过螺栓连接在水平连接板402的上平面，水平连接板402焊接在垂直连接板401上，且水平连接板402的上平面与垂直连接板的上端面平行；垂直连接板401通过螺栓连接或者焊接在套架主肢上且紧贴在套架主肢的连接面上，垂直连接板401的上端面与所述套架主肢的侧面垂直；若双轴倾角传感器403检测到套架倾斜角度超限，系统将发出报警信号播报语音提示，液压泵站断电。由于套架外部载荷或塔身倾斜度等影响因素可导致套架倾斜而产生附加载荷，本实施方式通过监测套架在水平面两个维度内的套架倾斜度是否超过参数允许值，便于作业人员实时掌握作业工况条件，指导作业人员安全施工，从而避免了标准节发生强度失效。

在第五种具体实施方式中，所述作业风速监测装置为风速传感器，安装于套架主肢上。

如图7所示，所述作业风速监测装置4安装在套架主肢上，具体地，风速传感器404通过螺栓连接在水平连接板402上，水平连接板402焊接在垂直连接板401上，垂直连接板401通过螺栓连接或者焊接在套架主肢上。若风速传感器404检测到作业风速超限，系统将发出报警信号播报语音提示，液压泵站断电；本实施方式实时监测安拆作业中作业风速是否超过参数允许值，便于作业人员实时掌握作业工况条件，指导作业人员安全施工。

在第六种具体实施方式中，所述挂靴就位监测装置可以为接近开关，包括上挂靴就位监测装置及下挂靴就位监测装置两组接近开关，每组接近开关由左右两个接近开关组成，接近开关安装于挂靴上，且满足挂靴与踏步连接时接近开关动作，挂靴与踏步接触连接后接近开关自动复位。

具体地，如图8和图9所示，所述挂靴就位监测装置由上挂靴就位监测装置(6)和下挂靴就位监测装置(8)组成，上挂靴就位监测装置(6)和下挂靴就位监测装置(8)均包括左右两组接近开关；上挂靴的接近开关(503)通过螺栓连接在接近开关底座(502)上，接近开关底座(502)焊接在上顶升横梁(501)上；下挂靴就位监测装置(8)安装在下顶升横梁(604)上，下挂靴的接近开关(601)通过螺栓连接在下挂靴(603)上；上挂靴的接近开关(503)负责检测两个上挂靴(504)是否准确钩挂在塔身标准节踏步(602)槽内，下挂靴的接近开关(601)负责检测下挂靴(603)是否准确钩挂在塔身标准节踏步(602)槽内。若接近开关动作，说明挂靴就位准确，若上下挂靴均未就位，系统将发出报警信号播报语音提示，液压泵站断电；本实施方式通过将接近开关分别安装在上下挂靴处与挂靴就位状态相关，动作状态易于辨识，用于监测上下挂靴是否就位准确，避免上(下)挂靴未就位即开始拆卸下(上)挂靴的情况出现，也有助于提醒作业人员及时处理作业过程中挂靴就位状态改变的危险情况。

在第七种具体实施方式中，所述液压缸行程监测装置具体为激光测距仪，设置在上顶升横梁的下表面，且满足安装后，激光束应能平行于液压缸轴线射出且落于下顶升横梁上表面。

具体地，如图8所示，所述液压缸行程监测装置7安装于套架上顶升横梁的下表面，激光测距传感器505通过螺栓连接在上顶升横梁上。通过激光测距传感器505向下部的下顶升横梁发射激光信号，以监测液压缸506的行程，为作业人员提供套架的实时位置和作业进程，并在套架达到预定位置时提示作业人员准备结束作业，若达到预定位置限值时仍未停止作业，系统将控制泵站断电，结束作业，因此也能避免冒顶现象的出现。

在第八种具体实施方式中，所述液压缸压力监测装置安装在液压泵站的进出油管处，通过液压压力传感器采集安拆作业中的液压缸进出油压力信号并传输给plc控制系统，系统分析处理得到液压缸顶升力，经调用允许值比较程序，若液压缸顶升力超限，系统将发出报警信号播报语音提示，液压泵站断电；本实施方式的液压缸压力经系统分析处理后，判定液压缸顶升力是否超限，防止标准节与塔身未拆卸分离、上下挂靴同时钩挂或运行卡阻等情况的出现，避免因作业人员失误致使液压缸顶升力过大，而导致套架或标准节结构失效。

本发明填补了国内塔式起重机安拆作业中便捷监控技术的空白，在不改变塔式起重机原有控制系统和金属结构的基础上，升级了顶升平台的操控系统，增加了监控功能，实时监测塔式起重机各重要部件的位置参数和状态信息，并依据控制系统数据处理与分析功能，控制了液压缸的升降作业，从而实现了对作业过程的安全控制，使塔式起重机在安拆作业过程中对人的不安全行为具备一定辨识和控制能力，解决了物的不安全状态，提高了设备的本质安全性，避免了因人的不安全行为和物的不安全状态而引发的安全事故。

为了使本领域技术人员更好地理解本发明提供的技术方案，下面将以上实施例提供系统的工作过程进行说明，具体可以参见图10，该图为本发明实施例提供的顶升平台监控系统的工作流程图。

顶升平台监测系统在通电后完成初始化工作，作业人员通过触摸显示屏发出指令信号，经plc控制系统处理后，控制液压缸伸或缩，即顶升作业或下降作业；由起重臂位置监测装置、套架上限位置监测、套架导行轮轮压监测装置、作业风速监测装置、套架倾斜监测装置、上、下挂靴就位监测装置、液压缸压力监测装置分别检测相应的参数并向系统反馈信号，经plc控制系统处理后判定塔式起重机各重要部件的位置参数和状态信息均在合理范围内，开始顶升或下降作业，否则，系统将发出报警信号播报语音提示，泵站断电，禁止作业；顶升或下降作业过程中，系统将实时监测塔式起重机各重要部件的位置参数和状态信息，并将反馈的信息经plc控制系统处理，以控制作业过程始终保持在安全范围内，若位置出现异常或监测参数超限，plc控制报警装置发出声光报警，作业立即停止，直至作业人员消除危险源后，才能继续作业；作业过程中，液压缸行程监测装置实时监测液压缸行程，帮助作业人员了解套架位置和作业进程，并在套架达到预定位置时提示作业人员准备结束作业，若达到预定位置限值时仍未停止作业，系统将控制泵站断电，结束作业，完成一个工作循环。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。