CN106338944B - 施工升降机安全智能控制*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种施工升降机安全智能控制***，所述施工升降机安全智能控制***包括：信息采集显示***、操作***、通信***、执行***、数据存储***。本发明所述施工升降机安全智能控制***是一个智能化、信息化***，采用本发明所述施工升降机安全智能控制***及方法，可以实现施工升降机的智能控制，实时安全隐患预警，确保施工升降机安全运行。
Description
技术领域
本发明属于管理技术领域，特别涉及一种施工升降机安全智能控制***。
背景技术
管理技术是指管理方法和管理手段的总称。任何社会活动都存在着管理问题，而社会活动的复杂性决定了管理技术的通用性和适应性。随着互联网技术的飞速发展，管理技术也获得了极大的提升。
随着建筑工地机械化程度的提高，建筑工地施工升降机的使用越来越普及。但是由于建筑工地管理粗放，而且工地工人普遍文化水平不高，安全意识不强，导致工地安全事故层出不穷，给企业和家庭造成严重的经济损失。
另外，很多工地上的施工升降机都是租赁的，升降机的维修保养情况都很差，有的升降机在安装的时候就存在这各种各样的安全隐患，比如防坠器坏了，限位器有故障等。这些问题平时很难觉察到，但是一旦表现出来，往往就是机毁人亡的大事故。
而且，工地建筑工期往往都比较紧张，为了加快工程进度，部分施工单位就会放松升降机使用方面的限制，这就很容易造成升降机超员、超载、非专业人员操作升降机的现象出现。
在威胁自身安全的同时也对工地上其他人的人身安全造成危害。
可知，施工升降机的安全程度和智能程度已经成为制约建筑工地安全施工的瓶颈。
目前，根据建筑工地施工升降机的实际使用情况总结出施工升降机使用中存在的问题如下：
1.施工升降机使用管理力度不强，超载、超员、人货混载等违规现象时有发生。
2.施工升降机大多是租赁来的设备，工况较差，很多升降机维修保养不够及时，部分机械部件和电子部件损坏严重，存在较大的安全隐患。
3.施工升降机智能化程度不高，设备自检能力差，加之工地上缺乏专业人员对升降机进行检查和维护，导致升降机使用过程中出现的故障隐患迟迟得不到发现和解决。
因此只有建立施工升降机安全智能控制***，提高施工升降机的智能化水平，才能有效的解决上述问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种施工升降机安全智能控制***，用于解决现有施工升降机使用过程中存在的诸多问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种施工升降机安全智能控制***，所述施工升降机安全智能控制***包括信息采集显示***、操作***、通信***、执行***、数据存储***；其中，
所述信息采集显示***，以单片机和/或PLC为基础，通过传感器和/或监控器采集并显示施工升降机安全智能控制***需要的信息；
所述通信***，用于所述信息采集显示***、所述操作***、所述执行***、所述数据存储***之间的数据传输；
所述数据存储***，用于存储施工升降机的基本信息、实时运行状态信息、驾驶员信息、维修保养记录；
所述操作***，用于接收所述信息采集显示***采集的信息，经过***内部判断处理后控制执行***完成控制动作，或者控制信息采集显示***将信息显示出来；
所述执行***，用于执行控制指令完成控制动作。
优选地，所述信息采集显示***包括信息采集显示单元和通信网络；所述信息采集单元包括标准节信息采集设备、货物重量采集设备、人数采集设备、减速机工作信息采集设备、天气信息采集设备、显示设备；所述标准节信息采集设备用于采集升降机标准节的倾斜角度信息；所述货物重量采集设备用于采集升降机吊笼提升货物的重量；所述人数采集设备用于采集升降机吊笼中提升的人数；所述减速机工作信息采集设备用于采集减速机运转的电压电流信息，进而判断减速机运行状态；所述天气信息采集设备用于采集当天的风速、雨雪、PM2.5信息数据；所述显示设备用于显示当前升降机的运行工况，包括驾驶员信息、减速机运行状况、吊笼中货物的重量、吊笼中的人数、当前天气信息；所述通信网络为所述通信***的一部分，用于将所述信息采集显示单元采集的信息传输至所述操作***。
优选地，所述标准节信息采集设备分布于升降机设备最顶端的标准节上，采集该标准节姿态角度数据计算得出升降机标准节的倾斜角度信息；为保证数据的准确性，数据经滤波算法和容错算法去除错误数据，数据会按照统一格式：采集时刻+倾角数据+校验值上传给所述控制***。
优选地，所述滤波算法为自适应滤波算法，所述自适应滤波算法可以根据所述标准节信息采集设备采集到的姿态信息建立施工升降机的姿态模型，对所述信息采集显示***采集的姿态角信息数据进行实时修正，同时该姿态模型也可根据采集的数据变化的趋势对模型自身进行优化修正；所述自适应滤波算法的公式包括：
a.Cover_T＝(Cover_T+Accer_T)β+m该公式预测数据的偏离情况，其中β、m为经验参数，β取值在1-1.5之间，m取值在0-0.15之间；
b.mar＝data_rcv-data_chg该公式用于计算新取得的数据和推证过来的数据的差值，用于判断数据的稳定性；
c.R＝R/[(Cover_T+n)α+p]该公式用于计算由于工作环境原因导致的误差，其中α、n、p都为经验参数；其中α的取值在0.9-1.2之间，一般可取1；n的取值在0.00001-0.0006之间；p的取值在0-0.03之间；所述三个参数都与标准节加固的程度、标准节结构的高度、升降机的使用年限和老化程度有关；
d.data_chg＝(data_chg+R*mar)1+λ+q根据取得的数据更新推证过来的数据，用于对测量模型进行优化；其中λ的取值在0-0.125之间，q的取值在0.001-0.003之间，为经验参数。
优选地，根据权利要求2所述的施工升降机安全智能控制***，其特征在于：所述减速机工作信息采集设备通过实时采集减速机两端的电压和电流，并结合所述货物重量采集设备的重量来判断减速机设备运转是否正常:
首先，计算减速机的实时总功率，实时总功率的计算公式为P＝UI，其中U为减速机工作电压，I为减速机工作电流；
其次，推算计算升降机设备的有用功率，升降机设备的有用功率为P1＝v*[mg(1+α)β+q]；其中m为所述货物重量采集设备测得的重量g为重力加速度，取值一般为9.8N/kg；V为吊笼提升/降落的速度α、β、q为经验参数，与吊笼内货物/人的重量、升降机自身的老化程度、吊笼提升的速度有关；α的取值在0-0.1之间，β取值在0.95-1.1之间，q的取值为在0-137之间；
最后，根据p和p1的比例值判定减速机的运行状况，若1<p/p1<1.03，认为设备运行正常；若1.03＜p/p1＜1.2,认为升降机设备自身损耗过大，需要进行检修，检测结果会通过所述信息采集显示***告知给升降机驾驶员。
优选地，所述通信***传输的数据包括状态类数据、设置类数据、报警类数据；所述通信***按照信息数据的优先级传输数据，通信***会自动筛选排序待发送数据的优先级，数据按照优先级由高到低依次发送；优先级由高到低依次为报警类数据、设置类数据、状态类数据；所述通信***的通信协议包括常用通信协议和备用通信协议，当所述通信***判别常用通信协议无法正常通信时，所述通信***自动启用备用通信协议。
优选地，通信协议是否正常通信的判定方法包括及时性和准确性两方面，包括：
A.通信发送方从发送数据到接受到通信接受方的接受数据回复之间的时间间隔不大于T0；
B.通信接受方在自检周期T时间内接收到不完整数据和错误数据的条目数不超过n条；
如果在连续两个个自检周期T内，出现一次B情况或者连续出现m次A情况，就认为通信协议出现故障。
优选地，所述执行***包括语音报警提示***、升降机启停***、应急处理***；其中所述语音报警提示***用于当操作***判断设备出现故障或超载超员进行语音提示报警；所述升降机启停***用于当判断升降机驾驶员信息正确时允许升降机工作，当判断升降机驾驶员信息有误、升降机超载超员时，自动关停升降机；所述应急处理***用于当升降机出现极端异常情况之后进行应急处理，保证人员安全。
优选地，所述T0＝5×(1+(kL/100))；其中如果通信发送方和通信接受方使用有线通信方式时，L指的是线缆的长度；如果通信发送方和通信接受方使用无线通信方式时，L指的是两者之间的直线距离；k是经验值，对于有线通信，k值和线缆材质，线缆长度有关，取值范围为0.8-1.2之间；对于无线通信，k值和周围电磁场环境、温度、湿度有关，取值范围为0.9-1.4之间；所述n＝60×T×(1-m)η+b；其中T为自检周期；m为经验值，与通信方式、通信发送方的数量、通信距离、外部环境有关；η为经验值，取值与m值有关；b为经验值，取值与T值相关；所述T为15-20min；所述m为经验值，m＝1-5。
优选地，所述执行***包括语音报警提示***、升降机启停***、应急处理***；其中所述语音报警提示***用于当操作***判断设备出现故障或超载超员进行语音提示报警；所述升降机启停***用于控制施工升降机的开启和关停；所述应急处理***用于当升降机出现极端异常情况之后进行应急处理，保证人员安全。
如上所述，本发明的智慧供水管理***及方法，具有以下有益效果：
用本发明所述施工升降机安全智能控制***，能实现施工升降机智能化管理，实时故障预警，提升施工升降机使用中的智能化和信息化水平。
提升施工升降机使用管理力度，杜绝超载、超员、人货混载等违规现象。
实时检查升降机状态，及时提醒司机维修保养，保证施工升降机的安全。
提高施工升降机智能化程度，提高设备自检能力，辅助维护人员对升降机进行检查和维护。
附图说明
图1显示为本发明施工升降机安全智能控制***示意图。
图2显示为本发明减速机工作状态检测设备工作流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
具体的，所述信息采集显示单元包括用于测量重量的重量传感器销轴；用于测量人数超高频读卡器和超高频卡；测量测量升降机标准节倾角的三维地磁角度测量仪；用于显示信息的触摸显示屏和报警灯；用于测量天气信息的由温湿度传感器、PM2.5传感器、雨雪传感器组成的综合气象站；用于测量减速机工作状态的电流传感器和电压传感器；用于显示信息的触摸显示屏和报警灯。其中重量传感器销轴插在固定升降机吊笼的销孔上，升降机吊笼通过重量传感器销轴固定连接在升降机主体上；超高频读卡器安装在吊笼笼顶，超高频卡分发给工地上的每一个工人，可以固定在工人的安全帽上；三维地磁角度测量仪垂直安装于升降机设备最顶端的标准节上，三维地磁角度测量仪使用ADXL345三维地磁芯片采集感应轴上的重力加速度和磁感应强度的数据，通过三维姿态算法解算出当前标准节的俯仰角和横滚角信息，以此来判断升降机标准节的角度是否正常；综合气象站安装台升降机吊笼外侧；减速机工作状态检测设备直接安装在减速机工作电路中，直接采集减速机的工作电压和电流；触摸显示屏和报警灯安装在吊笼内部司机驾驶位置处。所有的检测设备都可以单独的与控制***进行通信，为保证数据的准确性，数据经滤波算法和容错算法去除错误数据通信格式都是统一的：采集时间+采集信息+校验值。其中校验算法可以使用CRC16校验算法，用以保证数据的正确性。
具体的，为了保证升降机由专人操作，所述控制***通过多种方式识别确定当前驾驶员的身份，包括：司机卡识别***，指纹识别***，脸部扫描识别***等。其中司机卡识别***包括司机卡识别设备和司机卡，司机卡内存储司机的身份证信息，司机开动升降机之前，现将卡***进司机卡识别设备中，司机卡识别设备读取司机卡中存储的身份证信息，通过与控制***内部存储的驾驶员身份信息进行比较来确定当前驾驶员具不具备操作升降机的权限；另外，司机也可通过指纹识别***扫描指纹或者人脸识别设备识别人脸信息来判断是否有驾驶权限。如果检测出没有驾驶权限，所述控制***就会通过所述执行***切断升降机电源。所述执行***包括继电器，电动阀门，电子开关的一种或几种，一般使用继电器即可。
继电器可以接入到升降机吊笼内的配电柜中，用于切断升降机电源。所述控制***为嵌入式***，可使用ARM系列嵌入式芯片。
控制***和所有的信息采集单元通信，在接收到其连接的任意信息采集单元发送的信息之后先计算校验值，并和接收到的校验值相比较，如果相同，认为接收到的信息是正确的，如果不同，认为信息有误，数据抛弃不要。
信息采集单元和控制***之间的通信网络是所述通信***的一部分，通信***是一个开放性的通信网络，兼容各种通信协议。通信协议为ModBus、MBUS、IIC、SPI协议的一种或几种。控制***和各个信息采集显示单元使用专用的通信接口，方便信息采集单元的更换。
当升降机安装好之后，施工升降机安全智能控制***需由专门的工作人员对运行参数进行设置，包括最大载重量、最大载人数、减速机限制功率、标准节倾斜角度限制阈值、升降机操作员的身份信息。升降机在使用过程中，控制***会实时采集分析上述的所有信息，对升降机的运行状况作出判断，当出现超载、超员、人货混载等情况时，控制***会通过执行***的继电器切断升降机电源，同时通过信息采集显示***的触摸显示屏和报警灯提示驾驶员减轻货物重量或者吊笼内的人数，消除安全隐患。当控制***检测出标准节的倾斜角度超过设定范围，控制***会立即对升降机运行进行全面检查，在依次排除倾角测量模块测量数据错误(重复测量数值变化不大)，驾驶员猛升猛停操作不当(间隔一段时间，测量数值变化不大)等原因之后，***判断出升降机标准节结构出现问题。控制***一方面会通过断开执行***的继电器切断升降机电源，同时通过信息采集显示***的触摸显示屏和报警灯进行报警提醒检修。
具体的，所述施工升降机安全智能控制***中所述减速机工作状态检测设备的详细工作流程如下：
首先，计算减速机的实时总功率，实时总功率的计算公式为P＝UI，其中U为减速机的工作电压，I为减速机的工作电流；工作电压和工作电流通过所述减速机工作状态检测设备的电压传感器和电流传感器实时检测取得。
其次，推算计算升降机设备的有用功率，升降机设备的有用功率为P1＝v*[mg(1+α)β+q]；其中m为所述货物重量采集设备测得的重量，由重量销轴采集。g为重力加速度，取值一般为9.8N/kg；V为吊笼提升/降落的速度α、β、q为经验参数，与吊笼内货物/人的重量、升降机自身的老化程度、吊笼提升的速度有关；α的取值在0-0.1之间，β取值在0.95-1.1之间，q的取值为在0-137之间；
最后，根据p和p1的比例值判定减速机的运行状况，若1<p/p1<1.03，认为设备运行正常；若1.03＜p/p1＜1.2,认为升降机设备自身损耗过大，需要进行检修，检测结果会通过所述信息采集显示***告知给升降机驾驶员。
施工升降机安全智能控制***中的数据存储***分类存储着施工电梯基本信息、实时状态信息、驾驶员信息、维修保养记录等信息、天气阈值信息，其中施工电梯基本信息不可修改；驾驶员信息可以手动添加修改和删除，可以通过所述信息采集显示单元的触摸显示屏输入、修改、删除；维修保养记录可以人工手动添加；实时状态信息可以自动覆盖，当状态信息数据过多，存储容量不够时，***会自动一次覆盖掉最早的状态信息；天气阈值信息包括风速阈值信息、PM2.5阈值信息，所述控制***会把所述信息采集显示***中的综合气象站采集的天气信息数据与这些阈值信息比较，如果超出该阈值，所述报警***就会进行报警，提醒司机注意安全。数据存储***设置有外接接口，一般为USB接口，用户可以使用U盘将施工电梯的所有信息一次性拷取出来。
升降机每次上电或者是上电之后的每一天0点，控制***都会对升降机所有的部件进行检查，如果升降机的某个部件即将到达寿命年限或者保养时限，一般为离寿命年限/保养时限还有一个月的时间，控制***会把该部件信息每隔1天通过所述信息采集显示***的触摸显示屏向驾驶员报警，提醒驾驶员通知维护人员及早安排更换/保养计划。同时控制***也会在每天的23点开始查询需更换的部件在存储***中存储的信息是否更新，如果更新，控制***分机不再进行报警。
当维修人员对升降机部件完成更换或者保养之后，可以通过信息采集显示***的触摸显示屏更新维修保养信息。记录包括维修/保养时间、更换/保养零部件信息，其中零部件信息包括寿命年限，材质等。维修记录数据在编辑完成确认无误之后会被实时存储进数据存储***，同时控制***分机也会更新部件使用信息数据，比如更换了一个部件，理论使用寿命10年，那么数据存储***中存储的该部件信息数据中使用时间会被清零，寿命年限重新设置为10年。
施工升降机安全智能控制***也会实时的采集当天的天气信息，如果当天风速较大、出现雨雪天气、PM2.5超标，控制***也会通过信息采集显示***的触摸显示屏、报警灯，所述报警***中的所述语音报警提示***提醒驾驶员采取一定措施，注意安全。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (7)
1.一种施工升降机安全智能控制***，其特征在于，所述施工升降机安全智能控制***包括：信息采集显示***、操作***、通信***、执行***、数据存储***；其中，
所述信息采集显示***，以单片机和/或PLC为基础，通过传感器和/或监控器采集显示施工升降机安全智能控制***需要的信息；
所述通信***，用于所述信息采集显示***、所述操作***、所述执行***、所述数据存储***之间的数据传输；
所述数据存储***，用于存储施工升降机的基本信息、实时运行状态信息、驾驶员信息、维修保养记录；
所述操作***，用于接收所述信息采集显示***采集的信息，经过***内部判断处理后控制执行***完成控制动作，或者控制信息采集显示***显示信息；
所述执行***，用于执行控制指令完成控制动作；
所述信息采集显示***包括信息采集显示单元和通信网络；所述信息采集显示单元包括标准节信息采集设备、货物重量采集设备、人数采集设备、减速机工作信息采集设备、天气信息采集设备、显示设备；所述标准节信息采集设备用于采集升降机标准节的倾斜角度信息；所述货物重量采集设备用于采集升降机吊笼提升货物的重量；所述人数采集设备用于采集升降机吊笼中提升的人数；所述减速机工作信息采集设备用于采集减速机运转的电压电流信息，进而判断减速机运行状态；所述天气信息采集设备用于采集当天的风速、雨雪、PM2.5信息数据；所述显示设备用于显示当前升降机的运行工况，包括驾驶员信息、减速机运行状况、吊笼中货物的重量、吊笼中的人数、当前天气信息；所述通信网络为所述通信***的一部分，用于将所述信息采集显示单元采集的信息传输至所述操作***；
所述减速机工作信息采集设备通过实时采集减速机两端的电压和电流，并结合所述货物重量采集设备的重量来判断减速机设备运转是否正常：
首先，计算减速机的实时总功率，实时总功率的计算公式为P＝UI，其中U为减速机工作电压，I为减速机工作电流；
其次，推算计算升降机设备的有用功率，升降机设备的有用功率为P1＝v*[mg(1+α)β+q]；其中m为所述货物重量采集设备测得的重量g为重力加速度，取值一般为9.8N/kg；V为吊笼提升/降落的速度α、β、q为经验参数，与吊笼内货物/人的重量、升降机自身的老化程度、吊笼提升的速度有关；α的取值在0-0.1之间，β取值在0.95-1.1之间，q的取值为在0-137之间；
最后，根据P和P1的比例值判定减速机的运行状况，若1<P/P1<1.03，认为设备运行正常；若1.03＜P/P1＜1.2,认为升降机设备自身损耗过大，需要进行检修，检测结果会通过所述信息采集显示***告知给升降机驾驶员。
2.根据权利要求1所述的施工升降机安全智能控制***，其特征在于：所述信息采集显示单元都可以单独和所述控制***进行通信；为保证数据的准确性，数据经滤波算法和容错算法去除错误数据，数据会按照统一格式：采集时刻+采集数据+校验值传输给所述控制***。
3.根据权利要求2所述的施工升降机安全智能控制***，其特征在于：所述滤波算法为自适应滤波算法，所述自适应滤波算法可以根据所述标准节信息采集设备采集到的姿态信息建立施工升降机的姿态模型，对所述信息采集显示***采集的姿态角信息数据进行实时修正，同时该姿态模型也可根据采集的数据变化的趋势对模型自身进行优化修正；所述自适应滤波算法的公式包括：
a.Cover_T＝(Cover_T+Accer_T)β+m该公式预测数据的偏离情况，其中β、m为经验参数，β取值在1-1.5之间，m取值在0-0.15之间；
b.mar＝data_rcv-data_chg该公式用于计算新取得的数据和推证过来的数据的差值，用于判断数据的稳定性；
c.R＝R/[(Cover_T+n)α+p]该公式用于计算由于工作环境原因导致的误差，其中α、n、p都为经验参数；其中α的取值在0.9-1.2之间；n的取值在0.00001-0.0006之间；p的取值在0-0.03之间；所述三个参数都与标准节加固的程度、标准节结构的高度、升降机的使用年限和老化程度有关；
d.data_chg＝(data_chg+R*mar)1+λ+q根据取得的数据更新推证过来的数据，用于对测量模型进行优化；其中λ的取值在0-0.125之间，q的取值在0.001-0.003之间，为经验参数。
4.根据权利要求1所述的施工升降机安全智能控制***，其特征在于：所述通信***传输的数据包括状态类数据、设置类数据、报警类数据；所述通信***按照信息数据的优先级传输数据，通信***会自动筛选排序待发送数据的优先级，数据按照优先级由高到低依次发送；优先级由高到低依次为报警类数据、设置类数据、状态类数据；所述通信***的通信协议包括常用通信协议和备用通信协议，当所述通信***判别常用通信协议无法正常通信时，所述通信***自动启用备用通信协议。
5.根据权利要求4所述的施工升降机安全智能控制***，其特征在于，通信协议是否正常通信的判定方法包括及时性和准确性两方面，具体包括以下两种情况：
A.通信发送方从发送数据到接受到通信接受方的接受数据回复之间的时间间隔不大于T0；
B.通信接受方在自检周期T时间内接收到不完整数据和错误数据的条目数不超过n条；
如果在连续两个个自检周期T内，出现一次B情况或者连续出现m次A情况，就认为通信协议出现故障。
6.根据权利要求5所述的施工升降机安全智能控制***，其特征在于：所述T0＝5×(1+(kL/100))；其中如果通信发送方和通信接受方使用有线通信方式时，L指的是线缆的长度；
如果通信发送方和通信接受方使用无线通信方式时，L指的是两者之间的直线距离；k是经验值，对于有线通信，k值和线缆材质，线缆长度有关，取值范围为0.8-1.2之间；对于无线通信，k值和周围电磁场环境、温度、湿度有关，取值范围为0.9-1.4之间；所述n＝60×T×(1-m)η+b；其中T为自检周期；m为经验值，与通信方式、通信发送方的数量、通信距离、外部环境有关；η为经验值，取值与m值有关；b为经验值，取值与T值相关；所述T为15-20min；所述m为经验值，m＝1-5。
7.根据权利要求1所述的施工升降机安全智能控制***，其特征在于：所述执行***包括语音报警提示***、升降机启停***、应急处理***；其中所述语音报警提示***用于当操作***判断设备出现故障或超载超员进行语音提示报警；所述升降机启停***用于控制施工升降机的开启和关停；所述应急处理***用于当升降机出现极端异常情况之后进行应急处理，保证人员安全。
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