冶金起重机械运行安全机载预警系统.pdf

本发明提供一种冶金起重机械运行安全机载预警系统，包括：数据采集层、数据传输层以及工控机；所述工控机包括数据采集接口、数据监测模块和预警模块；其中，所述数据采集层用于采集被监控冶金起重机械运行安全参数，并通过所述数据传输层传输到所述工控机的数据采集接口；所述数据监测模块用于监测所述数据采集接口所接收到的参数；所述预警模块用于对所述数据采集接口所接收到的参数进行分析并预警。该冶金起重机械运行安全机载预警系统，能够全面有效的监控冶金起重机械运行安全状态，实现对冶金起重机械有效的长期健康监测。

1.  一种冶金起重机械运行安全机载预警系统，其特征在于，包括：数据采集层、数据传输层以及工控机；所述工控机包括数据采集接口、数据监测模块和预警模块；
其中，所述数据采集层用于采集被监控冶金起重机械运行安全参数，并通过所述数据传输层传输到所述工控机的数据采集接口；所述数据监测模块用于监测所述数据采集接口所接收到的参数；所述预警模块用于对所述数据采集接口所接收到的参数进行分析并预警。

2.  根据权利要求1所述的冶金起重机械运行安全机载预警系统，其特征在于，所述数据采集层包括传感层和信号处理器；
所述传感层包括PLC控制器、振动传感器和温度传感器；其中，所述PLC控制器为被监控冶金起重机械自身配置的控制器；所述振动传感器用于采集减速机振动信号；所述温度传感器用于采集减速机温度信号；
所述信号处理器用于采集所述PLC控制器输出信号，并通过所述数据传输层传输到所述工控机的数据采集接口；所述信号处理器还用于对所述温度传感器输出的减速机温度信号进行滤波、调理和模数转换处理，再发送到所述工控机的数据采集接口；所述信号处理器还用于对所述振动传感器输出的减速机振动信号进行滤波、调理和模数转换处理，再发送到所述工控机的数据采集接口。

3.  根据权利要求2所述的冶金起重机械运行安全机载预警系统，其特征在于，所述振动传感器采用压电式加速度传感器，自身配置有电荷放大器，其供电和信号输出共用一根同轴电缆；自身带有磁吸座，通过磁吸座将所述振动传感器安装在所述冶金起重机械减速机轴端的减速器箱体上。

4.  根据权利要求2所述的冶金起重机械运行安全机载预警系统，其特征在于，所述温度传感器采用铂电阻温度传感器PT100其通过螺纹连接的方式安装在减速机轴端的减速器箱体上。

5.  根据权利要求2所述的冶金起重机械运行安全机载预警系统，其特征在于，所述信号处理器通过以下方法采集所述温度传感器和所述振动传感器输出的参数：
所述信号处理器创建一个用于对某一被控设备进行绝对控制的设备对象句 柄；
所述信号处理器设置与每一个采样通道相对应的采样参数，该采样参数包括采样频率、该采样通道对应的传感器类型；
所述信号处理器按所述采样频率读取某一采样通道传输的模拟量数据，然后对所述模拟量数据进行模数转换，实现连续不间断循环采样；
当需要读取其他采样通道传输的数据时，修改采样通道以及采样频率参数，重复上述循环采样过程；
当需要停止采样时，释放该设备对象句柄。

6.  根据权利要求2所述的冶金起重机械运行安全机载预警系统，其特征在于，所述信号处理器通过以下方法采集所述PLC控制器输出信号：
所述信号处理器创建一个用于对某一被控设备进行绝对控制的设备对象句柄；其中，所述被控设备安装有PLC控制器；
初始化所述信号处理器与所述PLC控制器之间的采样通道；
所述信号处理器直接读取所述PLC控制器内部存储的参数。

7.  根据权利要求2所述的冶金起重机械运行安全机载预警系统，其特征在于，所述PLC控制器输出信号包括：监控参数和监控状态；
所述监控参数包括：主起升／副起升／副副起升的起重量、起升高度、工作时间和对应的操作指令，该操作指令包括起升指令、停止指令或下降指令；所述监控参数还包括大车／主小车／副小车的运行行程、安全距离和对应的操作指令，该操作指令包括左行指令、右行指令和停止指令；
所述监控状态包括主起升／副起升／副副起升的制动状态、门限位联锁保护状态以及机构间运行联锁保护状态；其中，主起升／副起升／副副起升的制动状态为制动器是否打开的状态；
所述工作时间统计为主起升／副起升／副副起升／大车／主小车／副小车的开始动作时间、结束动作时间以及工作时间段。

8.  根据权利要求1所述的冶金起重机械运行安全机载预警系统，其特征在于，所述数据监测模块包括数据显示子模块、数据存储子模块和数据回放子模块；
所述数据显示子模块用于实时显示冶金起重机械运行安全参数，还用于显示被监控的冶金起重机械安全状态；所述数据存储子模块用于通过数据库分类存储各个冶金起重机械对应的运行安全参数；所述数据回放子模块用于调取任意历史时间的运行安全历史数据。

9.  根据权利要求1所述的冶金起重机械运行安全机载预警系统，其特征在于，所述预警模块包括阈值设置子模块和超限报警子模块；
所述阈值设置子模块用于设置各个监测参数的运行安全极限值；
所述超限报警子模块用于当接收到的监测参数超过对应阈值时，进行报警。

10.  根据权利要求9所述的冶金起重机械运行安全机载预警系统，其特征在于，所述超限报警子模块包括控制电路和若干个驱动电路；所述控制电路用于与所述工控机通信，当工控机接收到的监测值超过预设阈值时，则向所述控制电路发出驱动信号；所述控制电路接收到所述驱动信号时，驱动对应的驱动电路进行声光报警。

冶金起重机械运行安全机载预警系统
技术领域
本发明属于设备健康监测技术领域，具体涉及一种冶金起重机械运行安全机载预警系统。
背景技术
冶金起重机械工作环境非常恶劣，绝大部分都处于高温、高粉尘工作环境中，一旦发生故障，后果往往非常严重。如2007年4月18日7时53分，辽宁省铁岭市清河特殊钢有限公司炼钢车间出现钢水包倾覆事故，造成32人死亡，6人重伤，造成严重的社会影响。
为降低冶金起重机械发生事故的概率，需要监控冶金起重机械的运行状态，但是，现有冶金起重机械安全监控和管理自动化水平较低，监控的运行参数不全面，难以对冶金起重机械进行有效的长期健康监测。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种冶金起重机械运行安全机载预警系统，能够全面有效的监控冶金起重机械运行安全状态，实现对冶金起重机械有效的长期健康监测。
本发明采用的技术方案如下：
本发明提供一种冶金起重机械运行安全机载预警系统，包括：数据采集层、数据传输层以及工控机；所述工控机包括数据采集接口、数据监测模块和预警模块；
其中，所述数据采集层用于采集被监控冶金起重机械运行安全参数，并通过所述数据传输层传输到所述工控机的数据采集接口；所述数据监测模块用于监测所述数据采集接口所接收到的参数；所述预警模块用于对所述数据采集接口所接收到的参数进行分析并预警。
优选的，所述数据采集层包括传感层和信号处理器；
所述传感层包括PLC控制器、振动传感器和温度传感器；其中，所述PLC控制器为被监控冶金起重机械自身配置的控制器；所述振动传感器用于采集减 速机振动信号；所述温度传感器用于采集减速机温度信号；
所述信号处理器用于采集所述PLC控制器输出信号，并通过所述数据传输层传输到所述工控机的数据采集接口；所述信号处理器还用于对所述温度传感器输出的减速机温度信号进行滤波、调理和模数转换处理，再发送到所述工控机的数据采集接口；所述信号处理器还用于对所述振动传感器输出的减速机振动信号进行滤波、调理和模数转换处理，再发送到所述工控机的数据采集接口。
优选的，所述振动传感器采用压电式加速度传感器，自身配置有电荷放大器，其供电和信号输出共用一根同轴电缆；自身带有磁吸座，通过磁吸座将所述振动传感器安装在所述冶金起重机械减速机轴端的减速器箱体上。
优选的，所述温度传感器采用铂电阻温度传感器PT100其通过螺纹连接的方式安装在减速机轴端的减速器箱体上。
优选的，所述信号处理器通过以下方法采集所述温度传感器和所述振动传感器输出的参数：
所述信号处理器创建一个用于对某一被控设备进行绝对控制的设备对象句柄；
所述信号处理器设置与每一个采样通道相对应的采样参数，该采样参数包括采样频率、该采样通道对应的传感器类型；
所述信号处理器按所述采样频率读取某一采样通道传输的模拟量数据，然后对所述模拟量数据进行模数转换，实现连续不间断循环采样；
当需要读取其他采样通道传输的数据时，修改采样通道以及采样频率参数，重复上述循环采样过程；
当需要停止采样时，释放该设备对象句柄。
优选的，所述信号处理器通过以下方法采集所述PLC控制器输出信号：
所述信号处理器创建一个用于对某一被控设备进行绝对控制的设备对象句柄；其中，所述被控设备安装有PLC控制器；
初始化所述信号处理器与所述PLC控制器之间的采样通道；
所述信号处理器直接读取所述PLC控制器内部存储的参数。
优选的，所述PLC控制器输出信号包括：监控参数和监控状态；
所述监控参数包括：主起升／副起升／副副起升的起重量、起升高度、工作时间和对应的操作指令，该操作指令包括起升指令、停止指令或下降指令；所述监控参数还包括大车／主小车／副小车的运行行程、安全距离和对应的操作指令，该操作指令包括左行指令、右行指令和停止指令；
所述监控状态包括主起升／副起升／副副起升的制动状态、门限位联锁保护状态以及机构间运行联锁保护状态；其中，主起升／副起升／副副起升的制动状态为制动器是否打开的状态；
所述工作时间统计为主起升／副起升／副副起升／大车／主小车／副小车的开始动作时间、结束动作时间以及工作时间段。
优选的，所述数据监测模块包括数据显示子模块、数据存储子模块和数据回放子模块；
所述数据显示子模块用于实时显示冶金起重机械运行安全参数，还用于显示被监控的冶金起重机械安全状态；所述数据存储子模块用于通过数据库分类存储各个冶金起重机械对应的运行安全参数；所述数据回放子模块用于调取任意历史时间的运行安全历史数据。
优选的，所述预警模块包括阈值设置子模块和超限报警子模块；
所述阈值设置子模块用于设置各个监测参数的运行安全极限值；
所述超限报警子模块用于当接收到的监测参数超过对应阈值时，进行报警。
优选的，所述超限报警子模块包括控制电路和若干个驱动电路；所述控制电路用于与所述工控机通信，当工控机接收到的监测值超过预设阈值时，则向所述控制电路发出驱动信号；所述控制电路接收到所述驱动信号时，驱动对应的驱动电路进行声光报警。
本发明的有益效果如下：
本发明提供的冶金起重机械运行安全机载预警系统，实现对冶金起重机械的起重量、起升高度／下降深度、运行行程等运行参数，起升机构制动器状态、门限位等工作状态，以及减速机的振动、轴承温度等多项参数的实时监测与预警，并能够对各运行参数、工作状态、操作指令、报警情况等实时记录和数据查看，预防或消除因故障导致的运行安全问题。解决了目前冶金起重机运行安 全方面存在的问题，提升冶金起重机的运行安全监控水平，从而保障起重机的安全运行，减少重大事故的发生。
附图说明
图1为本发明提供的冶金起重机械运行安全机载预警系统的整体结构示意图；
图2为本发明提供的采集PLC控制器输出信号的流程示意图；
图3为本发明提供的采集温度传感器和振动传感器输出参数的流程示意图；
图4为本发明提供的工控机结构示意图；
图5为本发明提供的控制电路的电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细说明：
如图1所示，本发明提供一种冶金起重机械运行安全机载预警系统，包括：数据采集层、数据传输层以及工控机；工控机包括数据采集接口、数据监测模块和预警模块；
其中，数据采集层用于采集被监控冶金起重机械运行安全参数，并通过数据传输层传输到工控机的数据采集接口；数据监测模块用于监测数据采集接口所接收到的参数；预警模块用于对所述数据采集接口所接收到的参数进行分析并预警。
以下对上述各模块进行详细说明：
(一)数据采集层
数据采集层包括传感层和信号处理器。具体的，传感层用于采集PLC控制器采集的各类监测信号、温度传感器采集的减速机温度信号以及振动传感器采集的减速机振动信号，并经信号处理器处理后，上传到工控机。
(1)传感层
传感层包括PLC控制器、振动传感器和温度传感器。
(a)PLC控制器
PLC控制器为被监控冶金起重机械自身配置的控制器；PLC控制器与工控机中的通讯卡相连，根据PLC中数据存储结构、位置等，工控机即可进行数据 读取。PLC控制器输出信号如表一所示，包括：监控参数和监控状态。
其中，监控参数包括：主起升／副起升／副副起升的起重量、起升高度、工作时间和对应的操作指令，该操作指令包括起升指令、停止指令或下降指令；所述监控参数还包括大车／主小车／副小车的运行行程、安全距离和对应的操作指令，该操作指令包括左行指令、右行指令和停止指令；
监控状态包括主起升／副起升／副副起升的制动状态、门限位联锁保护状态以及机构间运行联锁保护状态；其中，主起升／副起升／副副起升的制动状态为制动器是否打开的状态；
工作时间统计为主起升／副起升／副副起升／大车／主小车／副小车的开始动作时间、结束动作时间以及工作时间段。
表一PLC控制器输出参数表


(b)振动传感器
振动传感器用于采集减速机振动信号。本发明中，振动传感器采用压电式加速度传感器，自身配置有电荷放大器，其供电和信号输出共用一根同轴电缆；自身带有磁吸座，通过磁吸座将所述振动传感器安装在所述冶金起重机械减速机轴端的减速器箱体上。
(c)温度传感器
温度传感器用于采集减速机温度信号。本发明中，温度传感器采用铂电阻温度传感器PT100其通过螺纹连接的方式安装在减速机轴端的减速器箱体上。
(2)信号处理器
(a)对于PLC控制器输出信号的处理
信号处理器用于采集所述PLC控制器输出信号，并通过所述数据传输层传输到所述工控机的数据采集接口，具体为PLC数据采集接口；如图2所示，信号处理器通过以下方法采集所述PLC控制器输出信号：
S21，所述信号处理器创建一个用于对某一被控设备进行绝对控制的设备对象句柄；其中，所述被控设备安装有PLC控制器；
S22，初始化所述信号处理器与所述PLC控制器之间的采样通道；
S23，所述信号处理器直接读取所述PLC控制器内部存储的参数。
(b)对温度传感器和振动传感器输出信号的处理
信号处理器还用于对温度传感器输出的减速机温度信号进行滤波、调理和 模数转换处理，再发送到工控机的数据采集接口，具体为温度信号采集接口；信号处理器还用于对振动传感器输出的减速机振动信号进行滤波、调理和模数转换处理，再发送到工控机的数据采集接口，具体为振动信号采集接口。
如图3所示，信号处理器通过以下方法采集温度传感器和振动传感器输出的参数：
S31，信号处理器创建一个用于对某一被控设备进行绝对控制的设备对象句柄；在将被控设备串口初始化后，此设备对象句柄可以作为参数传递给其他函数，供其他函数使用。
S32，信号处理器设置与每一个采样通道相对应的采样参数，该采样参数包括采样频率、该采样通道对应的传感器类型；例如，温度传感器对应第一采样通道和第一采样频率；振动传感器对应第二采样通道和第二采样频率。
S32，信号处理器按采样频率读取某一采样通道传输的模拟量数据，然后对模拟量数据进行模数转换，实现连续不间断循环采样；
S33，当需要读取其他采样通道传输的数据时，修改采样通道以及采样频率参数，重复上述循环采样过程；
S34，当需要停止采样时，释放该设备对象句柄，退出采集循环即可。
(二)工控机
如图4所示，为工控机结构示意图，工控机包括数据采集接口、数据监测模块和预警模块；
(1)数据采集接口
数据采集接口包括：PLC数据采集接口、振动信号采集接口和温度信号采集接口。
(2)数据监测模块
数据监测模块包括数据显示子模块、数据存储子模块和数据回放子模块；
数据显示子模块用于实时显示冶金起重机械运行安全参数，还用于显示被监控的冶金起重机械安全状态；
数据存储子模块用于通过数据库分类存储各个冶金起重机械对应的运行安全参数；具体的，由于运行安全参数数据量较大，因此，采用数据库对运行安 全参数管理。该数据库主要对PLC控制器输出信号、减速机振动信号、减速机温度信号等监测参数管理。除此以外，还需要对监测信号的基本信息、监测参数报警阈值等信息进行管理，实现信号监测与数据存储的目的。其中，监测信号的基本信息包括信号采集时间、信号对应的起重机编号等。
数据回放子模块用于调取任意历史时间的运行安全历史数据。
(3)预警模块
预警模块包括阈值设置子模块和超限报警子模块。其中，阈值设置子模块用于设置各个监测参数的运行安全极限值；超限报警子模块用于当接收到的监测参数超过对应阈值时，进行报警。用户通过设定报警阈值实现监测过程中实时预警的作用。超限报警子模块可以采用声光报警模块，通过声光报警模块进行声光报警。
预警模块可以通过USB连接线与工控机相连，也可以为工控机的一个内置模块。工控机中的软件设定各个参数的报警值，并将采集的监测值与报警值进行比较，当监测值超过报警值时，驱动报警模块进行声光报警。
具体的，超限报警子模块包括控制电路和若干个驱动电路；控制电路可以使用单片机89C51，一方面，用于与工控机通信，当工控机接收到的监测值超过预设阈值时，则向控制电路发出驱动信号；另一方面，控制电路接收到驱动信号时，驱动对应的驱动电路进行声光报警。控制电路的电路图如图5所示：CPU采用89C51芯片，利用89C51P1口与两个8255数据总线连接，不存在地址与数据混同；利用89C51P2口的引脚P20和P21与8255地址线A0、A1相连，8255片选线(CS)接P22，通过软件读、写控制线与8255直接相连，在软件中只要使用MOVX指令，即可使其发生变化；8255的3个I／O口共24位数据线外接驱动电路控制声光报警。
综上所述，本发明提供的冶金起重机械运行安全机载预警系统，实现对冶金起重机械的起重量、起升高度／下降深度、运行行程等运行参数，起升机构制动器状态、门限位等工作状态，以及减速机的振动、轴承温度等多项参数的实时监测与预警，并能够对各运行参数、工作状态、操作指令、报警情况等实时记录和数据查看，预防或消除因故障导致的运行安全问题。解决了目前冶金起 重机运行安全方面存在的问题，提升冶金起重机的运行安全监控水平，从而保障起重机的安全运行，减少重大事故的发生。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。