导轨式附着升降脚手架监控系统 ( 一 ) 技术领域
本发明涉及高层与超高层建筑施工用的升降脚手架技术领域， 具体为一种导轨式 附着升降脚手架监控系统。 ( 二 ) 背景技术
目前导轨式附着升降脚手架在高层及超高层建筑施工中已广泛应用。 此种升降脚 手架主要包括架体结构、 附着承重结构、 控制系统三个部分。其中架体结构包括竖向主框 架、 水平底桁架及连接件 ； 附着承重结构包括承重梁、 导向系统、 防坠系统等 ； 控制系统则 包括计算机集中控制的强、 弱电系统。 附着支承结构固定于建筑物的承重构件之上， 架体结 构通过附着承重结构可靠地附着于建筑物承重构件， 并受导向系统约束实现升降。起重器 安装于承重梁、 与架体结构相连， 起重器工作过程的各种载荷均经过架体结构转移至承重 梁， 最终传递到建筑物承重构件。这种导轨式附着升降脚手架具有安装快捷、 适用范围广、 操作简便、 脚手架用料及能耗少等优点。
由于本设备属特种高危建筑机械设备， 因此必须配置有防坠、 防倾装置以确保安 全运行， 由于高空升降过程整体荷载变化的复杂性， 目前智能化多吊点平衡控制系统运用 已成为必然趋势。 如上海市第八建筑工程公司等 1997 年申请的实用新型专利 “可分段监控 荷载的整体电动升降脚手架” 。 其在每个吊点的电动葫芦上安装有拉力传感器， 与荷载控制 模块连接， 各荷载控制模块与控制器连接， 控制器控制整个系统的报警。 由于拉力传感器采 集原始张力信号很弱， 在传输距离上受到限制， 必须进行信号放大处理方能准确即时从各 吊点输入计算机处理中心。
由于建筑施工环境中灰尘、 潮湿、 干扰等不利因素影响， 目前计算机智能控制系统 在实用中受到严重限制， 主要原因包括 ：
1. 控制平台受现场不利因素影响， 系统及配套设施总体运行不稳定， 抗干扰、 防腐 蚀措施不完善 ；
2. 吊索张力、 视频、 电触发等信息传递系统中， 外部设备集成程度低， 受自身结构 影响安装过程复杂， 不适应现代建筑业的运行节奏 ；
3. 目前设备过多考虑成本， 为保证多吊点同步运行， 仅简单地选用相同品牌、 相同 规格型号的起重器， 无控制手段， 仍难实现各吊点运行同步 ；
4. 系统对使用者操作技术水平和经验的要求高。
总之目前国内实用的导轨式附着升降脚手架安全监控系统亟待在硬、 软件方面完 善。 ( 三 ) 发明内容
本发明的目的是公开一种导轨式附着脚手架监控系统， 其包括对各吊点钢索张力 和升降同步的智能化实时监控， 确实保证高空环境下升降脚手架施工的低能耗、 高效率和 安全性。本发明设计的导轨式附着升降脚手架监控系统为安装于包括架体结构和附着承 重结构的导轨式附着脚手架的监控系统， 本监控系统包括控制主机及与之连接的强、 弱电 控制设施， 控制主机包括可编程序控制器及与之连接的存储器、 输入模块、 输出模块和声 / 光报警装置， 输出模块连接强、 弱电控制元件及声 / 光报警装置。本监控系统含有起重张力 监控子系统， 起重张力监控子系统包括控制主机的可编程序控制器内存储的相关分析比较 软件， 存储器内存储的钢索张力许用值、 同步误差允许值、 报警值、 紧急停机值等， 还有安装 于各吊点钢索上的 1 ～ 40 套张力传感组件， 各张力传感组件的输出端经信号线与控制主机 的输入模块相连接。各张力传感组件包括张力信号采集装置， 电流变送器， 放大电路。张力 信号采集装置的输出接入电流变送器， 再接放大电路， 放大电路的输出经信号线接入控制 主机的输入模块， 电源缆线为电流变送器和放大电路提供电源。张力传感组件的信号采集 装置、 电流变送器和放大电路集成一体， 并有特制外壳， 便于安装且具有良好抗干扰、 耐腐 蚀功能。
张力信号采集装置为对张力敏感的应变片， 在不同负载下的钢索不同的张力使应 变片获得相应的电压信号， 此电压信号送入电流变送器转换为电流信号， 再经放大电路放 大后送入控制主机的输入模块。输入模块， 将模拟信号转换为数字量后送入可编程序控制 器； 可编程序控制器内的分析比较软件， 将各吊点的张力信号与存储的钢索张力许用值、 同 步误差允许值、 报警值、 紧急停机值比较， 当超出报警值或紧急停机值时可编程序控制器发 出指令经输出模块使声 / 光报警装置报警和 / 或强电控制继电器动作停机。 本导轨式附着脚手架监控系统还含有同步调节子系统， 同步调节子系统包括 1 ～ 40 套安装于各吊点起重电机减速器上的旋转编码器和各电机的变频控制器， 控制主机的可 编程序控制器中存储有电机转速分析比较程序。旋转编码器带有放大器， 通过信号线与控 制主机的输入模块连接， 控制主机的输出模块的控制信号线连接起重电机的变频控制器。 可编程序控制器根据各起重电机的转速信号， 对比各电机转速， 发送信号至各起重电机变 频控制器， 变频控制调节各起重电机转速， 确保各吊点起吊物垂直位移一致。
本导轨式附着脚手架监控系统还含有辅助监控子系统， 该辅助监控子系统包括安 装于架体结构的 2 ～ 6 套摄像头， 各摄像头的视频信号线经多路视频采集卡接入控制主机 的可编程序控制器， 摄像头的角度和位置可调。通过与可编程序控制器相连接的计算机屏 幕可远程实时观察本脚手架各吊点起吊情况， 对关键部位图像可放大观察， 有助于远程、 早 期发现异常情况并人为紧急停车， 避免故障的扩大。
该辅助监控子系统还有 4 ～ 8 套行程保护装置， 安装于吊点的附着承重结构的导 轨上， 每套行程保护装置包括分别安装于导轨的上极限位置和下极限位置的上、 下行程保 护开关， 上、 下行程保护开关连接系统电源的总交流接触器， 当脚手架上升或下降达到极限 位置时触碰上或下行程保护开关， 自动发送信号到交流接触器， 断开系统电源， 所有电机同 时停止运行， 避免结构自干涉造成的过载， 实现无人安全控制。
本导轨式附着脚手架监控系统的控制主机还设有联机接口， 可与普通计算机 (PC) 相接， 借助计算机输入输出设施可对系统数据输入、 修改、 存储、 打印等。
本导轨式附着脚手架监控系统的控制主机和 / 或现场强、 弱电控制设施配置操作 平台， 操作平台上有针对各起重电机的手动按键和总电源开关， 可按需要进行手动单点、 联 控或点动、 连续等正反转控制。 操作平台上还有各吊点的限位报警指示灯， 便于及时掌控升
降脚手架运行状况。
本发明导轨式附着升降脚手架监控系统的优点在于 ：
1、 适合当前各种电机动力类升降脚手架， 包含有起重张力监控子系统， 同步调节 子系统和辅助监控子系统， 由计算机监控平台统一管理， 对各子系统采集的信息进行实时 处理、 分析、 记录、 反馈， 并控制强、 弱电设施按指令及时、 正确、 稳定工作。
2、 可同时对数十个吊点的钢索张力进行实时监测， 在应用软件支持下对提取的信 号进行分析处理， 作出安全性判断， 反应速度快、 计算精度高 ；
3、 张力传感组件集成体积小， 信号稳定传送距离超过 100 米， 安装简洁， 其外壳抗 干扰抗腐蚀 ；
4、 同步调节子系统通过变频控制自动调节各起重电机转速， 确保各吊点垂直位移 一致 ；
5、 控制主机算法规范， 配套软件性能优异， 界面友好、 直观、 操作方便， 能与普通 PC 通讯 ；
6、 系统硬件集成化、 标准化程度高， 适合框架结构、 钢结构等各类现代超高层的建 筑环境， 使用、 维护方便。 ( 四 ) 附图说明
图 1 为本导轨式附着脚手架监控系统实施例整体安装结构示意图 ；
图 2 为本导轨式附着脚手架监控系统实施例整体电路框图 ；
图 3 为本导轨式附着脚手架监控系统实施例张力传感组件控制电路框图 ；
图 4 为本导轨式附着脚手架监控系统实施例同步调节子系统的控制电路框图 ；
图 5 为本导轨式附着脚手架监控系统实施例控制主机操作平台面板示意图 ；
图 6 为本导轨式附着脚手架监控系统实施例控制主机所接计算机屏幕操作界面 示意图。
图中标号为 ：
1、 架体结构， 2、 摄像头， 3、 承重梁， 4、 行程保护开关， 5、 起重器， 6、 钢索， 7、 导向装 置， 8、 张力传感组件。 ( 五 ) 具体实施方式
本导轨式附着升降脚手架监控系统实施例整体结构如图 1 所示， 图中表示在第 n 层 nF 至第 n+3 层 (n+3)F 的升降脚手架工作部分包括架体结构 1 和附着承重结构。其中架 体结构是由竖向主框架、 水平梁架及连接件组成， 自重轻、 刚性大 ； 附着承重结构包括动力 系统、 承重梁 3、 防坠落装置、 导向装置 7。本例监控系统包括控制主机及与之连接的强电控 制柜。
控制主机远离施工现场百米， 由电源线、 信号线连接现场的强电控制柜及起重张 力监控子系统， 同步调节子系统和辅助监控子系统的信号采集装置。控制主机安置于远离 施工现场的房间内可避免受到现场粉尘、 潮湿、 振动等影响。
监控系统实施例电路框图如图 2 所示， 控制主机包括可编程序控制器及与之连接 的存储器、 输入模块、 输出模块和声 / 光报警装置， 输出模块连接强、 弱电控制元件及声 / 光报警装置。可编程序控制器和存储器可集成为一体。20 套起重张力监控子系统的张力传 感组件 8， 20 套同步调节子系统的旋转编码器， 辅助监控子系统的 4 套摄像头 2 和 5 组行程 保护开关 4 均与控制主机相连接。控制主机对各子系统采集的信息进行实时处理、 分析、 记 录、 反馈， 并控制强、 弱电设施按指令及时、 正确、 稳定工作。
本例的起重张力监控子系统的其中一套张力传感组件的控制电路如图 3 所示， 张 力传感组件包括张力信号采集装置， 电流变送器， 放大电路。张力信号采集装置为应变片， 其输出接入电流变送器， 再接放大电路， 放大电路的输出经信号电源缆线接控制主机的输 入模块， 信号电源缆线为多用缆线， 为电流变送器的放大电路提供电源并进行信号传送。 控 制主机的可编程序控制器内存储的相关分析比较软件， 存储器内存储的钢索张力许用值、 同步误差允许值、 报警值、 紧急停机值等。控制主机的输出模块连接声 / 光报警装置， 还经 信号线连接到现场的强电控制柜。 当超出报警值时可编程序控制器发出指令经输出模块使 声 / 光报警装置报警， 达到紧急停机值即发出指令到强电控制柜， 使控制起重电机的继电 器动作停机。 张力传感组件的张力信号采集装置、 电流变送器和放大电路集成一体， 并有特 制不锈钢外壳， 抗干扰、 耐腐蚀。如图 1 所示各张力传感组件 8 安装于各吊点起重器 5 的钢 索 6 上。多套张力传感组件 8 可分组连接至控制主机， 本例的 20 套张力传感组件 8 分为 4 组与控制主机相连接。 本例的同步调节子系统的其中一套起重电机的控制电路结构如图 4 所示， 包括安 装于吊点起重电机减速器上的旋转编码器和控制柜中的电机的变频控制器。 旋转编码器带 有放大器， 通过安装在起重电机上的旋转编码器采集转速信号， 放大器放大后经信号电源 线缆接入控制主机的输入模块 ； 控制主机的输出模块再将反馈的控制信号传送到控制起重 电机的变频控制器。可编程序控制器根据各起重电机的转速信号， 经其存储的电机转速分 析比较程序分析对比， 控制变频控制器自动调节各起重电机转速， 实现多吊点同步上升或 下降。
本例的导轨式附着升降脚手架监控系统的辅助监控子系统在架体结构 1 上安装 有 4 套摄像头 2， 如图 1 所示。摄像头 2 的视频信号线经多路视频采集卡接入控制主机的可 编程序控制器， 摄像头 2 安装位置和角度可调。摄像头 2 的支装架和缆线接口均为插拔式 连接， 以便于快速装接。
本例的导轨式附着升降脚手架监控系统的辅助监控子系统配备了 5 套行程保护 装置， 根据需要安装在附着承重结构的导轨上， 见图 1。于导轨的上极限位置和下极限位置 分别安装上、 下行程保护开关 4， 行程保护开关 4 与总电源交流接触器相连， 当脚手架上升 或下降达到极限位置时触动行程保护开关 4 即自动控制相关交流接触器切断电源。
升降脚手架作业一旦开始， 控制主机的可编程控制器便通过设定的程序运算方 法， 实时分析对比设备现状与许用值的差异， 及时判断和记录正常、 异常、 危险三种状态。 当 出现异常， 控制面板、 控制显示屏皆有示警灯光、 文字等信息提示 ； 当发展成危险状态时， 除 示警灯光、 文字等信息提示故障位置外， 系统将立刻自动切断电源， 蜂鸣器报警， 紧急停止 升降脚手架所有的电机工作。
本例的控制主机的可编程序控制器有联机接口， 可与普通计算机 (PC) 相接， 相接 的计算机输入设施可对可编程序控制器的存储数据输入或修改， 计算机的屏幕或所接外 设， 可显示或输出可编程序控制器检测分析的结果。
如图 1 所示， 控制主机和现场的强、 弱电控制柜接有操作平台。操作平台面板如图 5 所示， 其上有总电源开关， 控制所有电机的整体上升和整体下降按键， 紧急停车按钮。 还有 各吊点的故障指示灯， 各吊点的限位报警指示灯以及与各吊点起重电机的对应的单机上升 和下降手动按键。 通过各起重电机的手动按键， 可手动控制某台起重电机点动， 对吊钩高度 进行微调。图 6 为控制主机所连接的计算机屏幕操作界面， 具有各吊点电机工作状态实时 图像、 数据的显示， 还有与操作平台相同的操作功能。 利用控制主机和现场的操作平台以及 外接计算机均可及时进行相应操作。
通过与可编程序控制器相连接的计算机屏幕可实时观察本升降脚手架各吊点起 吊情况， 对关键部位图像可放大观察， 发现异常情况操作平台上的紧急停车按钮， 避免事故 发生。
系统自动记录每次故障发生时间和发生时间， 可按指令自动生成一段时间内 ( 如 1 周内 ) 包括正常运行时间段、 故障时间段、 故障次数和发生时间、 张力超欠值等信息的表 格。
上述实施例， 仅为对本发明的目的、 技术方案和有益效果进一步详细说明的具体 个例， 本发明并非限定于此。凡在本发明的公开的范围之内所做的任何修改、 等同替换、 改 进等， 均包含在本发明的保护范围之内。