建筑塔吊群智能防碰撞系统

摘要：利用无线电技术、传感器技术、计算机软件技术等科技，对塔吊群进行智能防碰撞系统的研究，可以大幅度减少塔吊之间、塔吊和其他建筑物之间的刮擦、碰撞，减少塔吊倒塌等事故发生率。

关键词：建筑；塔吊；智能防碰撞

前言

随着建筑行业的发展，塔吊的使用越来越广泛。使用密度的增加和操作人员的不规范操作，在塔吊的使用过程中出现越来越多的意外事故，造成人员伤亡和财产损失。研究塔吊防碰撞系统迫在眉睫。

1.研究塔吊智能防碰撞系统的必要性

塔吊的使用，不仅节省人力投入，还大幅度提高工作效率，为建筑行业带来了机械化和自动化的变革。但是随着建筑行业塔吊使用数量和密度的增大，塔吊使用过程中，倒塌、碰撞、过载断臂等事故频发，造成工作人员的伤亡和财产损失，对社会产生负面影响。研究塔吊安全控制系统迫在眉睫：实时监测塔吊使用情况，避免违规操作，防止塔吊交叉使用带来的风险，对减少塔吊发生意外事故具有重要作用。

2.智能防碰撞的技术要求

2.1初期传感器技术

2.1.1距离传感器

实时监控塔吊吊臂与其他塔吊和建筑物的距离，是减少事故发生的基本措施。距离传感器技术提供了可能，距离传感器是通过发射电磁脉冲，并测量脉冲信号从发射到接收反射的时间间隔，计算与障碍物之间的距离，同时使用限位器及时控制塔吊远端距离，防止塔吊与其他物品发生碰撞。距离传感器同时与旋角传感器使用，效果会更好。

2.1.2重量传感器

塔吊的第二个基本问题是吊钩货物过重，造成塔吊倾斜甚至倒塌。塔吊的吊重系统是利用电动机做动力源，通过钢丝绳在绞盘的缠绕，经过滑轮（组）把力放大，进行吊重作业。重量传感器基本原理是把力的形变转变为电信号得到重量值：使用双剪型电阻应变计，制成惠斯通电桥并联装置，测出应力形变得到吊重值，进而转变成电信号。重量传感器需要称重传感器、连接件、限位器以及接线盒等零部件。如需直接观察超重信号，可以使用计算器原理计算出数值，并由液晶显示器读出。

安装重量传感器特别注意使用环境，环境容易对传感器的精度产生影响，致使其失去作用。

2.1.3旋角传感器

旋角传感器是应用在已知塔吊之间、塔吊和其他建筑物之间存在交叉或者碰撞可能的前提下，为防止碰撞事故，塔吊提前设定好旋转角度，或者塔吊之间进行信号互测，A塔吊能感应到B塔吊所处的状态和变幅，判断A、B塔吊远端距离是否达到警戒值。

旋角传感器是应用绝对型光电编码原理，使用内部激光开槽技术，按照规律在刻度盘不同的位置开槽，利用二极管的发光原理作为信号，光电接收二极管测定光强度。当光到达开槽的位置，根据光信号，光电接收二极管将光信号转变为电信号。再根据电信号的解码过程得到刻度盘上的角度值，最终输出测量值。

2.1.4其他传感器技术

预防塔吊的意外事故发生，除了需要注意塔吊超重，与其他物体发生碰撞，还要注意风力对塔吊的影响，这就需要利风速传感器。要求驾驶员随时注意大风天气，当风力达到6级，高空作业都必须停止。风速传感器利用脉冲原理，风力使旋转风叶转动，带动通过电路连接的脉冲发生器，计算出单位之间的脉冲数量，即可计算出风速。

为了使驾驶员能准确判断吊钩下降的高度，还需要“起升及变幅传感器”，用来测量钢丝绳的伸展和收缩长度，判断吊钩的升降高度及水平小车的位移。

3.软件技术及硬件技术

3.1软件技术

塔吊防碰撞系统软件部分：主程序、接口程序、通信协议、算法和内核驱动程序。

3.2硬件要求

塔吊防碰撞系统需要多种含现代化技术的硬件支持：数据处理器、无线通信设备、输入输出设备、传感器系统、人机交互（参数修改）单元和塔吊被测对象。数据处理器主要用于数据的计算与处理，是系统的“大脑”，通过对既定的模型计算，控制碰撞的发生；无线通信用于发送、传输、接收塔吊群内有交集的塔吊，是实现塔吊群网络控制的基础；输入输出设备实现了人机互动：收集人的指令，计算已经采集的数据，自主做出决策；传感器是利用电信号的改变，感知被测量对象的变化，为系统做出决策提供原始的动态的数据；人机交互即以人的行为控制系统运作，根据系统外边环境的变化进行即时调整；塔吊被测对象是指为防止意外发生，而进行测量的动态变量：旋转角度、升降高度、水平小车的行进距离、吊重重量等。

防碰撞系统的硬件要求是基本要求：硬件设备的灵敏度、运作的稳定性、抗干扰性等，都是软件设计得以流畅运行的保证。

4.防碰撞系统的实现

防碰撞系统若得以实现，需要软件系统和硬件设备科学合理的结合，采用主操作系统固化于数据处理器，合理布置驱动电路，实现传感器与显示器的信号传输与显示，利用无线通信将多个控制器进行数据连接与统一操作，构成塔吊防碰撞的硬件系统。各个分子系统配合软件驱动，实现塔吊内部、塔吊与外部环境合理的逻辑关系：区分塔吊的交叉区域、禁行区域合惯性区域，进而实现防碰撞的控制。

防碰撞系统组网多采用Agent系统，有三种结构：分布式，混合式和集中式，设置特定环境后，Agent能自动发挥作用，具有主动性和反馈性，塔吊上任何一台防碰撞设备可称为一个Agent，如采用集中式设计，每个防碰撞设备（agent）收集的数据都需要传给总控制器，由总控制器统一整理、计算，出现碰撞矛盾时，即产生系统运行的障碍，总控制器发出警报并制动。

5.结束语

综上所述，防碰撞系统的研究和使用体现了现代工程的科技化和智能化，即提高了生产效率，又减少了意外事故的发生。而科技的进步将不断为塔吊的智能化操作提供了可能。

参考文献：

[1]顾小洪，吴秋峰.无线网络在工业企业中应用的一些探讨[J].工业控制计算机，2006，19（11）：1-2.

[2]周怡延页，凌志浩，吴勤勤.ZigBee无线通信技术及其应用探讨[J].自动化仪表，2005，26（6）：5-9.

作者简介：亚森江·买合木提，男，维吾尔族，籍贯：中国，学历：大学本科，职称：助理工程师，研究方向：电梯和起重机械检验检测以及压力容器检验。