專利名稱:一種基于物聯網的塔式起重機壽命評估系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于物聯網的塔式起重機壽命評估系統。利用物聯網技術，將塔式起重機遠程監控終端和手持式評估終端采集的數據，通過基于GPRS/GPS技術的無線網絡傳輸到壽命評估服務系統。壽命評估服務系統根據接收到的海量數據通過分析與計算，將塔式起重機當前的狀態與塔式起重機表征壽命的特征信息的歷史劣化狀態進行對比，通過壽命評估服務系統的計算，提供快速、準確的塔式起重機壽命評估結果，并自動生成安全評估報告。
【專利說明】-種基于物聯網的塔式起重機壽命評估系統

【技術領域】
[0001] 本實用新型設及一種特種設備的壽命及安全評估技術應用，尤其設及一種基于物 聯網的塔式起重機壽命評估系統。

【背景技術】
[0002] 近年來，隨著城市化進程的加快，建筑用塔式起重機正越來越多的被用于建造高 樓大廈。由于其作業環境惡劣、工況復雜多變，塔式起重機倒塌事故不斷發生，嚴重危害人 們的生命財產安全，特別是有一定服役年限的老舊塔式起重機，由于其結構磨損比較嚴重， 更容易發生事故，為此，住建部規定超過一定服役年限的老舊塔式起重機繼續使用必須進 行安全評估；另外，還有相當一部分塔式起重機，由于操作不當發生各種各樣的事故，經過 維修評估后仍舊可W使用。多種情況綜合可知，評估機構每年需要安全評估的塔式起重機 數量相當龐大。
[0003] 傳統塔式起重機的評估一般都是通過人工現場檢測，然后經過計算匯總，得出塔 式起重機安全評估結論。在此過程中，需要大量數據檢測和計算，采取人工測量的方式，工 作量太大，針對每臺塔式起重機進行評估幾乎是一個不可完成的任務。另外，很多施工單位 為了趕工期，經常超載作業。采用傳統的評估方式，依靠人工進行數據收集、測量、計算，由 于無法統計實際工作中的載荷率、超載時間、沖擊抖動等因素，就難W發現該種頻繁超載引 起的疲勞隱患，評估更是無從說起。
[0004] 基于W上背景和分析，本實用新型提出了一種基于物聯網的塔式起重機壽命評估 系統。該系統基于物聯網架構、能夠自動收集塔式起重機的工作數據，同時結合部分的手持 式終端的數據采集，統一發送到數據平臺進行分析。可W針對塔式起重機的使用壽命進行 在線評估，并自動生成評估報告，提高評估效率和降低計算誤差。


【發明內容】

[0005] 本實用新型的目的是：針對塔式起重機壽命評估存在測量難、計算難、數據量大的 特點，提供一種基于物聯網的塔式起重機壽命評估系統，能夠快速、高效、準確的評估塔式 起重機的壽命。
[0006] 本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：一種基于物聯網的塔式起重機 壽命評估系統包括；塔式起重機遠程監控終端1、無線網絡傳輸系統3、手持評估終端2、壽 命評估服務系統4。
[0007] 所述塔式起重機遠程監控終端1通過安裝在塔式起重機上的傳感器，采集塔式起 重機的各個動作參數；塔式起重機遠程監控終端1通過無線數據傳輸單元1-12發送至壽命 評估服務系統4。
[000引所述塔式起重機遠程監控終端1包括；人機交互界面1-1、數據采集處理單元1-2 載荷傳感器1-3、幅度傳感器1-4、高度傳感器1-5、轉角傳感器1-6、風速傳感器1-7、傾角傳 感器1-8、操作指令1-9、控制輸出1-10、GI^S定位模塊1-11、無線數據傳輸單元1-12)、電源 系統1-13。
[0009] 所述傳感器采用高精度無齒輪傳動編碼器，可w完全電子和數字化設定圈數，可 任意位置設定零點或中途任意點，最大圈數16384圈。
[0010] 所述電源系統1-13采用隔離變壓器進行一次降壓，使電壓能夠滿足開關電源工 作范圍，同時抑制一定的電網干擾；另外增加電源濾波模塊，除去電源的高低頻波的污染， 然后接入開關電源，供給設備使用。
[0011] 塔式起重機遠程監控終端1和各個模塊之間的數據傳輸方式包括；人機交互界面 1-1與數據采集處理單元1-2采用RS232或者RS485傳輸；數據采集處理單元1-2與傳感 器1-3、1-4、1-5、1-6、1-7和1-8之間采用模擬量數據傳輸；數據采集處理單元1-2與操作 指令1-9采用開關量數據傳輸；數據采集處理單元1-2與控制輸出1-10采用開關量數據傳 輸；GI^S定位模塊1-11與數據采集處理單元1-2采用RS232或者RS485傳輸；數據采集處 理單元1-2與無線數據傳輸單元1-12采用RS232或者RS485傳輸。
[0012] 所述手持評估終端2自帶的圖像采集設備對被檢測的關鍵位置拍照、攝像記錄， 通過手持設備外擴的傳感器檢測塔式起重機經過現場磨損腐蝕后的實際壁厚、損傷情況、 裂紋長度和深度情況、應力大小、產權編號、安全裝置信息，填入重要結構件的變形檢測信 息、輸入載荷試驗的信息；所述手持評估終端2通過自身攜帶的圖像采集設備，可W將現場 的圖片和視頻進行拍攝和存儲，存儲器大小不小于16G ;所述手持評估終端2通過串口通訊 方式RS232或者RS485連接外擴傳感器；所述手持終端2通過內置的GPRS/GPS信號接收 器，利用無線網絡上網，從壽命評估服務系統4中，下載已評估好的評估系統報告，利用U盤 導出或者外接USB打印機直接打印；所述手持終端內置《JGJ/T 189-2009建筑起重機械安 全評估技術規程》中所需要的安全評估所有算法，根據算法可W進行壽命的計算和報告的 輸出。
[0013] 所述無線傳輸系統3采用集成GPRS/GPS DTU數據傳輸單元模塊，內置TCP/IP協 議，利用無線移動網絡，將位置信息、工作狀態等數據傳輸至移動網絡的服務基站，由服務 基站接收，然后通過網絡輸出至服務平臺。
[0014] 所述壽命評估服務系統根據壽命評估要求，實時分析、整理數據，并進行壽命計算 與報告輸出。
[0015] 所述壽命評估服務系統4包括進行功能算法選擇的主界面模塊4-1、為存儲材料 性能參數和載荷應變數據的數據庫管理模塊4-2、為計算壽命所需要的各類算法集合的壽 命計算模塊4-3、結構壽命可靠性計算的安全決策模塊4-4 ;所述壽命評估服務系統4可 根據前述計算模塊，自動生成評估報告，實現無紙化辦公的評估報告模塊4-5 ;所述壽命評 估服務系統4根據拍攝到的塔式起重機的圖片、人工輸入的信息W及掃描到的關鍵部件的 受損情況，結合出廠設計圖紙，進行位置匹配，結合塔式起重機遠程監控終端1采集到的信 息，經過算法處理，生成可W打印的報告，W備查詢下載。
[0016] 本實用新型的有益效果是，該系統基于物聯網架構、能夠自動收集塔式起重機的 工作數據，同時結合部分的手持式終端的數據采集，統一發送到數據平臺進行分析。可W針 對塔式起重機的使用壽命進行在線評估，并自動生成評估報告，提高評估效率和降低計算 誤差。

【附圖說明】

[0017] 下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
[0018] 圖1是塔式起重機壽命評估系統模塊構架圖。
[0019] 圖2是遠程監控終端連接方式示意圖。
[0020] 圖3是遠程監控終端和其他模塊連接方式示意圖。
[0021] 圖4是壽命評估系統軟件架構圖。
[0022] 圖5是無漏磁隔離變壓器示意圖。

【具體實施方式】
[0023] 下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。
[0024] 由圖1所示，一種基于物聯網的塔式起重機壽命評估系統包括：塔式起重機遠程 監控終端1、無線網絡傳輸系統3、手持評估終端2、壽命評估服務系統4。塔式起重機遠程 監控終端1通過安裝在塔式起重機上的傳感器，采集塔式起重機的各個動作參數，檢測信 號通過無線數據傳輸單元1-12發送至壽命評估服務系統4。壽命評估服務系統4根據壽命 評估要求，實時分析、整理數據，并進行壽命計算與報告輸出。
[0025] 由圖2所示，人機交互界面1-1與數據采集處理單元1-2采用RS232或者RS485 傳輸；數據采集處理單元1-2與傳感器1-3、1-4、1-5、1-6、1-7和1-8之間采用模擬量數據 傳輸；
[0026] 數據采集處理單元1-2與操作指令1-9采用開關量數據傳輸；數據采集處理單元 1-2與控制輸出1-10采用開關量數據傳輸；GI^S定位模塊1-11與數據采集處理單元1-2采 用RS232或者RS485傳輸；數據采集處理單元1-2與無線數據傳輸單元1-12采用RS232或 者RS485傳輸。
[0027] 由圖3所示，手持設備外擴的傳感器檢測塔式起重機經過現場磨損腐蝕后的實際 壁厚、損傷情況；通過手持設備外擴的傳感器檢測塔式起重機的裂紋長度和深度情況、應力 大小、產權編號相關參數、安全裝置信息、變形檢測信息；通過手持評估終端2輸入載荷試 驗的信息；按照《JGJ/T 189-2009建筑起重機械安全評估技術規程》，通過手持評估終端2 輸入所有的需要參數；手持評估終端2通過串口通訊方式RS232或者RS485連接外擴傳感 器；手持評估終端2通過自身攜帶的圖像采集設備，可W將現場的圖片和視頻進行拍攝和 存儲，存儲器大小不小于16G ;手持評估終端2可W通過內置的GPRS/GI^S信號接收器，利用 無線網絡上網，從壽命評估服務系統4中，下載已評估好的評估系統報告，利用U盤導出或 者外接USB打印機直接打印；手持評估終端2內置《JGJ/T 189-2009建筑起重機械安全評 估技術規程》中所需要的安全評估所有算法，根據算法可W進行壽命的計算和報告的輸出。 [002引 由圖4所示，壽命評估服務系統4包括進行功能算法選擇的主界面模塊4-1、為存 儲材料性能參數和載荷應變數據的數據庫管理模塊4-2、為計算壽命所需要的各類算法集 合的壽命計算模塊4-3、結構壽命可靠性計算的安全決策模塊4-4、可根據前述計算模塊， 自動生成評估報告，實現無紙化辦公的評估報告模塊4-5 ;所述壽命評估服務系統4根據拍 攝到的塔式起重機的圖片、人工輸入的信息W及掃描到的關鍵部件的受損情況，結合出廠 設計圖紙，進行位置匹配，結合塔式起重機遠程監控終端1采集到的信息，經過算法處理， 生成可W打印的報告，W備查詢下載。
[0029] 由圖5所示，電源系統采用隔離變壓器進行一次降壓，使電壓能夠滿足開關電源 工作范圍，同時抑制一定的電網干擾；另外增加電源濾波模塊，除去電源的高低頻波的污 染，然后接入開關電源，供給設備使用。
[0030] 壽命評估運算服務器根據接收到的數據，進行如下壽命評估的內容：
[0031] 根據塔式起重機遠程監控終端1發送來的數據，計算塔式起重機已經工作時間、 設計工作時間，并形成初步的是否進入疲勞計算的程序；根據上述步驟，當塔式起重機進入 疲勞計算程序后，統計塔式起重機的工作狀態，判斷其工作的規范性，是否經常超載、偶爾 超載、從不超載=個等級，形成工作規范性報告；將手持評估終端2發送過來的數據，結合 塔式起重機的已經工作時間，根據《JGJ/T 189-2009建筑起重機械安全評估技術規程》的技 術要求，判定當前塔式起重機的安全狀態；壽命評估子系統根據將拍攝到的照片W及探傷 結果，根據塔式起重機已經工作時間，基于斷裂力學化irs公式和化rman公式，計算相關裂 紋擴展壽命，Paris公式為式1所示，Forman公式為式2所示

【權利要求】
1. 一種基于物聯網的塔式起重機壽命評估系統，其特征在于： 包括塔式起重機遠程監控終端（1)、手持評估終端（2)、無線傳輸系統（3)、壽命評估服 務系統（4)四部分； 塔式起重機遠程監控終端（1)根據八個傳感器采集的信息，實時監管塔式起重機狀態， 并在后臺進行數據的分類處理存儲，供壽命評估使用； 手持評估終端（2)根據=個傳感器采集的信息，及通過人機交互界面（1-1)輸入的塔 式起重機基本信息，也在后臺進行數據的分類處理存儲，可W進行壽命的計算和報告的輸 出，同時可W進行上網進入到壽命評估服務系統（4)，下載詳細的評估報告； 預處理后滿足要求的數據，通過無線網絡傳輸系統（3)，送入壽命評估服務系統（4)進 行計算，根據塔式起重機當前的狀態及歷史數據，將塔式起重機當前的狀態與塔式起重機 表征壽命的特征信息的歷史劣化狀態進行對比，通過壽命評估服務系統（4)的計算，提供塔 式起重機壽命評估結果，并自動生成安全評估報告。2. 根據權利要求1所述的一種基于物聯網的塔式起重機壽命評估系統，其特征在于： 所述塔式起重機遠程監控終端（1)包括： 1個顯示模塊；人機交互界面（1-1); 1個數據采集處理單元（1-2)，用于傳感器的信號采集和處理，同時用于輸出控制； 6個模擬量輸入：載荷傳感器（1-3)、幅度傳感器（1-4)、高度傳感器（1-5)、轉角傳感器 (1-6)、風速傳感器（1-7)、傾角傳感器（1-8); 1個開關量輸入：操作指令（1-9); 1個開關量輸出：控制輸出（1-10); 1個塔式起重機的定位傳感器模塊；GI^S定位模塊（1-11); 1個無線數據傳輸單元（1-12)，用于將數據通過無線網絡進行發送； 1個電源系統（1-13):用于給終端供電。3. 根據權利要求2所述的一種基于物聯網的塔式起重機壽命評估系統，其特征在于： 所述塔式起重機遠程監控終端（1)和各個模塊之間的數據傳輸采用如下方式： 人機交互界面（1-1)與數據采集處理單元（1-2)采用RS232或者RS485傳輸； 數據采集處理單元（1-2)與傳感器（1-3)、（1-4)、（1-5)、（1-6)、（1-7)和（1-8)之間 采用模擬量數據傳輸； 數據采集處理單元（1-2)與操作指令（1-9)采用開關量數據傳輸； 數據采集處理單元（1-2)與控制輸出（1-10)采用開關量數據傳輸； GPS定位模塊（1-11)與數據采集處理單元（1-2)采用RS232或者RS485傳輸； 數據采集處理單元（1-2)與無線數據傳輸單元（1-12)采用RS232或者RS485傳輸。4. 根據權利要求1所述的一種基于物聯網的塔式起重機壽命評估系統，其特征在于： 所述手持評估終端（2)包括： 1個顯示模塊；人機交互界面（2-1)，可用于將起重機基本信息錄入、顯示； 1個數據采集處理單元（2-2)，用于傳感器的信號采集、處理和接收； 1個數據計算模塊（2-3)，用于將采集的數據，按照相關的標準和規范要求計算，輸出 簡化型壽命評估報告； 3個外接的模擬量輸入傳感器：裂紋檢測傳感器（2-4)、應力檢測傳感器（2-5)、厚度檢 測傳感器（2-6); 1個內置的攝像頭（2-7)，用于拍攝現場的圖片作為評估依據； 1 個擴展 RS232/485 接口（2-8); 1個無線數據傳輸單元（2-9 )，用于將數據通過無線網絡進行發送。5. 根據權利要求1所述的一種基于物聯網的塔式起重機壽命評估系統，其特征在于： 所述無線傳輸系統（3)采用集成GPRS/GPS DTU數據傳輸單元模塊，內置TCP/IP協議， 利用無線移動網絡，將位置信息、工作狀態等數據傳輸至移動網絡的服務基站，由服務基站 接收，然后通過網絡輸出至服務平臺。6. 根據權利要求1所述的一種基于物聯網的塔式起重機壽命評估系統，其特征在于： 所述壽命評估服務系統（4)的硬件為計算機服務器； 在計算機服務器中，安裝了塔式起重機壽命評估系統軟件； 主界面模塊（4-1)為壽命評估模塊的功能算法選擇界面； 數據庫管理模塊（4-2)為存儲材料性能參數和載荷應變數據； 壽命計算模塊（4-3)為計算壽命所需要的各類算法集合； 安全決策模塊（4-4)為結構壽命可靠性計算模塊； 評估報告模塊（4-5)，可根據前述計算模塊，自動生成評估報告，實現無紙化辦公。7. 根據權利要求1或2任意所述的一種基于物聯網的塔式起重機壽命評估系統，其特 征在于：所述塔式起重機遠程監控終端（1)有如下明顯特征： 電源系統采用隔離變壓器進行一次降壓，使電壓能夠滿足開關電源工作范圍，同時抑 制一定的電網干擾；另外增加電源濾波模塊，除去電源的高低頻波的污染，然后接入開關電 源，供給設備使用。8. 根據權利要求1或2任意所述的一種基于物聯網的塔式起重機壽命評估系統，其特 征在于：所述塔式起重機遠程監控終端（1)包括： 幅度傳感器（1-4)、高度傳感器（1-5)、轉角傳感器（1-6)采用高精度無齒輪傳動編碼 器，可W完全電子和數字化設定圈數，可任意位置設定零點或中途任意點，最大圈數16384 圈。9. 根據權利要求1或4任意所述的一種基于物聯網的塔式起重機壽命評估系統，其特 征在于：所述手持評估終端（2)具有如下明顯特征： 手持終端通過串口通訊方式RS232或者RS485連接外擴傳感器，經過裂紋檢測、應力檢 巧。、厚度檢測=個傳感器的信息錄入，將被檢測的塔式起重機相關參數，進行存儲和通過無 線網絡上傳至壽命評估系統； 手持終端通過自身攜帶的圖像采集設備，可W將現場的圖片和視頻進行拍攝和存儲， 存儲器大小不小于16G。10. 根據權利要求1或4任意所述的一種基于物聯網的塔式起重機壽命評估系統，其特 征在于：所述手持評估終端（2)具有如下明顯特征： 手持終端可W通過內置的GPRS/GI^S信號接收器，利用無線網絡上網，從壽命評估服務 系統中，下載已評估好的評估系統報告，利用U盤導出或者外接USB打印機直接打印。11. 根據權利要求1或6任意所述的一種基于物聯網的塔式起重機壽命評估系統，其特 征在于：所述壽命評估服務系統（4)進行的工作如下： 根據拍攝到的塔式起重機的圖片、人工輸入的信息w及掃描到的關鍵部件的受損情 況，結合出廠設計圖紙，進行位置匹配； 結合遠程監控終端采集到的信息，經過算法處理，生成可W打印的報告，W備查詢下載 等。
【文檔編號】G05B19-418GK204287909SQ201420062431
【發明者】王興權, 羅建國, 蔡福海, 李樹清, 丁國林, 張玉林, 李夢然, 楊紹偉, 商國旭, 何映仁, 楊亞林, 姜官斌 [申請人]赤峰市特種設備檢驗所, 大連理工大學, 大連理工大學（徐州）工程機械研究中心, 常州益利亞重工機械科技有限公司, 大連益利亞咨詢有限公司