СИСТЕМА ДИСТАНЦИОННОГО МОНИТОРИНГА ПАРКА ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН

Полезная модель относится к области подъемной техники и может быть использована в системах дистанционного мониторинга парка грузоподъемных машин.
Известна система CraneSTAR дистанционного мониторинга парка грузоподъемных кранов, представленная на выставке Intermat 2009. При использовании данной системы каждый кран оборудуется разработанным компанией Manitowoc (Великобритания) блоком телематического контроля, который ведет мониторинг основных крановых механизмов и получает также данные от электронной системы управления CANbus новыми подъемными кранами компании Manitowoc. Система CraneSTAR оборудована спутниковой и GSM-связью. Собранные данные передаются в центр управления, в котором хранится защищенная база данных, связанная с web-сервером, в результате чего клиенты получают доступ к этой информации онлайн с помощью любого компьютера, подключенного к сети Интернет вне зависимости от того, в какой части света они находятся (http://www.manitowoccranes.com/site/RU/downloads/LookmgUp/RU/S.2RU.pdf).
Система CraneSTAR позволяет передавать данные как по сети GSM, так и по спутниковой связи во всех странах и регионах и контролировать эффективность использования кранов вне зависимости от их местонахождения. Однако данная система предназначена только для новых подъемных кранов компании Manitowoc и предусматривает установку на них специального блока телематического контроля.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели по совокупности существенных признаков является система дистанционного мониторинга парка грузоподъемных машин, содержащая бортовое оборудование грузоподъемной машины, включающее установленные на грузоподъемных машинах приборы безопасности, имеющие в своем составе блок обработки данных на основе микропроцессора с подключенными к нему с помощью цифровой линии связи датчиками параметров грузоподъемной машины. Блок обработки данных снабжен встроенным регистратором параметров (блоком памяти) и подключенным к микропроцессору радиомодулем (беспроводным модемом) для дополнительной передачи регистрируемых параметров грузоподъемной машины на стационарный терминал, расположенный вне грузоподъемной машины, по беспроводной линии связи - радиоканалу, в качестве которого используют устройства сотовой связи. Принятые терминалом сигналы записываются для хранения в дополнительную энергонезависимую память, с возможностью считывания информации в случае необходимости, и периодически передаются с терминала на специальный сайт (удаленный web-сервер) с использованием глобальной сети Интернет, и организацией удаленного доступа к информации, хранимой на web-сервере, с помощью персонального компьютера, подключенного к сети Интернет. В этом случае заинтересованные лица, например инспекторский состав Ростехнадзора, получают возможность оперативного контроля любой грузоподъемной машины в любой географической точке ее местонахождения, что позволяет проводить эффективные профилактические меры по предотвращению аварийности (RU 2269483 С2, 10.02.2006).
Однако данная система дистанционного мониторинга может быть реализована только в новых разработках систем безопасности грузоподъемных машин, так как радиомодуль непосредственно подключен к микроконтроллеру и входит в состав прибора безопасности. При этом известная система обладает недостаточной ремонтопригодностью, так как выход из строя беспроводного модема вызывает необходимость полной замены блока обработки данных, с последующей настройкой прибора безопасности на кране и считывания информации с регистратора параметров крана.
Кроме того, известная система так же, как и другие известные системы мониторинга, не обеспечивает возможность предотвратить аварию грузоподъемной машины при возникновении на ней чрезвычайной ситуации или при поступлении информации от местных метеостанций и/или службы по чрезвычайным ситуациям в центр управления парком грузоподъемных машин о возможном резком изменении климатической обстановки в районе расположения грузоподъемной машины, например о приближении фронта ураганного ветра, так как в этом случае для двухсторонней передачи соответствующих сообщений операторами грузоподъемной машины и центра управления, все грузоподъемные машины должны быть оборудованы дополнительными средствами связи, например, в виде раций или сотовых телефонов.
Задачей настоящей полезной модели является разработка системы дистанционного мониторинга парка грузоподъемных машин на базе выпускаемых или находящихся в эксплуатации микропроцессорных приборов безопасности грузоподъемных машин, обладающей повышенной ремонтопригодностью.
Еще одной задачей полезной модели является разработка системы дистанционного мониторинга парка грузоподъемных машин, обеспечивающей наряду с передачей данных о работе грузоподъемной машины на удаленный web-сервер, возможность двухсторонней голосовой связи оператора (машиниста) грузоподъемной машины с оператором центра управления парком грузоподъемных машин без оснащения всех грузоподъемных машин дополнительными средствами связи в виде раций или сотовых телефонов для передачи сообщений о возникновении чрезвычайной ситуации на грузоподъемной машине, например, выходе из строя ее оборудования, в том числе системы безопасности, а также для передачи оператору грузоподъемной машины со стороны центра управления парком грузоподъемных машин сообщения о необходимости принятия на грузоподъемной машине противоаварийных мер из-за вероятности изменения климатической обстановки в районе расположения грузоподъемной машины, например, о приближении фронта ураганного ветра.
Дополнительные решаемые задачи и преимущества заявленной полезной модели будут понятны из последующего описания.
Решение поставленных задач и достижение технического результата обеспечивается тем, что система дистанционного мониторинга парка грузоподъемных машин, содержащая установленные на грузоподъемных машинах приборы безопасности, имеющие в своем составе микропроцессорный блок обработки данных с подключенными к нему с помощью цифровой линии связи датчиками параметров грузоподъемной машины и беспроводный модем для передачи данных по беспроводной линии связи на удаленный web-сервер с возможностью дистанционного доступа к информации, хранимой на удаленном web-сервере, с помощью персонального компьютера, подключенного к сети Интернет, согласно полезно модели, снабжена подключенным к цифровой линии связи микропроцессорного блока обработки данных с датчиками параметров грузоподъемной машины приемопередающим блоком, включающий в себя указанный беспроводный модем и блок согласования беспроводного модема с цифровой линией связи.
Достижению технического результата способствуют также частные существенные признаки полезной модели
Система мониторинга включает в себя автоматизированное рабочее место оператора центра управления парком грузоподъемных машин, в состав которого входит подключенный к сети Интернет персональный компьютер.
Система мониторинга дополнительно включает в себя подсистему двухсторонней голосовой связи оператора грузоподъемной машины с оператором центра управления парком грузоподъемных машин, содержащую кнопку для вызова на связь оператора центра управления, микрофон и средство для воспроизведения звука, подключенные к беспроводному модему, входящему в состав приемо-передающего блока, и размещенный на рабочем месте оператора центра управления проводной или беспроводной телефон, а персональный компьютер оператора центра управления приспособлен для формирования на его мониторе световой тревожной сигнализации и адреса грузоподъемной машины, оператор которой вызывает на связь оператора центра управления.
Удаленный web-сервер приспособлен для автоматического анализа полноты, целостности и достоверности передаваемых на него данных и формирования предупредительного сигнала, передаваемого по сети Интернет на рабочее место оператора центра управления при неисправности беспроводной линии связи.
Персональный компьютер оператора центра управления дополнительно приспособлен для переадресации вызова в службу, ответственную за безопасную эксплуатацию грузоподъемных машин, или в службу, ответственную за исправное состояние элементов системы мониторинга, установленных на грузоподъемных машинах.
Указанные службы оснащены автоматизированными рабочими местами для соответствующих специалистов, каждое из которых включает в себя проводной или беспроводной телефон и персональный компьютер, подключенный к сети Интернет с доступом к информации, хранимой на удаленном web-сервере.
Беспроводной модем выполнен в виде приемо-передающего модуля мобильной связи GSM/GPRS (Global System for Mobile Communication/General Packet Radio Service).
Беспроводной модем выполнен с возможностью подключения к нему приемника сигналов глобальной спутниковой системы определения координат ГЛОНАСС и/или GPS (Global Positioning System).
Беспроводной модем и приемник сигналов глобальной спутниковой системы определения координат объединены в единое устройство - трекер.
Указанный трекер приспособлен для передачи информации по беспроводной линии связи на удаленный web-сервер о параметрах агрегатов и систем грузоподъемной машины.
По крайней мере, один из подключенных к сети Интернет персональных компьютеров снабжен энергонезависимой памятью для хранения оперативной и долговременной информации о параметрах работы грузоподъемных машин и приспособлен для обработки указанной информации.
Сущность предложенного технического решения заключается в следующем.
Передача информации с грузоподъемной машины на удаленный web-сервер производится с помощью беспроводного модема, который является составной частью приемо-передающего блока, подключенного непосредственно к цифровой линии связи микропроцессорного блока обработки данных с датчиками параметров грузоподъемной машины. Это позволяет:
- упростить реализацию системы дистанционного мониторинга парка грузоподъемных машин на базе находящихся в эксплуатации современных приборов безопасности грузоподъемных машин, без возврата их на завод-изготовитель и какой-либо дополнительной конструктивной доработки блока обработки данных;
- повысить ремонтопригодность предлагаемой системы дистанционного мониторинга, так как приемо-передающий блок может быть заменен, при необходимости, без замены полностью микропроцессорного блока обработки данных и последующей необходимости настройки прибора безопасности на кране и считывания информации с регистратора параметров крана.
Введение в систему дистанционного мониторинга автоматизированного рабочего места оператора центра управления парком грузоподъемных машин, в состав которого входит подключенный к сети Интернет персональный компьютер, позволяет производить оператором центра управления оперативный контроль технического состояния и эффективность использования парка грузоподъемных машин.
Введение в систему дистанционного мониторинга парка грузоподъемных машин подсистемы двухсторонней голосовой связи оператора грузоподъемной машины с оператором центра управления парком грузоподъемных машин, позволяет передать, при необходимости, сообщение оператора грузоподъемной машины в центр управления парком грузоподъемных машин о возникшей на грузоподъемной машине чрезвычайной ситуации, например, выходе из строя какой-либо из систем, и оказании ему технической помощи в устранении неисправности, а также оперативно передать из центра управления на грузоподъемную машину сообщение местных метеостанций и/или службы по чрезвычайным ситуациям о возможности резкого изменения климатической обстановки в районах расположения грузоподъемных машин для принятия их операторами противоаварийных мер, что расширяет функциональные возможности предлагаемой системы дистанционного мониторинга. При этом все грузоподъемные машины не нужно оснащать дополнительными средствами связи, так как для передачи информации с грузоподъемной машины на удаленный web-сервер и в центр управления парком грузоподъемных машин, и приема на грузоподъемной машине информации из центра управления используется один и тот же приемо-передающий блок.
Автоматический анализ удаленным web-сервером полноты, целостности и достоверности передаваемых на него данных и формирование web-сервером предупредительного сигнала, передаваемого по сети Интернет на рабочее место оператора центра управления при неисправности беспроводной линии связи, позволяет оператору центра управления вовремя принять необходимые меры для устранения возникших неисправностей.
Приспособление персонального компьютера оператора центра управления для переадресации вызова в службу, ответственную за безопасную эксплуатацию грузоподъемных машин, или в службу, ответственную за исправное состояние элементов системы, установленных на грузоподъемных машинах, снижает простой в работе грузоподъемных машин.
Оснащение указанных служб автоматизированными рабочими местами для соответствующих специалистов, каждое из которых включает в себя персональный компьютер, подключенный к сети Интернет с доступом к информации, хранимой на удаленном web-сервере, и проводной или беспроводной телефон, позволяет уточнить у оператора грузоподъемной машины характер неисправности и проинформировать его о дальнейших действиях для выхода из сложившейся ситуации.
Выполнение беспроводного модема в виде приемо-передающего модуля мобильной связи GSM/GPRS позволяет использовать его для передачи данных с датчиков параметров грузоподъемной машины на удаленный web-сервер и для голосовой связи оператора грузоподъемной машины с оператором центра управления или его техническими службами существующие сотовые линии связи.
Выполнение беспроводного модема с возможностью подключения к нему приемника сигналов глобальной спутниковой системы определения координат ГЛОНАСС и/или GPS дополнительно расширяет функциональные возможности предлагаемой системы мониторинга парка грузоподъемных машин, в частности позволяет отслеживать местоположение и режимы эксплуатации мобильных грузоподъемных машин и передавать эти данные на удаленный web-сервер с дистанционным доступом к информации, хранимой на удаленном web-сервере, заинтересованным лицам с помощью персонального компьютера, подключенного к сети Интернет.
Объединение беспроводного модема и приемника сигналов глобальной спутниковой системы определения координат в единое устройство - трекер упрощает реализацию приемо-передающего блока.
Приспособление трекера для передачи информации по беспроводной линии связи на удаленный web-сервер о параметрах агрегатов и систем грузоподъемной машины позволяет получать интересующую информацию, например, о пробеге мобильной грузоподъемной машины и остатке топлива, а для электрических грузоподъемных машин - о качестве подаваемой электроэнергии, настройке частотных приводов и их параметрах и т.п. Такое выполнение трекера дополнительно расширяет функциональные возможности предлагаемой системы дистанционного мониторинга.
Снабжение, по крайней мере, одного из подключенных к сети Интернет персональных компьютеров энергонезависимой памятью для хранения оперативной и долговременной информации о параметрах работы грузоподъемных машин и приспособление его для обработки указанной информации позволяет осуществлять дистанционный контроль за работой грузоподъемных машин с использованием глобальной сети Интернет и по оперативно полученной информации выявлять нарушение правил их эксплуатации, а также, в случае необходимости, осуществлять дистанционную передачу на грузоподъемную машину по сети Интернет предупреждающих сигналов оператору грузоподъемной машины, или управляющих сигналов, уменьшающих предельно допустимые значения рабочих параметров грузоподъемной машины или отключающих ее исполнительные механизмы.
Технический результат - повышение ремонтопригодности системы дистанционного мониторинга парка грузоподъемных машин.
На чертеже показана общая структурная схема системы дистанционного мониторинга парка грузоподъемных машин.
1
m
Система дистанционного мониторинга парка грузоподъемных машин 1-1 содержит установленные на этих машинах штатные многофункциональные микропроцессорные приборы 2 безопасности, имеющие в своем составе блок 3 обработки данных, к которому подключен посредством цифровой линии 4 связи (шины последовательного CAN-интерфейса) комплекс датчиков 5 параметров грузоподъемной машины, включающий аналоговые, цифровые и дискретные датчики. Цифровые датчики подключаются к цифровой линии 4 связи непосредственно, а аналоговые датчики - через контроллеры (на чертеже не показаны).
Блок 3 обработки данных, функциональная схема которого не показана на чертеже, содержит микроконтроллер, встроенный регистратор параметров грузоподъемной машины с часами реального времени, клавиатуру, модуль визуальной индикации, включающий в себя в себя дисплей и световые индикаторы предупредительной и аварийной сигнализации, модуль звуковой сигнализации и исполнительный блок. Блок 3 может иметь и другое наименование, например, информационно-управляющий блок, цифровой вычислитель, вычислительно-управляющее устройство, блок отображения информации, блок управления и т.д.
К цифровой линии 4 связи подключен приемо-передающий блок 6 для передачи по радиоканалу (беспроводной линии связи) данных о параметрах грузоподъемной машины через базовую станцию 7 сети сотовой связи на удаленный web-сервер 8, с дистанционным доступом к информации, хранимой на удаленном web-сервере, с помощью персонального компьютера, подключенного к сети 9 Интернет.
Приемо-передающий блок 6 содержит беспроводной модем 10, блок 11 согласования беспроводного модема с цифровой линией 4 связи, приемник 12 сигналов глобальной спутниковой системы определения координат ГЛОНАСС и/или GPS, подключенный к беспроводному модему 10, и устройство для двухсторонней голосовой связи оператора грузоподъемной машины с оператором центра управления парком грузоподъемных машин, включающее кнопку 13 для вызова оператора центра 14 управления парком грузоподъемных машин (ЦУПГМ 14), микрофон 15 и средство 16 для воспроизведения звука, подключенные к беспроводному модему 10.
Удаленный web-сервер 8 приспособлен для анализа полноты, целостности и достоверности передаваемых на него данных и формирования предупредительного сигнала для ЦУПГМ 14 при неисправности беспроводной линии связи.
Питание элементов прибора 2 безопасности и входящего в его состав комплекса датчиков 5 параметров грузоподъемной машины осуществляется от внешнего или расположенного внутри прибора безопасности преобразователя электропитания сети в постоянный ток низкого напряжения, или какого-либо другого источника постоянного тока. Питание электронных схем приемо-передающего блока 6 производится от двухпроводной линии электропитания датчиков 5 параметров грузоподъемной машины 1.
1
m
Система мониторинга включает в себя, расположенное в ЦУПГМ 14 автоматизированное рабочее место 17 оператора (АРМ 17), в состав которого входит подключенный к сети 9 Интернет персональный компьютер 18, приспособленный для формирования на его мониторе световой тревожной сигнализации и адреса грузоподъемной машины, оператор которой вызывает на связь оператора центра управления, и проводной или беспроводной телефон (Т) 19, подключенный к сети мобильной связи GSM. Персональный компьютер 18 приспособлен также для переадресации, при необходимости, вызова со стороны оператора грузоподъемной машины в службу, ответственную за безопасную эксплуатацию грузоподъемных машин, или в службу, ответственную за исправное состояние элементов системы дистанционного мониторинга, установленных на грузоподъемных машинах 1-1, например, на АРМ 20, входящее в состав ЦУПГМ 14, или в специализированный сервисный центр, оснащенный, по крайней мере, одним АРМ 21 для специалиста по приборам безопасности грузоподъемных машин, включающим в себя персональный компьютер, подключенный к сети 9 Интернет с доступом к информации, хранимой на удаленном web-сервере 8, и проводной или беспроводной телефон (на чертеже не показаны).
Кроме того, по крайней мере, один из подключенных к сети 9 Интернет персональных компьютеров других заинтересованных лиц, например, компьютер инспекторского состава Ростехнадзора, входящий в состав АРМ 22, может быть снабжен энергонезависимой памятью для хранения оперативной и долговременной информации о параметрах работы грузоподъемных машин и приспособлен для обработки указанной информации.
Парк грузоподъемных машин может быть оборудован, в частности, приборами безопасности «Ограничитель нагрузки ОНК-160» (модификации: ОНК-160М, ОНК-160Б и ОНК-160С), выпускаемыми Арзамасским электромеханическим заводом. Данные приборы выполнены на базе микроконтроллера MSP430F149 фирмы «Texas Instruments» (США).
В качестве датчиков 5 измеряемых или контролируемых параметров грузоподъемной машины можно использовать специализированные датчики, используемые в выпускаемых приборах и системах безопасности, либо общепромышленные датчики соответствующего исполнения. Конкретный набор датчиков, используемых в системе, зависит от типа грузоподъемной машины.
Беспроводной модем 11 и приемник 12 сигналов глобальной спутниковой системы определения координат ГЛОНАСС и/или GPS могут быть объединены в единое устройство, в качестве которого, в частности, может быть использован трекер Dialog DUB-102 выпускаемый фирмой АТПП (г.Санкт-Петербург). Данный трекер имеет дополнительные цифровые и дискретные входы (на чертеже не показаны), которые могут быть использованы для передачи информации по беспроводной линии связи на удаленный web-сервер о параметрах агрегатов и систем грузоподъемной машины.
Блок 11 согласования беспроводного модема 11 с цифровой линией 4 связи может быть выполнен на основе микроконтроллера MSP430F2410 фирмы «Texas Instruments» (США).
Система дистанционного мониторинга парка грузоподъемных машин работает следующим образом.
Рабочие параметры грузоподъемной машины, т.е. параметры, характеризующие ее нагрузку, геометрию и режим работы, измеряются или контролируются с помощью комплекса датчиков 5 параметров грузоподъемной машины (первичными преобразователями). Микроконтроллер блока 3 обработки данных, работая по программе, записанной в памяти микроконтроллера, осуществляет опрос датчиков 5 и обработку измеренных и преобразованных в цифровую форму сигналов указанных датчиков. Эта обработка может заключаться, в частности, в вычислении текущего значения грузового момента, определении текущего положения стрелового оборудования и в сравнении полученных величин соответственно с грузовой характеристикой грузоподъемной машины, хранящейся в памяти микроконтроллера, а также с зоной допустимых положений стрелы, заданной оператором грузоподъемной машины при помощи клавиатуры при введении параметров координатной защиты. Далее микроконтроллер блока 3 обработки данных, в зависимости от результатов этого сравнения, формирует сигналы управления исполнительным блоком, осуществляя защиту грузоподъемной машины от перегрузок, и реализует координатную защиту. Одновременно микроконтроллер осуществляет запись рабочих параметров в долговременную энергонезависимую память регистратора параметров грузоподъемной машины. При этом форма, объем и порядок записей устанавливаются в соответствии с нормативными требованиями Ростехнадзора.
Микроконтроллер, одновременно с записью рабочих параметров грузоподъемной машины в долговременную энергонезависимую память регистратора параметров, передает эти параметры через линию 4 связи, блок 6 и базовую станцию 7 сети сотовой связи на удаленный web-сервер 8, обеспечивающий возможность дистанционного доступа к информации, хранимой на нем, с помощью персональных компьютеров, подключенных к сети Интернет. К данной информации могут иметь доступ любые заинтересованные лица, в том числе инспекторский состав Ростехнадзора.
При возникновении на какой-либо из грузоподъемных машин чрезвычайной ситуации, например, выходе из строя приводов или элементов системы безопасности, оператор грузоподъемной машины вызывает на связь ЦУПГМ 14, нажимая на кнопку 13. Сигнал с грузоподъемной машины регистрируется на web-сервере 8 и поступает с него по сети Интернет на персональный компьютер 18 оператора ЦУПГМ 14, формирующий световой тревожный сигнал. На дисплее персонального компьютера 18 начинает мигать строка с указанием номера грузоподъемной машины, с которой поступил вызов. Одновременно происходит вызов телефона 19 оператора данного центра.
Оператор ЦУПГМ 14 может также переадресовать вызов в службу, ответственную за безопасную эксплуатацию грузоподъемных машин, или в службу, ответственную за исправное состояние элементов системы, установленных на грузоподъемных машинах, например, на АРМ 20 соответствующей технической службы данного центра, или на АРМ 21 в сервисный центр, для уточнения характера неисправности на грузоподъемной машине и оказания оператору грузоподъемной машины соответствующей технической помощи в поиске и устранении неисправностей.
При поступлении в ЦУПГМ 14 по телефонной линии связи или по сети Интернет сообщения местной метеостанции и/или службы по чрезвычайным ситуациям о возможном резком изменении климатической обстановки в районе расположения грузоподъемной машины, например о приближении фронта ураганного ветра оператор данного центра вызывает операторов грузоподъемных машин, работающих в данное время, и производит предупреждение о необходимости остановки работ на время прохождения фронта ураганного ветра и необходимости проведения необходимых мероприятий по подготовке грузоподъемной машины к преодолению возможного стихийного бедствия, например, перемещение башенного крана на место стоянки, в котором поворот его стрелы под действием ветровой нагрузки не приведет к аварийным ситуациям, установка под крановые колеса противоугонных лопаток, снятие привода поворота с тормоза для уменьшения ветровой нагрузки и т.д.
Заявленная система дистанционного мониторинга парка грузоподъемных машин может быть реализована промышленным способом с использованием современных электронных компонентов, средств связи и вычислительной техники.