基于物联网技术智能附着式脚手架智能控制保护系统的研究

基于物联网技术智能附着式脚手架智能控制保护系统的研究

郭伯轩 郭怀东 张蕊

保定赛瑞电力科技有限公司

摘要：基于物联网技术智能附着式脚手架智能控制保护系统是附着式升降脚手架实现智能化提高安全管理的关键组成部分，自动控制架体升降的同步性，通过对电动葫芦拉力，电机运行电压电流的信息采集，结合架体整体水平一致性等综合信息，系统输出各级控制命令，实现架体协同控制，并且实时显示运行信息、故障点的精确位置及故障类型，切实提升现场安全的管控水平。

关键词：无线物联网 控制保护系统 附着式脚手架

引言

现代化城市建筑高层以及超高层建筑的建设标准及难度远远超过之前的低层建筑，特别是对建筑施工安全技术以及施工设备的安全要求带来前所未有的挑战。更加现代化、智能化的附着式升降脚手架是将附着在建工程建筑物上，自行升降，满足施工作业的需要是为保证工人在高空施工的安全性专门搭设的操作平台。

附着式升降脚手架智能控制保护系统以ARM架构多核处理器智能总控和多台ARM架构微处理器为核心的智能分控装置以及载荷传感器、水平传感器、电机保护模块组成的预警系统以及智能同步控制系统。智能总控对分控装置发布升、降、停，位置自检等命令和系统运行状态信息及预警和故障信息通过全数字科技的单IC 射频前段与ATMEL的AVR单片机构成的，可高速传输数据信号的微型433MHz无线收发信机将上位机和下位机联系在一起，对系统中各分控的载荷进行实时检测、实时报警、实时排障和实时控制，有效地保证了脚手架施工的快速、安全和准确。

系统特征

基于物联网技术智能附着式脚手架智能同步控制保护系统采用手动控制、遥控器控制及远程平台软件控制多种方式，实现现场操作的简易化，更适合建筑工地的操作环境，便于安全管理。 控制系统的控制线路采用高速传输数据信号的微型433MHz无线收发信机方式连接，解决了智能分控装置RS485通讯线路出现故障而使整个控制信号无法传递给总控的状况。同时各分控装置全部有单独控制动作，当分控的微处理器检测到当前机位异常时，会自动发出相应的动作，并将信号传递给总控。具备拉力检测，架体水平度检测、超载报警停车，机位、重量同步显示，自动调节电机正反转，多重电路保护系统，电机绝缘检查功能。

基于433MHz的无线物联网技术和传感器技术对多重关键控制点进行实时状态监测，快速数据分析，建立脚手架安全实时监测模型, 支持各种点对点，一点对多点的无线数据通讯方式，具有收发一体、使用简单、性价比高、稳定可靠等特点，解决了目前附着式脚手架有线数据采集传输线路复杂，故障率高，现场不易安装的不足。其主要特点：1）终端之间自组网无线连接，不需要通讯费用；2）可代替连接电缆，传输距离远，免去电缆施工的困扰；3）穿透绕射能力强，适用于复杂工业和生活环境；4）终端纠错能力强，能主动纠正被干扰的数据包，大大提高传输可靠性。无线物联网系统框架图一如下：

系统组成及功能描述

3.1、系统组成简介

基于物联网技术智能附着式脚手架智能控制保护系统由主控平台、分控装置，无线传输数据装置、拉力传感器，电动机综合保护装置，架体水平位置监测装置构成。根据不同的监测类型附着式升降脚手架控制系统结构为开环和闭环综合控制系统。

为适应在恶劣的建筑施工环境中保证智能附着式脚手架安全的施工，确保其正常的使用周期，及现场安装、操作的便捷性，故系统采用以ARM架构微处理器为核心的智能装置。硬件具有先进的数据运算处理能力和强大的通讯网络功能。1）核间通信效率高，数据传输速度快；2）处理器的并行处理性能强大；3）人机界面简介实用性强；4）多核体系结构简单可靠性高；5）易于优化设计,扩展性强。硬件结构框图如图二所示。

图二 硬件结构框图

3.2、功能描述

1）系统自检功能。控制板自检，三相电源电压、传感器输入信号自检。采集三相电压显示，增加缺相报警，缺相检测停机功能保护电机。通过微型电流传感器采集单路电流，增加过流延时报警，报警值可设定（注意考虑躲过启动电流）,无压监测（监测三相电源出口电压，当检测出口无压时，接收提升、下降命令，闭合继电器）。

2）分控装置通过各自所连接的重量传感器分别检测所对应的架体的载荷状态，如果某个分控装置所检测架体的载荷值已经达到失载预警值/失载停机值/超载预警值/超载停机值、则该分控装置发出报警信号同时将信息反馈到总控箱；升时超载功能有效，降时失载功能有效。分控装置将反馈信息预处理后进一步反馈到总控台，同时总控箱通过自身所具有的显示屏显示反馈停机信息的分控装置机号和停机类别。

3）主控平台监测水平支承桁架两端高差达到20mm时，自动停机报警， 并记录提升点的实际升高和超高的数据。

4）在附着式脚手架上升/下降时，总控台控制升降提示装置通过声光报警器进行提示，同时通过LED跑马灯显示带有上升/下降标识的图案。

3.3系统控制原理图

图三 系统控制原理图

结束语

基于物联网技术智能附着式脚手架智能控制保护系统综合运用微处理器、无线物联网技术和传感器测控技术，通过采用ARM架构微处理器对被提升脚手架的载荷、水平状态及电机输入电流、电压进行综合分析并作出相应处理，实现了对附着式脚手架的升降的全过程的实时监测和自动控制，并通过微处理器对各机位载荷和状态进行采集和显示各机位分控装置的当前状态，升降脚手架的控制，系统超调量最小，响应更加灵敏，趋于稳态的时间更短，在动静态特性、抗干扰能力等方面表现出更好的效果，能够更好地实现各架体之间的同步升降使整个附着式升降脚手架的升降自如、快速、准确、安全，从而有效地保证了施工的优质进行。

参考文献

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