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原文传递一种基于数字孪生的塔式起重机工作监测系统

专利名称：	一种基于数字孪生的塔式起重机工作监测系统
摘要：	本发明涉及起重机技术领域，提供了一种基于数字孪生的塔式起重机工作监测系统，包括服务器、塔式起重机、传感器模块、数字孪生模块、评估模块，传感器模块采集塔式起重机行进路线上的障碍物数据，数字孪生模块调用塔式起重机同种类型的历史运行数据，并根据历史运行数据构建工作状态监控数学模型，评估模块根据传感器模块的障碍物数据和工作状态监控数学模型对塔式起重机的工作状态进行评估形成评估结果，并根据评估结果向操作者进行提示。本发明通过评估模块、数字孪生模块和传感器模块的相互配合，有效提升整个系统的安全性和可靠性，使得整个系统具有操作范围广、与操作者交互舒适性高、起重机的起吊状态可被监控的优点。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	广东;44
申请人：	广东达丰机械工程有限公司
发明人：	王鹤达;袁波;韦图志;王文涛
专利状态：	有效
申请日期：	2023-08-16T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-14T00:00:00+0800
申请号：	CN202311032845.4
公开号：	CN117049379A
代理机构：	广州中研专利代理有限公司
代理人：	刘中航
分类号：	B66C15/06;G01D21/02;B66C23/88;B;G;B66;G01;B66C;G01D;B66C15;G01D21;B66C23;B66C15/06;G01D21/02;B66C23/88
申请人地址：	510000 广东省广州市海珠区新港东路1166号101房自编1104单元(仅限办公)
主权项：	1.一种基于数字孪生的塔式起重机工作监测系统，所述塔式起重机工作监测系统包括服务器、以及塔式起重机，其特征在于，所述塔式起重机工作监测系统还包括传感器模块、数字孪生模块、评估模块，所述服务器分别与所述传感器模块、所述数字孪生模块和所述评估模块连接；所述传感器模块采集所述塔式起重机行进路线上的障碍物数据，所述数字孪生模块调用所述塔式起重机同种类型的历史运行数据，并根据所述历史运行数据构建工作状态监控数学模型，所述评估模块根据所述传感器模块的障碍物数据和工作状态监控数学模型对所述塔式起重机的工作状态进行评估形成评估结果，并根据评估结果向操作者进行提示；所述数字孪生模块包括数据调用单元和数字孪生单元，所述数据调用单元调用所述塔式起重机的历史运行数据，所述数字孪生单元获取所述塔式起重机的历史运行数据，并构建工作状态监控数学模型；其中，所述数据调用单元包括身份核验生成器和基础数据库，所述身份核验生成器对所述塔式起重机的身份进行核验，并在核验通过后生成核验授权码，所述数字孪生单元根据所述核验授权码调用与所述塔式起重机同种类型的历史运行数据，并根据历史运行数据构建所述塔式起重机的工作状态监控数学模型，所述基础数据库用于存储数据调用单元的数据。 2.根据权利要求1所述的基于数字孪生的塔式起重机工作监测系统，其特征在于，所述传感器模块设置在所述塔式起重机上，所述传感器模块包括支撑单元、距离检测单元和声音检测单元，所述支撑单元对所述距离检测单元进行支撑，所述距离检测单元采集所述塔式起重机在行进路线上自身与障碍物距离，所述声音检测单元对所述塔式起重机的工作机构的声音进行检测；其中，所述距离检测单元设置在所述塔式起重机的吊绳上。 3.根据权利要求2所述的基于数字孪生的塔式起重机工作监测系统，其特征在于，所述距离检测单元包括检测雷达和数据传输器，所述检测雷达设置在所述支撑单元上并采集所述塔式起重机的行进路线上自身与障碍物距离作为障碍物距离数据，所述数据传输器将所述检测雷达检测得到的数据传输至所述评估模块中。 4.根据权利要求3所述的基于数字孪生的塔式起重机工作监测系统，其特征在于，所述声音检测单元设置在所述塔式其中接的升降机构中，以采集所述升降机构在提升和放下起吊物品时的声音数据对应的声音振幅；所述声音检测单元包括检测腔和声音拾取构件，所述检测腔对所述声音拾取构件进行支撑，所述声音拾取构件采集所述升降机构在提升和放下起吊物品时的声音振幅；其中，所述检测腔设置有供声音进行传输的收音槽，所述声音拾取构件设置在所述检测腔的收音槽内壁中。 5.根据权利要求4所述的基于数字孪生的塔式起重机工作监测系统，其特征在于，所述数字孪生单元根据以下步骤构建工作状态监控数学模型： S1、收集指定时间范围内所述塔式起重机同种类型的运行数据，所述运行数据包括塔式起重机起吊的重量、塔式起重机运行时长和塔式起重机起吊绳的牵拉力； S2、对收集到的运行数据进行预处理，所述预处理包括去除异常值，数据标准化 S3、建立工作状态监控数学模型，其中，基于多元回归分析方法，建立如下的线性工作状态监控数学模型， y＝a·x1+b·x2+c·x3+ε；其中，a，b，c是模型的待估参数，x1、x2、x3分别为塔式起重机起吊的重量自变量、塔式起重机运行时长自变量、塔式起重机起吊绳的牵拉力自变量，ε为误差项； S4、使用最小二乘法估计所述数学模型中的所述待估参数，并将估计出的待估参数带入，以得到所述工作状态监控数学模型的最终形式； S5、使用部分已经过考证过的合格数据对建立工作状态监控数学模型进行验证，评估建立工作状态监控数学模型的偏差指数deviation； S6、若偏差指数deviation为正，则所述工作状态监控数学模型符合要求，若偏差指数deviation为负，表示预测结果的均方误差高于设定的偏差阈值range，则所述工作状态监控数学模型不符合要求； S7、将符合要求的工作状态监控数学模型应用于实际的塔式起重机运行状态监控，并记录所述塔式起重机的实时状态异常指数Abnormal，满足：式中，\|y-y'\|是实际值y和预测值y'之间的绝对差，std_dev(y')是预测值的标准偏差，其值从训练数据中计算得出。 6.根据权利要求5所述的基于数字孪生的塔式起重机工作监测系统，其特征在于，所述评估模块包括预警单元和评估单元，所述评估单元根据所述传感器模块和数字孪生模块的分析结果对所述塔式起重机的工作进行评估，形成评估结果，所述预警单元将所述评估结果向所述操作者进行提示；所述评估单元获取所述距离检测单元的障碍物距离数据、所述声音检测单元采集得到的声音振幅和数字孪生模块的分析结果，并根据下式计算所述塔式起重机起吊工作的状态指数State： State＝λ1·Sound+λ2·Distance+λ3·Abnormal；式中，λ1为声音权重系数、λ2为边界权重系数、λ3为状态异常权重系数，Sound为声音振幅处理得到的声音指数，Distance为根据所述障碍物距离数据处理得到的距离指数，Abnormal为状态异常指数；若所述塔式起重机起吊工作的状态指数State超过设定的监控值Monitor，可判断塔式起重机存在异常，并向所述操作者触发提示，以更换对应的零件或对塔式起重机的零件进行维护。 7.根据权利要求6所述的基于数字孪生的塔式起重机工作监测系统，其特征在于，所述障碍物距离数据处理得到的声音指数Sound根据下式进行计算：式中，Noise为所述声音拾取构件采集得到实时的声音振幅，min_sound为正常运行状态下的最小振幅，max_sound为正常运行状态下的最大振幅。 8.根据权利要求7所述的基于数字孪生的塔式起重机工作监测系统，其特征在于，所述预警单元包括操控显示屏和操控指示灯，所述操控显示屏根据所述评估单元的评估结果显示所述塔式起重机的工作状态，所述操控指示灯根据所述评估单元的评估结果触发不同种颜色的指示。 9.根据权利要求8所述的基于数字孪生的塔式起重机工作监测系统，其特征在于，评估建立工作状态监控数学模型的偏差指数deviation根据下式进行计算： deviation＝range-MSE；式中，range为设定的偏差阈值，MSE为建立的所述工作状态监控数学模型的均方误差。
所属类别：	发明专利