格雷母線精確定位技術(shù)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上格雷母線精確定位技術(shù)2010-7-18 7:24:00 來源：作者：一、格雷母線技術(shù) 格雷母線將電磁感應(yīng)原理應(yīng)用于位置檢測和數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域。格雷母線以相互靠近的扁平狀的電纜和天線箱之間的電磁耦合來進行通信，并在通信的同時檢測到天線箱在格雷母線長度方向上的位置。 格雷母線由一對基準(zhǔn)線（R線）和多對地址線（G線）按格雷碼規(guī)律編排構(gòu)成。地址線每隔一定步長交叉一次，構(gòu)成格雷碼規(guī)律編排的感應(yīng)環(huán)線，基準(zhǔn)線在整段格雷母線中不交叉。 格雷母線通信定位裝置由位置檢測單元和數(shù)據(jù)通信單元組成。 1、格雷母線位置檢測單元工作原理 格雷母線位置檢測單元包括地址發(fā)射單元、天線箱、地址檢測單元、格雷

2、母線及安裝輔件等部分。利用最簡單的單匝線圈的感應(yīng)原理,當(dāng)天線箱線圈中通入交變電流時，在天線箱附近會產(chǎn)生交變磁場。格雷母線近似處在一個交變的、均勻分布的磁場中,每對格雷母線芯線會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。發(fā)射單元地址信號通過電磁耦合方式傳送到格雷母線的感應(yīng)環(huán)線上。 地址檢測單元對接收到的信號進行相位比較。交叉線的信號相位與平行線的信號相位相同，地址為“0”;交叉線的信號相位與平行線的信號相位相反，地址為“1”，這樣感應(yīng)的地址信息是格雷碼排列,永不重復(fù)，由此確定移動站在格雷母線長度方向上的位置。 2、格雷母線數(shù)據(jù)通信單元工作原理 格雷母線數(shù)據(jù)通信單元包括發(fā)信機、天線箱、收信機、感應(yīng)環(huán)線等部分。 在格雷母線中

3、增加兩對感應(yīng)環(huán)線用于數(shù)據(jù)通信，通過電磁耦合在發(fā)信機和收信機之間傳送信息，信息使用頻率鍵控（FSK）方式調(diào)制，使用相干解調(diào)，標(biāo)準(zhǔn)通信速率4800bps或9600bps，通信誤碼率：10-7。 3、格雷母線通信定位裝置特點 （1）非接觸工作方式：非接觸工作方式，無滑脫和磨損等故障; （2）絕對位置檢測：能夠連續(xù)地、高精度地檢測絕對地址，位置檢測精度達5毫米，可以實現(xiàn)移動機車自動行走和全自動操作; （3）通信適用范圍廣：通過電磁耦合來進行通信,不受環(huán)境條件限制，接收靈敏度高。例如在隧道內(nèi)空間電磁波便很難傳送 ，格雷母線能實現(xiàn)通信; （4）不受無管會管制;數(shù)據(jù)通信的載頻為低頻，所產(chǎn)生的電磁場只限于幾米

4、范圍，輻射比工廠使用高頻無線電通信系統(tǒng)容許的級別低，不需要向無管會申請即可使用; （5）兼容性好：位置檢測和數(shù)據(jù)通信可以合用一根格雷母線電纜，施工方便、安裝維護簡單，占空間小，不影響現(xiàn)場外觀，不改變現(xiàn)場設(shè)備; （6）抗干擾能力強：使用交叉扭絞結(jié)構(gòu)及相位檢測技術(shù)，天線箱與格雷母線兩者間隙從30毫米到300毫米均可正常工作，不受環(huán)境噪音和接收信號電平波動的影響，能夠在諸如鐵礦石場等惡劣環(huán)境條件中長期可靠的工作; （7）適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境：安裝在室外的格雷母線電纜、天線箱、始端箱、終端箱和段間箱采用非金屬材料制作而且采用密封工藝，耐酸、堿腐蝕，防護等級IP54，使用壽命長。 二、格雷母線位移傳感器

5、 1、格雷母線位移傳感器部件 格雷母線電纜： 格雷母線電纜由芯線、模芯和護套構(gòu)成。護套使用氯丁橡膠材料，格雷母線電纜長度由25.6米、51.2米、102.4米、204.8米多種規(guī)格，多根格雷母線電纜可通過段間箱連接拼接以滿足工程需要。 地址編碼發(fā)射器：產(chǎn)生地址載波信號。內(nèi)含發(fā)振器、功率放大器、阻抗匹配器等，以同頻率分時方式分別將地址信號送給格雷母線基準(zhǔn)線和地址線。 地址編碼接收器：完成機車位置檢測和數(shù)據(jù)通信。內(nèi)含地址檢測單元、通信控制單元等，通過可編程邏輯電路全硬件方式實現(xiàn)地址解析，速度快，可靠性高。 天線箱：與格雷母線單匝線圈形成互感，完成地址檢測和感應(yīng)通信。格雷母線位移傳感器有兩類天線箱，

6、天線箱1用于地址檢測，天線箱2用于感應(yīng)通信。 感應(yīng)通信單元：內(nèi)含發(fā)信機、收信器等，實現(xiàn)地面站和移動站之間的雙向數(shù)據(jù)傳遞。信息使用頻率鍵控（FSK）方式調(diào)制，使用相干解調(diào)，標(biāo)準(zhǔn)通信速率4800bps或9600bps，通信誤碼率：10-7。 安裝輔件：用于現(xiàn)場固定格雷母線電纜 2 典型設(shè)備配置 地上檢測方式的特點： 移動站天線箱1為地址信號“發(fā)射天線”，固定站格雷母線芯線為地址信號“接收天線”; 地址編碼接收器在地面站，由地面站檢測移動站的地址。 車上檢測方式的特點： 固定站格雷母線芯線為地址信號“發(fā)射天線”，移動站天線箱1為地址信號“接收天線”; 地址編碼接收器在移動站上，移動站直接得到本機車的

7、地址。 三、格雷母線通信定位裝置用于起重機定位控制系統(tǒng) 1、格雷母線起重機通信定位裝置構(gòu)建模塊 （1）、起重機走行位置檢測： 格雷母線電纜安裝在起重機軌道旁，地址檢測采用車上檢測方式，地面站地址發(fā)射器通過格雷母線電纜芯線發(fā)射地址信號，起重機上的地址編碼接收器直接得到本機走行方向的位置; （2）、起重機小車走行位置檢測：格雷母線電纜安裝在起重機小車軌道旁，地址檢測采用地上檢測方式，地址發(fā)射器和地址編碼接收器都安裝在起重機上，起重機直接得到本機起重機小車的位置。 地址檢測單元輸出與中控PLC系統(tǒng)，可以實現(xiàn)起重機自動走行，自動堆取料。同時可防止起重機兩端掉道，防止起重機發(fā)生碰撞等事故。 （3）、起重

8、機感應(yīng)通信技術(shù)：格雷母線電纜中增加兩對感應(yīng)環(huán)線用于數(shù)據(jù)感應(yīng)通信，地面站感應(yīng)通信單元直接與遠程監(jiān)控系統(tǒng)計算機相連，車上感應(yīng)通信單元與起重機上PLC相連,通過感應(yīng)通信方式實現(xiàn)起重機與地面監(jiān)控系統(tǒng)計算機的雙向通信。使用頻率鍵控（FSK）方式調(diào)制，使用相干解調(diào)，標(biāo)準(zhǔn)通信速率4800bps或9600bps，通信誤碼率<10-7。位置檢測和數(shù)據(jù)通信可以合用一根格雷母線電纜，施工方便、安裝維護簡單，占空間小，不影響現(xiàn)場外觀，不改變現(xiàn)場設(shè)備。 所有實時工況均在一臺工業(yè)控制計算機屏幕上顯示，實現(xiàn)多臺起重機的集中監(jiān)視和控制。 2、格雷母線起重機通信定位裝置的主要功能 （1）、實現(xiàn)起重機走行位置檢測和起重機小

9、車走行位置檢測; （2）、可以實現(xiàn)起重機自動走行，自動堆取料; （3）、實現(xiàn)起重機與地面計算機的雙向通信; （4）、本起重機的位置指示，可防止起重機兩端掉道; （5）、其他起重機的位置指示，防止起重機發(fā)生碰撞等事故。 3、系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo) （1）、適應(yīng)速度： 0-200m/min; （2）、位置檢測精度：連續(xù)的絕對位置檢測，檢測精度10mm; （3）、通信波特率：全雙工通信，9600bps; （4）、通信誤碼率：<10-7; （5）、信息調(diào)制方式：FSK方式; （6）、工作溫度：-20+70。 格雷母線起重機通信定位裝置，不僅適用于原料場移動機的控制，而且對于無人操作的往返移動機械的位

10、置控制，如集裝箱堆場吊車，門式起重機，橋式起重機，卸船機，場橋，天車，吊車等有軌機車的自動走行、自動定位、掉道、防碰撞、集中監(jiān)視和控制等的場合。該裝置可以實現(xiàn)移動機車自動行走和全自動操作; 目前該系統(tǒng)已在武鋼工業(yè)港鐵礦石混勻堆料機安裝使用。使用本系統(tǒng)后，實現(xiàn)了堆取料機自動走行，自動堆料，效果良好。 在堆取料機自動化控制過程中，系統(tǒng)必須對堆取料機所在料端、倉位進行識別。在多臺堆取料機綜合堆場和堆取料機無人值守遠地操作時，對位置識別的準(zhǔn)確性和通信可靠性的要求更高。目前國內(nèi)大部分都是采用接近開關(guān)和旋轉(zhuǎn)編碼器等技術(shù)定位，這是一種相對地址定位方式。由于在露天或工作環(huán)境惡劣場所作業(yè)時，這種定位方式干擾大、

11、滑差大，明顯不適應(yīng)現(xiàn)代化的物流需求。通 過敷設(shè)在堆取料機軌道旁的編碼電纜位移傳感器實時地測定堆取料機走行地址，地址檢測精度為5毫米。再配以plc控制和無線通信系統(tǒng)，就可以實現(xiàn)堆取料機自 動走行，自動堆取料。同時可防止堆取料機兩端掉道，防止堆取料機發(fā)生碰撞等事故。所有實時工況均在一臺工業(yè)控制計算機屏幕上顯示，實現(xiàn)多臺堆取料機的集中 監(jiān)視和控制。目前該系統(tǒng)已在武鋼工業(yè)港鐵礦石混勻堆料機安裝使用。使用本系統(tǒng)后，實現(xiàn)了堆取料機自動走行，自動堆料，效果良好。該系統(tǒng)也可用于門式起重機，橋式起重機，卸船機，場橋，天車，吊車等有軌機車的自動走行、自動定位、掉道、防碰撞、集中監(jiān)視和控制等的場合。四、格雷母線通信

12、定位裝置用于列車運行控制系統(tǒng) 1. 列車運行控制系統(tǒng)構(gòu)成 完整的應(yīng)用格雷母線通信定位裝置構(gòu)成的列車運行控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由管理層、操作層、執(zhí)行層3個層次組成： 應(yīng)用格雷母線通信定位裝置構(gòu)成的列車運行控制系統(tǒng)采用的是“移動閉塞”技術(shù)，利用交叉感應(yīng)環(huán)線完成列車和地面信號設(shè)備間的雙向數(shù)據(jù)通信。地面信號設(shè)備可以得到每一列車連續(xù)的位置信息，并據(jù)此計算出每一列車的運行權(quán)限，動態(tài)更新發(fā)送給列車，列車根據(jù)接收到的運行權(quán)限和自身的運行狀態(tài)，計算出列車運行的速度曲線，實現(xiàn)完全防護的列車運行模式。 2. 感應(yīng)環(huán)線提供列車與地面信號設(shè)備的通信 感應(yīng)環(huán)線按一定間隔沿軌道鋪設(shè)（如25m），地面站感應(yīng)通信單元直接與地面信號設(shè)備相

13、連，它記錄了速度限制、列車位置、列車速度、發(fā)車間隔等信息。車上感應(yīng)通信單元與車載設(shè)備控制器相連，使用頻率鍵控（FSK）方式調(diào)制，使用相干解調(diào)，標(biāo)準(zhǔn)通信速率4800bps或9600bps，通信誤碼率<10-7。施工方便、安裝維護簡單，占空間小，不影響現(xiàn)場外觀，不改變現(xiàn)場設(shè)備。 通過感應(yīng)通信方式實現(xiàn)列車與地面間的雙向通訊，列車在線路中的位置需要列車通過車載里程儀 （ 借助電纜環(huán)的交叉點同步） 測量后經(jīng)感應(yīng)通信送到車站控制設(shè)備，車站控制設(shè)備再將這一信息轉(zhuǎn)發(fā)給后續(xù)列車，后續(xù)列車知道了前行列車的位置，可根據(jù)事先定義的安全行車原則，保持行車間距，實現(xiàn)移動閉塞。 基于感應(yīng)環(huán)線通信的移動閉塞系統(tǒng)，它可以

14、實現(xiàn)列車自動駕駛、定點停車、無人自動折返及按列車時刻表自動運行等功能。系統(tǒng)的硬件設(shè)備簡單。具有列車定位精度更高，安裝調(diào)試簡單，利于擴展，維修工作量小等特點。 3. 格雷母線通信定位裝置實現(xiàn)列車站臺精確定位 在車站上，格雷母線電纜安裝在軌道中間，檢測列車在車站的運行地址，具有位置檢測精度高、檢測速度快、絕對地址可靠，不受外部環(huán)境影響等特點。采用格雷母線通信定位裝置，可以幫助調(diào)度人員和機車駕駛員掌握移動列車實時精確地址，實現(xiàn)列車站臺精確定位，系統(tǒng)檢測精度0.25m。 格雷母線電纜中增加兩對感應(yīng)環(huán)線用于數(shù)據(jù)通信，地面站感應(yīng)通信單元直接與地面信號設(shè)備相連, 車上感應(yīng)通信單元與車載設(shè)備控制器相連,通過感

15、應(yīng)通信方式實現(xiàn)列車與地面站間的雙向通訊。使用頻率鍵控（FSK）方式調(diào)制，使用相干解調(diào)，標(biāo)準(zhǔn)通信速率4800bps或9600bps，通信誤碼率<10-7。位置檢測和數(shù)據(jù)通信可以合用一根格雷母線電纜，施工方便、安裝維護簡單，占空間小，不影響現(xiàn)場外觀，不改變現(xiàn)場設(shè)備。 4、系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo) （1）、適應(yīng)速度： 0-100km/h; （2）、位置檢測精度：連續(xù)的絕對位置檢測，檢測精度0.25m; （3）、通信波特率：全雙工通信，9600bps; （4）、通信誤碼率：<10-7; （5）、信息調(diào)制方式：FSK方式; （6）、工作溫度：-20+70。 五、格雷母線通信定位裝置用于自動化立體倉

16、庫系統(tǒng) 1、完整的應(yīng)用格雷母線通信定位裝置構(gòu)成的自動化立體倉庫系統(tǒng) 應(yīng)用格雷母線通信定位裝置構(gòu)成的自動化立體倉庫系統(tǒng)可分成三級，即系統(tǒng)級、管理監(jiān)控級和設(shè)備控制級。 系統(tǒng)級：通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為更高層的ERP系統(tǒng)提供生產(chǎn)和物流組織狀態(tài)及物資庫存信息，還能夠根據(jù)ERP系統(tǒng)下達的生產(chǎn)計劃和指令對生產(chǎn)和物流的組織進行相應(yīng)的調(diào)整。 管理監(jiān)控級：用于對自動化立體倉庫系統(tǒng)進行調(diào)度管理。采用流行的“客戶服務(wù)器”方式，服務(wù)器用來存儲倉庫貨物的各種信息，操作員以客戶機完成出入庫管理。 設(shè)備控制級：對各種自動化立體倉庫設(shè)備進行控制。管理監(jiān)控級將計算機系統(tǒng)的指令分解、下發(fā)給設(shè)備控制級，完成對物流系統(tǒng)底層設(shè)備的控制，設(shè)備控制

17、級將現(xiàn)場物流信息通過管理監(jiān)控級上報系統(tǒng)級管理。 2、技術(shù)特點： （1）、堆垛機格雷母線定位技術(shù)：包括行走方向的地址和提升方向的地址。 堆垛機行走方向的地址檢測：格雷母線電纜安裝在地面的軌道旁，采用車上檢測方式，地面站地址發(fā)射器通過格雷母線電纜芯線發(fā)射地址信號，堆垛機上的地址編碼接收器直接得到本機行走方向的地址; 堆垛機提升方向的地址檢測：格雷母線電纜安裝在堆垛機立柱上，采用地上檢測方式，地址發(fā)射器和地址編碼接收器都安裝在堆垛機上，堆垛機直接得到本機提升方向的地址。 行走方向的地址和提升方向的地址直接輸出到堆垛機PLC系統(tǒng)，地址檢測精度為5毫米，可以實現(xiàn)堆垛機自動走行，自動堆取貨物。 （2）、堆垛機感應(yīng)通信技術(shù)： 格雷母線電纜中增加兩對感應(yīng)環(huán)線用于數(shù)據(jù)通信，地面站感應(yīng)通信單元直接與地上計算機相連, 車上感應(yīng)通信單元與堆垛機上PLC相連,通過感應(yīng)通信方式實現(xiàn)堆垛機與地面計算機的雙向通訊。使用頻率鍵控（FSK）方式調(diào)制，使用相干解調(diào)，標(biāo)準(zhǔn)通信速率4800bps或9600bps，通信誤碼率<10-7。位置檢測和數(shù)據(jù)通信可以合用一根格雷母線電纜，施工方便、安裝維護簡單，占空間小，不影響現(xiàn)場外觀，不改變現(xiàn)場設(shè)備。 （3）、堆垛機控制技術(shù)：格雷母線定位裝置+變頻器閉環(huán)調(diào)速控制。 根據(jù)格雷母線定位裝置測量反饋的當(dāng)前速度信號適時調(diào)整變頻器的輸出