行车精确定位及信息管理系统

1 行车精确定位及信息管理系统行车精确定位及信息管理系统 说明书说明书 武汉利德测控技术股份有限公司武汉利德测控技术股份有限公司 2 目录 1 1 行业背景行业背景 3 3 2 2 系统描述系统描述 5 5 3 3 系统功能系统功能 5 5 4 4 系统特点系统特点 5 5 5 5 系统结构系统结构 7 7 5 1 系统组成 7 5 1 1 地面站设备的功能 7 5 1 2 车载站设备的功能 8 5 1 3 应用功能概要 8 5 1 4 外部接口说明 10 6 6 系统核心技术系统核心技术 1111 6 1 行车位置检测系统构成 11 6 2 小车走行位置检测 横向位置检测 12 6 3 大车走行位置检测 行车纵向位置检测 13 6 4 格雷母线定位装置特点 15 7 7 系统的主要技术指标系统的主要技术指标 1515 7 1 格雷母线定位的主要技术指标 15 7 2 无线数传系统的主要技术指标 16 7 3 车载终端的主要技术指标 16 8 8 冶金及港口行业业绩冶金及港口行业业绩 1616 3 1 行业背景行业背景 为了实现企业现代化和提高企业市场竞争力 要求企业自身对自动化控制程度 和信息化建设要有很高的水准 以宝钢为代表的大型骨干企业的自动化程度和信息 化建设在国内流程制造业信息化中处于领先地位 已经形成了较为完整的层次化信 息体系结构 基于 MES 制造执行系统 的物流信息系统是信息体系的重要组成部 分 是企业实现生产活动与经营活动的有效集成 优化运行 优化控制与优化管理 不可或缺的手段 是提高企业竞争力的重要的技术之一 实现行车工作跨中行车间的通讯 货物垛位号对位 起吊动作连锁 生产过程 计算机管理以及最终达到无人驾驶等一系列自动化技术问题的解决 对钢厂的安全 生产 提高生产管理水平 提高产品质量和经济效益有着十分重要的意义 4 5 2 系统描述系统描述 行车定位和无线数据传输系统 以下简称行车定位跟踪系统即 CLTS 即行车智 能化控制系统产品是基于 MES 系统 集无线电技术 网络通讯技术 自动化控制技 术于一身的行车智能化控制系统 采用无线数传系统 高精度定位系统 能对铸造 起重机 冶金起重机 夹钳起重机 电磁起重机 淬火起重机 普通桥式起重机 门式起重机的吊钩三维位置进行实时检测 监控行车工作状态 在线跟踪记录库中 的物流状态 实现对各单元生产用行车的自动调度 库场管理和行车工作信息的实 时汇总 保证生产过程中物流的顺畅 3 系统功能系统功能 实时检测行车吊钩三维位置 监控行车运行工作状态 在线跟踪 记录库中的物流状态 在行车上显示作业指令 并监控作业指令的执行情况 作为 MES 系统的执行机构 实现对各单元生产用行车的自动调度 库场管理 和行车工作信息的实时汇总 保证生产过程中物流的顺畅 4 系统特点系统特点 先进成熟性 系统所选设备和技术均代表当今世界先进的 主流的产品和技术 并在多领域 得到广泛使用 实时性 车上和地面设备通过无线局域网进行数据传输 通信符合 IEEE 802 11b g 标准 最高传输速率可达 54Mbps 另外设备良好的无线覆盖和接收性能 保证了数据传输 的实时性与快速性 精确的位置检测 采用格雷母线位置检测技术 其绝对地址信息真实可靠 不会有误码 无积累 6 误差 其发振频率不产生对其他电气设备的干扰且可调 格雷母线位置检测分辨率 2mm 定位精度为 5mm 高可靠性 系统所选设备均是专为适合工业现场环境而设计的产品 具有很高的抗电磁干 扰 抗震 抗高低温 防尘防水等性能 365 24 小时连续运行 满足其在钢铁等企 业中的使用 高安全性 系统所选设备通过多种安全技术可以有效阻止外来非法访问 设备均为宽等级 电压输入范围 电压的波动不会对设备造成影响 并对电压尖峰有一定的滤波能力 所有设备均为低功耗产品 不会产生大量的热能 也不会对电网产生冲击 对其它 电子设备不会产生电磁干扰 易扩展性 整个系统采用通用标准接口和开放的系统架构 随着用户应用的发展 可以非 常容易地进行集成 扩展和延伸 降低了用户的投资成本 易维护性 整个系统具备易于维护的特性 技术人员可以对无线网络进行灵活方便的管理 包括日常监控以及系统配置调整 故障处理等 操作便利 人性化设计 界面友好 车载终端可配操作键盘 触摸屏 软键盘 操作方式 灵活多样 7 5 系统结构系统结构 图 1 系统结构 行车位置跟踪系统 CLTS 的基本组成 1 行车位置检测系统 2 数据传输系统 3 电气信号联锁系统 4 车载终端 HMI 系统 5 地面控制管理系统 5 15 1 系统组成系统组成 车载站系统 车载终端及其天线设备 格雷母线电缆测距设备 接口转换 箱 地面站系统 格雷母线发振装置 无线网关 AP 及其天线设备 5 1 15 1 1 地面站设备的功能地面站设备的功能 AP 无线网关 连接有线网与无线网 合适的 AP 个数可覆盖所有工作区 域的无线电信号 无线网关的天线设备 无线电信号的接收与发射 并参与无线电信号的区 8 域范围覆盖 大车走行格雷母线及地址编码发生器 地址编码发生器向格雷母线发射一 定频率的周波信号 给大车走行提供位置信号 5 1 25 1 2 车载站设备的功能车载站设备的功能 车载终端 接收并显示应用接口服务器的行车作业命令 指导行车操作员 进行吊运作业 对吊运作业实绩进行处理并上传至应用接口服务器 行车当前 X Y 位置的显示并判定行进方向和目标 显示各类电气设备状态和联锁 禁驶 信息 车载终端的天线设备 用于车载计算机接收和发送无线电信号 接口转换箱 位置检测装置和电气等各类数据转换成车载终端能够接受的 格式 并为车载终端 位置检测装置等提供电源 5 1 35 1 3 应用功能概要应用功能概要 通信与控制配置管理 监控行车定位跟踪系统的通信状况 当通信出现故障时 能够暂存需要传送的 信息 待通信恢复后 能够自动重送 系统还具备通信故障提示 系统通信自测试 等功能 信号采集 采集与传输行车夹具夹紧 起载 高度 重量等电气信号 根据电气信号更新 行车命令的状态等信息 联锁控制 通过应用接口服务器向库内电气设备 PLC 发出联锁 解锁的控制请求 对过跨车 等设备进行联锁控制并采集当前状态信息 禁驶控制 通过车载站直接向行车 PLC 发出禁驶的控制请求 禁止行车进入相关控制区域 并采集当前状态信息 行车吊运命令操作 管理 接收 存储和更新应用接口服务器下发的所有吊运命令 对吊运命令的执行状 态进行全规程的跟踪 结合行车运行状况生成吊运实绩 上传给应用接口服务器 软件功能 图 2 3 为车载终端常用的操作界面 如图 2 所示 9 行车将要执行的吊运命令和当前执行的吊运命令的显示 每条命令内容包括种 类 顺序号 分组号 子序号 板坯号 吊上位置 卸下位置 块数 行车当前 X Y 位置显示并判别行进方向和目标 行车司机可以根据需要选择自动判别或者手动确认吊上完成卸下完成 图 2 执行吊运任务界面示意图 图 3 为指令选择操作界面 司机可以根据需要选择要执行的吊运命令并且可以 查看各类命令 10 图 6 命令选择界面示意图 5 1 45 1 4 外部接口说明外部接口说明 与应用接口服务器的接口说明 行车定位跟踪系统与应用接口服务器经 L3 L2 网络直接通讯 与地面 PLC 接口说明 经应用接口服务器信息中转与板坯库的上料棍道和下料棍道 钢卷库的步进梁 等设备 PLC 连接 参与地面设备的连锁控制 与行车 PLC 接口 与板坯库 钢卷库的行车连接 无触点定子调压调速装置 参与行车的禁驶控 制 与行车夹具接口 采集行车夹具夹紧 起载 高度限位等 接口通讯实现方式 与应用接口服务器的通信采用 TCP IP SOCKET 协议进行电文通讯 与行车无触点定子调压调速装置和夹具的通信采用干接点方式 11 6 系统核心技术系统核心技术 行车位置检测部分是行车定位跟踪系统的重要组成部分 行车位置检测我们采 用成熟 稳定 可靠的格雷母线定位技术 无累积误差 格雷母线位置检测将电磁感应原理应用于位置检测和数据通信领域 格雷母线 以相互靠近的扁平状的电缆和天线箱之间的电磁耦合来进行通信 并在通信的同时 检测到天线箱在格雷母线长度方向上的位置 格雷母线位置检测包括地址编码发生器 地址编码接收器 格雷母线 天线箱 四个部分 6 16 1 行车位置检测系统构成行车位置检测系统构成 如图 4 所示为行车位置检测系统示意图 一台地面站可以对应多台车载站 图 中各画出了一台 大车走行天线箱的功能为 以非接触方式接收从大车走行格雷母 线发射来的代表位置信息的感应信号 小车走行天线箱的功能为 以非接触方式向 小车走行格雷母线发射代表位置信息的感应信号 大车走行格雷母线 小 车 走 行 格 雷 母 线 终端 箱 始端 箱 地址编码 发生器 天线箱 始端 箱 终端 箱 天 线 箱 中继 箱 小车地址 编码接收 器 地址编 码发生 器 横梁电气室 车车载载站站 大车地址 编码接收 器 地地面面站站 图 4 位置检测系统图 12 6 26 2小车走行位置检测 横向位置检测 小车走行位置检测 横向位置检测 CLTS 行车定位跟踪系统 系统中的格雷母线内有多组导线 根据功能这些导 线分为两种 基准线和地址线 格雷码 一根格雷母线内至少有一组基准线和通常 10 组地址线导线 下图为自动检测原理图 其中只画出 4 对 每对导线根据格雷 码的规则在不同的长度上产生交叉 并且通过终端箱实际上形成了一个闭合线圈 横向振荡器给横向天线提特定频率的周波 天线中产生电磁场 当天线移动到格雷 母线中交叉部分时 该交叉部分的导线切割磁力线产生感应电流 正弦波 并且每 经过一个交叉 正弦电的相位改变 180 CLTS 行车定位跟踪系统 中采用了一种称为 格雷码 Gray Code 的技术 来确定行车的位置 为了产生格雷码 首先按照图 5 中所示排列格雷母线中的导线 对 最小交叉长度的一半就是该 CLTS 能检测的单位长度 例如 CLTS 行车定位 跟踪系统 的检测单位是 10cm 则格雷母线内最小交叉长度为 20cm 相邻的格雷 码的值相差为 1Bit 位置检测器接收到每对导线的感应电流 通过比较基准线和 地址线导线中感应电流的相位差来表示该对导线代表 1 或者 0 相位差为 0 表明该 导线对格雷码的值为 0 相位差为 180 时表明该导线对的格雷码为 1 CLTS 行 车定位跟踪系统 系统所能检测位置的长度取决于格雷母线内的导线对数和交叉的 最小距离 例如 当只有一对基准线导线和 10 对地址线导线 并且最小交叉为 20cm 则 CLTS 所能检测的最大长度为 210 20cm 2 1 10240cm 当有 3 对基准线导线时 检测的最大长度为 210 20cm 2 3 30720cm 地址编 码接收 器 始端 箱 终端 箱 R G3 G2 G1 G0 G3 G2 G1 G0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 天线箱 地址编码发生器 格雷母线 基准导线对 格 雷 码 导 线 对 13 图 5 小车位置检测 6 36 3大车走行位置检测 行车纵向位置检测 大车走行位置检测 行车纵向位置检测 检测纵向位置与检测横向位置有所不同 下图中 地面站内的地址编码器提供 的 50kHz 的检测周波依次向纵向格雷母线内的基准线导线和地址线导线提供 每对 导线依次在纵向天线内产生感应电流 地址编码接收器通过比较基准线和地址线导 线中感应电流的相位差来表示该对导线代表 1 或者 0 相位差为 0 表明该导线对格 雷码的值为 0 相位差为 180 时表明该导线对的格雷码为 1 注意 检测纵向位 置时纵向格雷母线内交叉的导线对相当于多个线圈 它们提供磁场 而接收天线中 则产生感应电流 并且在同一时刻每对导线内相邻的两个线圈在天线中产生的感应 电流的相位相差 180 14 地址编 码发生 器 始端 箱 终端 箱 R G3 G2 G1 G0 G3 G2 G1 G0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 天线箱 格雷母线 基准导线对 格 雷 码 导 线 对 地址编码 接收器 图 6 大车走行位置检测 15 6 46 4 格雷母线定位装置特点格雷母线定位装置特点 通过安装在移动机车上的天线箱与敷设在地上的格雷母线之间的电磁耦合来 检测移动机车的位置 无机械性接触磨损 非接触式 因而可高速准确地检测和传 送位置信息 由于格雷母线为多对以一定规律交叉扭绞结构 能有效地抑制外部散杂电平 的干扰 由于是利用各对地址线接收到的信号的相位和基准线接收到的信号的相位相