型號：SOLD-GNSS

第1章 系統簡介
1.1 概述
隨著水路運輸業的快速發展，現代港口規模和吞吐量不斷增長，港口各種裝卸設備數量不斷增加，如何高效可靠使用這些裝卸設備是各港口單位關心的問題。港口裝卸設備中主要的斗輪堆取料機又稱懸臂式堆取料機，是散貨堆場作業的核心設備。它是堆取料合一的機械，即是一種挖取和堆存煤炭、礦石、砂石等松散物料的高效率機械。它不僅適用于電廠，而且在碼頭、港口也很適用，大多數的轉運煤及松散物料的碼頭、港口都采用斗輪堆取料機。斗輪堆取料機的采用，大大縮短了堆取時間，提高了工作效率，減輕了工人勞動強度。
為提高裝卸均化作業的效率和安全問題，應保證堆取料機具備尋堆認址、定位, 自動確定各層料堆起點、終點及位置跟蹤、終點記憶、料流對中心、電纜保護、整機自動堆取料，從而實現流暢和高效的堆取料自動作業。同時中控室能夠對作業過程進行監視。所以有必要對堆取料機大機位置進行連續跟蹤、懸臂三維位置實時檢測，解決堆取料作業過程中空間防碰撞的難題。
1.2 目前大機采用的定位方式
目前堆取料機位置檢測大多采用的是人眼定位、光電編碼器裝置（光碼盤）、激光位移傳感器、行走限位開關、RFID方式。光電編碼器裝置，整套裝置安裝在驅動電機前部的一個金屬殼體內，由盤狀齒輪與定位車齒條嚙合，通過驅動軸驅動編碼器。盤狀齒輪的圓周與定位車驅動小齒輪的圓周相同。編碼器由傳動齒輪自下而上通過減速機、聯軸節驅動，實現定位車的位置檢測。這幾種檢測位置的方式均存在一定缺陷，具體表現如下：
1) 人眼定位受制于眼睛健康狀況和精神狀態，環境影響比較大，作業時間長；
2) 光電編碼器裝置在車輪打滑就會形成累計誤差, 相對定位的機械接觸工作方式；
3) 激光位移傳感器在不潔凈環境會失去作用，軌道沉降導致車輛走行抖動會使反光板靶位不準，亦會導致位置檢測不準；
4) 行走限位開關由于是點定位，對連續性位置檢測存在盲區；
5) RFID方式是無線點定位，存在漏讀現象, 延時較大；
故這幾種傳感器在檢測位置時多數為機械式、靈敏度低、壽命短、故障率高、可靠性低，操作繁鎖，而且存在溜放環節(即失控區)，致使半自動操作難以可靠穩定運行。由于堆取料機是較大的設備，其慣性較大，在啟動和停止時也是硬性的，所以在工作過程中會產生很大的撞擊和震動，噪音污染嚴重，嚴重影響其安全性和有關零部件的壽命，易于損壞設備，由此設備精確位置控制顯得尤為重要。
1.3 懸臂采用的檢測技術
通常的懸臂空間位置反饋都是采用行走、旋轉、俯仰三個旋轉編碼器的數值計算得出的，對懸臂的空間位置計算過程非常復雜，該計算過程需要結合行走、俯仰、旋轉三個編碼器的數值進行空間建模，而這三個編碼器都有不同程度的誤差，這就造成累積誤差，故懸臂空間坐標的準確性不高。現有的防碰撞方法是根據兩臺堆取料機是否處于同一個場垛進行判斷，如果兩臺堆取料機不在同一個場垛就可以正常作業。兩臺堆取料機進入一個場垛進行作業時，就對兩臺堆取料機同時進行鎖定，使其不能工作，由此避免堆取料機之間發生碰撞，這嚴重影響了堆取料機的同場作業。
由于以上原因，當前都采用人工監控的方法來避免空間碰撞事故。現有的防碰撞方法無法有效避免堆取料機空間防碰撞問題，使得兩臺堆取料機無法同時在同一個堆場中安全作業，嚴重影響效率。
1.4 本系統采用的GNSS定位技術
本系統采用在堆場合適位置建立基準站，在堆取料機的回轉中心和懸臂中部或者頭部中心點安裝GPS流動站。通過GPS的位置信息和空間幾何算法，得出兩臺堆取料機之間的**小距離，從而可以判斷出堆取料機發生碰撞的可能性，使得作業人員進行相應處理。本系統可以實時計算出堆取料機懸臂的相對位置和距離，實現多臺堆取料機在同一個場垛中安全作業。該系統包括：大機及懸臂位置反饋系統、空間數據算法系統、空間防碰撞預警控制系統。
第2章 GNSS定位系統
2.1 GNSS系統組成
GNSS是**衛星導航系統的總稱,包括GPS（美國）、GLONASS（俄羅斯）、伽利略（歐盟）、北斗（中國）總共四套導航系統。而目前在軌運行并能真正實現民用定位功能的只有GPS和GLONASS兩套定位系統。
主要特點：具有**覆蓋、全天候、高精度、實時導航定位等**點。

2.2 GNSS系統介紹
GNSS系統主要由三部分構成：空間衛星部分、地面監控部分、用戶GNSS接收機部分。
衛星部分主要是再軌運行的專門用于導航的衛星，目前GPS和GLONASS在軌運行的衛星總共有60多顆，每顆衛星均在不間斷地向地球播發調制在兩個頻段上的衛星信號。在地球?*魏我壞悖�均块W�续第I�步观测诌|?顆GNSS衛星，從而保障了**、全天候的連續地三維定位，而且具有良好的抗干擾性和保密性。地面監控部分主要是控制衛星姿態、參數設置等得主控站和測控站，都是有政府部門控制的。第三部分就是我們用戶接收機部分，這部分就是我們通常所說的GPS接收機。
2.3 GNSS定位原理
一般來說，在平面上要確定某點的位置，需要兩個要素。而在空間上，要確定某點的位置，就需要三個要素。GNSS定位空間上的某一點，****我們可以得到GPS衛星的位置；其次，我們又能準確測定我們所在地點A至衛星之間的距離，那么A點一定是位于以衛星為中心、所測得距離為半徑的圓球上。進一步，我們又測得點A至另一衛星的距離，則A點一定處在前后兩個圓球相交的圓環上。我們還可測與第三個衛星的距離，就可以確定A點只能是在三個圓球相交的兩個點上。根據一些地理知識，可以很容易排除其中一個不合理的位置。但是由于GPS的干擾因素較多，所以定位空間上的某一點，至少需要五顆以上的衛星。
2.4 差分技術的應用
單臺GNSS接收進行定位因為受到很多干擾因素的影響，精度很低，一般只有三四米左右。所以為了提高定位精度，我們引進了差分技術。差分GPS產品一般由基準站、流動站和數據鏈三部分構成，在測量時兩臺或多臺GPS接收機同步觀測GPS衛星。由基準站發射衛星的改正信息，流動站在收到GPS信號的同時接收到基準站的定位結果。
差分技術很早就被人們所應用。它實際上是在一個測站對兩個目標的觀測量、兩個測站對一個目標的觀測量或一個測站對一個目標的兩次觀測量之間進行求差。其目的在于消除公共項，包括公共誤差和公共參數。安裝和防護，不影響作業環境。
隨著GPS技術的發展和完善，應用**域的進一步開拓，人們越來越重視利用差分GPS技術來改善定位性能。它使用一臺GPS基準接收機和一臺用戶接收機，利用實時或事后處理技術，就可以使用戶測量時消去公共的誤差源。這樣就可以大幅提高測量精度，可以達到厘米級精度。
第3章 系統架構建立
本系統主要由大機及懸臂位置反饋系統、空間數據算法系統、空間防碰撞預警控制系統等構成。
3.1 基準站系統
基準站系統給各臺堆取料機提供差分數據，是整個系統的控制部分。其工作原理是基準站接收機將自己獲取的高精度定位數據，通過光纖模式、電臺、GPRS或WIFI方式將差分數據發送到堆取料機的接收機上；接收機通過將自身的定位數據和基準站的差分數據進行差分解算，**后得到厘米級定位數據。
差分示意圖
基準站差分系統主要包括基準站GNSS接收機和差分數據電臺。基準站作為整個系統的基準必須建立在一個干擾少，基礎穩定的位置，以便保證整個系統的定位精度以及全天候使用。一般來說基準站系統建立空曠的房屋樓**上，單**建立立柱必須做好防雷措施。
基準站觀測墩
3.2 流動站系統
在每臺堆取料機上安裝兩臺流動站，流動站接收機天線分別安放在大機回轉中心和懸臂中部或者頭部中心點處。兩臺流動站實時檢測空間的三維坐標信息，并計算出每臺堆取料機的位置、俯仰、角度信息等，并通過數據鏈路傳輸給中控室的PLC主機，這樣根據“兩點確定一條直線”原理，中控PLC就可以實時的知道堆取料機的大機回轉中心和堆取料機的懸臂頭部中心所在軸線的位置了。并對相鄰的堆取料機進行兩兩比較，計算出他們之間的安全距離，臂架俯仰和旋轉的**大角度。一旦相鄰的堆取料機之間的距離小于安全距離或旋轉、俯仰角度超出安全角度時，軟件將自動向操作人員發出報警信息以及停機信號，防止意外事故的發生。
通過RTK方式來檢測懸臂位置信息可以精確到厘米級，并且不受自身行車輪打滑和其它編碼器累積誤差的影響，比現有的防碰撞方法更加準確高效。克服了現有技術中由于懸臂空間位置反饋都是采用行走、旋轉、俯仰三個編碼器的數值計算，而造成的誤差累積問題。
3.3 系統監控軟件
系統監控軟件的主要作用是負責人機交互，用**直觀的方式將整個料場所有設備的運行狀態顯示在上位機屏幕上，操作人員和中控室的管理人員能夠實時的對料場生產進行監控和管理，預防生產事故發生，提高作業效率和堆取精準度。
3.3.1 監控軟件的分布位置
(一) 安裝在中控室：安裝在中控室的軟件，主要負責顯示整個料場所有設備的運行狀態，用仿真的形式，顯示在上位機屏幕上。包括每臺大機的行走位置，回轉中心旋轉角度，懸臂垂直俯仰角度，堆料（取料）的狀態，皮帶運行狀態。根據每臺堆取料機的狀態參數，計算出相鄰取料機懸臂之間的**短距離，并根據操作人員在軟件中設置的報警距離（比如10米），進行實時監控，一旦相鄰取料機的懸臂距離小于報警值，軟件就開始用聲光報警方式發出報警，操作人員得知后，進行相應的處理。
(二) 安裝在大機操作室：安裝在大機操作室的軟件，主要負責顯示和自身相鄰的1個（或2個）堆取料機的工作狀態，包括行走位置，回轉中心旋轉角度，懸臂垂直俯仰角度，堆料（取料）的狀態，皮帶運行狀態。根據每臺取料機的狀態參數，計算出相鄰取料機懸臂之間的**短距離，并根據操作人員在軟件中設置的報警距離（比如10米），進行實時監控，一旦相鄰取料機的懸臂距離小于報警值，軟件就開始用聲光報警方式發出報警，操作人員得知后，進行相應的處理。和安裝在中控室的軟件不同，它不必顯示整個料場所有堆取料機的狀態，只顯示出和自身相鄰的1個（或2個）堆取料機即可。
3.3.2 監控軟件的主要功能
(一) 用仿真模擬的方式將整個料場所有設備的工作狀態全部顯示。包括每臺堆取料機的行走位置，回轉中心旋轉角度，懸臂垂直俯仰角度，堆料（取料）的狀態，皮帶運行狀態。
(二) 將整個料場用刻度標尺進行標注。刻度標尺支持任意大小（從1米到2000米）。操作人員可以通過在軟件中設置相應的參數來自由定義。
(三) 在功能二的基礎上，管理人員可以在料場的任意位置，以任意大小的面積來標注堆料狀況，可以標注出堆料種類，堆料重量，堆料面積，并且可以根據需要和個人習慣，標注備注內容，設置料堆為任意顏色，方便自身的統計和監控。
(四) 可以對堆取料機之間的碰撞報警進行設置。報警分為3個檔，分別為：預警，報警，急停。每個檔都可以設置一個具體的報警距離（例如20米）和一個報警顏色。
(五) 對報警的內容進行存儲記錄，所有的報警記錄都將被保存，權限較高的用戶可以查閱這些記錄。記錄中包含了日期，報警內容，報警時間等相關的重要信息。方便生產檢查追溯。
(六) 多協議通訊的能力，軟件具備多種設備的通訊協議，可以和PLC、OPC、串口、以太網等進行通訊，方便用戶將本系統和其他系統進行溝通整合。
(七) 擴展功能。本軟件不但可以監測料場內所有堆取料機的空間位置信息，還可以監測任何安裝了本公司流動站系統的設備，包括各種運輸車，鏟車等。通過加裝流動站系統，就可以方便的拓展軟件功能，從而達到監測料場內所有移動目標的效果。


第4章 系統實現功能效果
使用本系統后，進行數據采集和空間幾何算法，再將計算結果傳給PLC，進行大機精確位置檢測和防碰撞控制的計算與報警，還可以檢測懸臂旋轉角度及俯仰角度，效果顯著。不但解決了其它位移傳感器檢測大機位置不準確的問題，而且節省了檢測懸臂旋轉角度及俯仰角度的傳感器，消除了數據檢測中間轉換的誤差，提高了數據精準度。同時，計算過程簡單、直觀，可實現多臺堆取料機同場同時作業，實時檢測各個懸臂之間的**小距離，防止發生碰撞，提高了安全性和作業效率，可用于多種類型的堆取料機，提高同場作業效率達到80％左右，可以實現無人操作。
* 堆取料機走行位置、裝卸位置精確檢測；
* 可實現堆取料機自動走行，自動堆取料；
* 實現位置聯鎖，可以防止兩端掉道或碰撞事故；
* 與堆取料機小皮帶聯鎖控制，防止混料、錯料、堵料事故；
* 可進行鱗狀堆積預混勻作業，以提高原料成分的均勻度、減少粒度偏析；
* 實現堆取料機遠程監控功能；
* 結合皮帶秤數據對堆場堆存量數字化管理；
* 嚴格控制堆料形狀和取料規律，可以大大提高料場的存儲容量，提高料場的利用率;
* 變起點定終點工藝可將料堆截面堆成長方形，減少端部料的產生和浪費，也同時減少鏟車進場的作業量。


第5章 聯系方式
更詳細資料請聯系：
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