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格雷母线定位技术在卸料小车上的应用

供稿:whactec 2014/4/3 11:33:16

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  • 关键词: 精准定位,格雷母线,卸料小车
  • 摘要:卸料小车一般应用的场合环境都比较恶劣,传统的定位技术如编码器、激光等等在这种场合应用受到严重制约。本文介绍了一种很好解决该问题的一种新型技术-格雷母线定位技术。

第一章、概述

      卸料小车主要用于散状物料处理、矿山系统、堆场系统、矿石处理、装载系统、输送系统以及港口设备系统中,其将上料皮带机上的料种卸在不同的料棚或仓位之中。为达到卸料小车能给不同的料仓或料棚卸料,卸料小车能沿着上料皮带机运行方向进行正反方向的运行。

      目前,卸料小车比较先进的控制方式是采用在中控室远程控制方式。在中控室显示界面上显示当前小车所在的位置,对小车到达目标仓位和换仓的判断是基于显示界面上的仓位信号指示灯。传统的指示灯信号是通过在现场的每个仓旁边装一个或几个接近开关(或限位开关)得到的,当小车经过仓位处的接近开关或限位开关时,开关感应到一个信号,送给中控室,从而对应仓的指示灯亮,操作人员就知道小车到达了目标仓,即按停止按扭进行卸料,当中控室的料位信号指示仓满后操作人员控制小车继续向左或向右运行,直到到达对应的目标仓,信号灯亮后再停下来布料,以此达到换仓的目的。

      这里我们检测卸料小车的实时位置是采用格雷母线位置检测装置,将实时位置检测信号传送给系统PLC,系统PLC借助实时位置检测信号控制卸料小车运行。这项技术在我国宝钢、武钢公司等已有多套系统投入运行。该技术具有投资少、技术成熟的特点,现已得到成熟的应用。使用格雷母线位置检测技术,可以提高卸料效率,节约成本,保护设备;同时降低工人劳动强度,保护岗位操作人员身体健康;杜绝各类生产安全事故和混料错仓等质量事故的发生;提高自动化控制水平和信息化管理水平,保障产量和质量,提升企业形象,提高企业产值和竞争力。

 

第二章、目前存在的问题和自动定位的必要性

       目前对卸料小车的控制是通过在每个料仓/矿槽处安装限位开关,利用其提供的几个点的位置信号在专门的操作室内进行远程控制;最直接的控制是使用手动控制卸料小车来实现对料仓的卸料,岗位操作人员通过人眼观测每个料仓的料位,根据需要将小车开到合理的料仓卸料。主控室调度需要时刻同岗位操作人员进行联系,以确定卸料情况和料仓的仓容,以便掌握生产情况和用料情况,互相之间的沟通占用了大量的时间,给提高设备的整体作业率带来了大量的不便。岗位操作人员在操作卸料小车时,由于现场粉尘严重,作业环境非常恶劣,同时也是为安全考虑,不适宜工人直接在现场操作。

    传统的这种方式所使用的限位开关会出现如下问题:第一容易失灵,接近开关或限位开关的工作原理决定了其可靠性不能十分理想。在实际应用中偶有发生开关失灵的现象,始终存在安全隐患。其次由于小车制动时发生的溜车现象,停不准。所以一旦小车不能准确停在所安装的限位开关范围内(发生溜车),中控室的操作台上的所有信号灯无一变亮,这样也就出现了我们所说的小车位置丢失,中控人员不知道小车到底在什么位置了,这时就需要派人到现场确认小车位置后告知中控,中控才能继续操作小车运行到达目标位置。上述问题对控制和生产带来的影响总结如下:

①、卸料系统是直接送往料仓或料棚的,由于定位的不准或失灵(特别在发生溜车时如果操作人员责任心不强,未到现场确认位置,晚间值班多易出现)容易导致错仓混料的事故,直接影响到原料成分的稳定性,造成质量不合格;

②、整个连续的生产过程常被打断,不仅影响了生产效率,而且设备的实际作业率很低,无法完全发挥出设备的能力,更无法实现整个流程的信息化高效作业;

③、失灵后需专门派人到现场确认小车位置,派到现场的观察人员与操作室操作人员之间频繁的信息交换主要是通过对讲机来传递的,因为现场噪音干扰严重,受通话质量、现场环境等影响,难以保证信息传递准确性。一来容易引发事故,二来无端耗费大量工作时间;

④、当操作人员在控制室内操作卸料小车时,现场观察人员的存在始终是一个安全隐患。如果操作工与现场观察人员之间相互配合出现失误,就有可能发生意外伤亡事件;

⑤、卸料现场环境极差,粉尘和噪音严重影响了岗位操作人员的身体健康,不宜长期有人在现场值守;

⑥、中控室只能感应到几个点的位置信号,中控室无法实现对现场的监控功能;

⑦、因为定位不准,中控室调度需要时刻同岗位操作人员保持联系,以便确定现场的卸料情况,进行全盘计划和调度。中控和现场互相之间的沟通交流就占用了大量的时间,给提高设备的整体作业率带来了许多不便;

⑧、限位开关的失灵还可能导致矿槽小车两端碰撞或掉道事故。

    要完善解决上述问题就必须做到两点:第一,位置信号要可靠准确,而且要能在现场强粉尘的环境下可靠工作。第二,中控要能把小车的运行轨迹跟踪监控下来,非常直观地知道小车目前所处矿槽的位置坐标和对应的矿槽(如果采用摄相头监控无法指导操作人员对几十米长的一模一样的矿槽进行识别)。也就是说如果我们能知道现场小车的连续绝对位置坐标,就能很好地做到这点。

    使用格雷母线位置检测装置,可以时刻检测卸料小车的实时位置,结合料仓料位计可完成每个料仓料位的自动显示和统计功能。将卸料小车的实时位置检测信号传送给系统计算机,系统计算机借助实时位置检测信号控制卸料小车运行。主控操作人员和岗位人员可以借助于系统计算机时刻掌握卸料小车的具体位置和每个料仓的实际卸料情况和仓容情况。通过格雷母线位置检测装置和控制系统的协同工作,可以实现卸料小车行走平稳,停止位置准确可靠,将皮带机上的料卸在指定的料仓上,满足卸料需求。同时通过定位系统提供的有效位置,可在在计算机上操作卸料小车的移动,而且提高精确的定位系统,可以防止卸料小车偏离卸料口,并能随着卸料小车的移动始终保持非工作卸料口密封。

       通过该技术的使用,可以时刻掌握各个料仓的实际料量,了解卸料小车的位置,实现自动卸料。提高卸料效率,节约成本,有利于减少工人劳动强度,保护岗位操作人员身体健康,实现信息的有效收集,有利于提高设备作业率。

第三章、系统特点

1、确保系统可靠性

       采用格雷姆母线定位系统可采用现场手动控制和操作室远程控制,通过系统计算机(上位机)向下位机传送工作指令,实现自动工作。当通讯接口或线路发生故障时,单机间检测控制设备之间故障不蔓延,上下位机之间故障不扩散,故障对整个系统的影响减至最小,大大提高系统的可靠性。手/自动转换方式灵活多样。既可在上位机,也可在现场上转换,解决了故障时应急慢的问题,从而大大提高系统的可靠性。

2、确保产品质量和生产效益

根据生产过程的特点及工艺要求,通过自动控制系统和自动检测系统,可以保证每种物料均在较高精度下混合。

3、节约能源,保护设备

和变频器联级进行控制,可以延长走行机构和电机等的使用寿命,节约能源。

4、提高工作效率和生产管理水平

      由于采用自动化生产过程控制,不仅改变以前半工半机的工作方式,而且可以对生产过程环节进行监控,可以减少现场操作人员的数量。同时由于全面实现自动化,有助于生产管理人员进行生产数据统计分析和趋势预测,从而大大提高工作效率和生产管理水平。

5、有效优化环境

系统采用变频控制,大大降低环境噪声污染,减少动力启动对电网的冲击。硬件设备先进实用,维护工作量小。

第四章、系统实现的功能

1、卸料小车走行位置检测

      卸料小车走行位置通过安装在轨道旁的格雷母线检测到,由此得到卸料小车坐标,检测精度5毫米,防止卸料小车碰撞。

2、卸料小车走行自动控制

PLC、变频调速器相结合可完成卸料小车走行自动控制,控制配料小车运行到指定位置进行配卸。

3、配料点位置检测

      通过格雷母线可以精确测定配料点位置,完成料仓位置的检测,检测精度5毫米,保证卸料小车在指定区域内进行配料,不与临近的料仓相混杂。

4、实现车地间双向数据交换:

      地址信息可以通过自身感应或无线电台、信号拖缆进行传输。格雷母线电缆中增加两对感应环线用于数据感应通信,地面站感应通信单元直接与料场监控系统计算机相连,车上感应通信单元与卸料小车上PLC相连,通过感应通信方式实现卸料小车与料场监控系统计算机的双向通信。

5、实现联锁控制

实现卸料小车与地下设备间联锁控制,防止堵料事故。

6、卸料小车远程监控

      在调度室对卸料小车下达命令,实现卸料小车远程操作。能实时显示及记录卸料小车工作状态和工作位置。系统计算机借助实时位置检测信号控制机车运行。通过格雷母线位置检测装置和控制系统的协同工作,可以实现机车行走平稳,停止位置准确可靠,同时通过定位系统提供的有效位置,可在在计算机上操作机车的移动。

 

7、自动显示和统计功能

与料位计相结合可完成每个料仓料位的自动显示和统计功能。

第五章、技术指标

1.      测量范围:10-2000

2.      分辨率:5mm

3.      非接触间隙:30300mm(根据客户要求)

4.      左右偏摆容差:±50mm

5.      格雷母线重量:格雷母线1.5Kg/m尺寸:宽107*17或宽147*17

6.      通信波特率:19.2KBPS

7.      通信误码率:<10-7

8.      上电初始化时间:0.3s测量时间:0.8ms

9.      适应速度:≤200M/min

10. 输出形式:RS485/RS232

11. 协议转换模块:Modbus/ModbusPlus/Profi-Bus/DeviceNet/controlnet等等工业协议;

12. 环境温度:格雷母线/天线箱-25℃~+120℃,地址编码发生器/解码器-15℃~+60℃;工作湿度:≤95%(室外设备),≤85%(室内设备);

13. 防护等级:最高IP67(水下)

14. 信号传输:≤1500

15. 工作电压:220V±10%50Hz,耗电:<2300VA

第六章、工作原理

利用最简单的单匝线圈的感应原理,当天线箱线圈中通入交变电流时,在天线箱附近会产生交变磁场。格雷母线近似处在一个交变的、均匀分布的磁场中,每对格雷母线芯线会产生感应电动势。发射单元地址信号通过电磁耦合方式传送到格雷母线的感应环线上。

位置检测单元工作原理:地址检测单元对接收到的信号进行相位比较,交叉线的信号相位与平行线的信号相位相同,地址为“0”;交叉线的信号相位与平行线的信号相位相反,地址为“1”。这样感应的地址信息是格雷码排列,永不重复,由此确定移动站在格雷母线长度方向上的位置。

数据通信单元工作原理:在格雷母线中增加两对感应环线用于数据通信,通过电磁耦合在发信机和收信机之间传送信息,信息使用频率键控(FSK)方式调制,使用相干解调,标准通信速率4800bps9600bps,通信误码率:10-7。数据通信单元包括发信机、天线箱、收信机、感应环线等部分。

第七章、系统描述

      格雷姆母线定位系统以相互靠近的扁平状的格雷母线和天线箱之间的相对位置来进行位移量检测,是一种比较成熟的非接触绝对位置检测传感器,定位精度5毫米,可以断续或连续检测,尤其适用于轨道不平整的大车或环形运动机械位移检测,防水、防油、防尘、耐酸碱,理论上无寿命极限。一条格雷母线可以供多台移动设备使用,而且长度可依工程需要而定,多根格雷母线可拼接。格雷姆母线定位系统由四大件构成:格雷母线、天线箱、地址编码发生器、地址解码器。

1、格雷母线位置检测的特点:

1.    非接触式位置检测,间隙大,适用于轨道不平整的运动机械。

2.    位移检测长度可以根据需要定制,可以断续或连续检测,测距长达2公里。

3.    格雷母线使用柔性工业橡胶整体脱模压制而成,安装更换方便,免维护。

4.    抗恶劣环境,可用在水下、不怕油、不怕尘、耐酸碱。

5.    高稳定性、高可靠性、多种信号输出方式选择。

6.    具有反向极性保护功能、防雷击、防射频干扰、防静电。

7.    位移量绝对型输出,不怕掉电。

8.    多台需要定位的移动设备可以供用一条格雷母线,多根格雷母线可拼接。

9.    可以用在环形运动机械位置检测。

2、产品主要部件:

2.1、格雷母线

①、外观及材质

      格雷母线采用整体热压工艺生产,一次成型,防护等级IP67,用在直线或环形位移检测,抗污染能力强,防水、油、灰尘、蒸汽等,电缆由芯线、模芯和护套构成。护套使用氯丁橡胶材料,格雷母线电缆长度有25.6米、51.2米、102.4米、204.8米多种规格,多根格雷母线电缆可通过段间箱连接拼接以满足工程需要。工作温度:25℃~120℃;1.5Kg/m尺寸:宽107*17或宽147*17

 

②、外形尺寸图

 

2.2、天线箱

①、外观及材质

    天线箱采用玻璃钢材料整体脱模而成,箱体线型光顺、优美、大方。玻璃钢是用不饱和树脂固化玻璃纤维布而形成的一种复合材料,具有以下特点:

A.    质量轻、强度高,抗拉强度315MPa,抗弯强度290MPa

B.    耐腐蚀性强。玻璃钢材料不会像金属那样容易氧化锈蚀,也不会像木材那样容易腐烂,而且耐水、耐油及其它药品性,也比塑料材料更好。

天线箱抗干扰设计:双线圈结构。主线圈与副线圈参数一样,同相连接,对地址感应信号来说,两个线圈接收的信号强弱有差异;对干扰信号来说,两个线圈接收的信号强弱相当。既能够消除电磁干扰,又不降低位置检测天线的接收灵敏度

使用工作频率:31KHz39KHz46KHz62KHz;工作温度:-25℃~120℃;

天线箱尺寸为:高××=200*140*30(mm);安装方式:悬挂式。

 

2.3、地址编码发生器

①、外观及材质

地址编码发生器外壳采用工业铝型材,外壳采用粉末静电喷涂,材料不仅强度高,塑性好,通过IEC-60077-1999抗震动和抗冲击试验。工作频率:31KHz39KHz46KHz62KHz;功率:5w

2.4、地址解码器

①、外观及材质

地址解码器外壳采用工业铝型材,材料不仅强度高,塑性好,通过IEC-60077-1999抗震动和抗冲击试验。铝型材参数见上表。输出接口:RS232/485适应速度:≤200M/min

3格雷母线安装方式

格雷母线可铺设在轨道边或磨电道下,可以采用T/L型夹具安装,如下图,非接触间隙大,水平方向30300毫米:上下方向050毫米。

第八章、系统应用领域

   主要用于散状物料处理、矿山系统、堆场系统、矿石处理、装载系统,输送系统以及港口设备系统中卸料小车精确定位和自动控制,如:港口料场堆取料设备定位装卸和集中监控;厂区料场、烧结厂、耐火厂卸料小车的精确定位装卸和集中监控;焦化厂配煤盘、翻车机、叶轮给煤机的定位联锁;其它有轨移动设备的精确定位和集中监控。

                         武汉利德测控技术股份有限公司     

                             徐成静      13807131303

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