摘要：本文列举了几种常用的长量程位移传感器在定位控制方面的情况，在分析比较各种传感器原理与特点及其局限性的基础上，详细解说了格雷母线定位通信系统的特点。格雷母线是一种成熟的位移检测和数据通信传感器,非接触检测绝对位置,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。

关键词：格雷母线 传感器 长量程 位移 控制 PLC

物体位移的检测与控制一直是工业界最常用、最基础的定位手段。现阶段产品在结构和性能上已经发生了巨大的变化，功能更加完善，可靠性更高，并向着自动化和智能化方向发展；位移检测产品的性能主要反映在满足准确性、可靠性、及时性、耐用性和自动化水平程度等方面。

● 格雷母线定位通信系统简介
格雷母线定位通信系统，是武汉利德测控技术股份有限公司在消化吸收世界最先进电磁感应原理的基础上研制生产的新型高可靠定位通信产品，它一问世就受到冶金、港口、矿山、电力、煤炭、化工等行业的普遍青睐；它是一种比较成熟的位移检测和数据通信传感器,位置检测绝对,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。
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。
格雷母线由一对基准线（R线）和多对地址线（G线）按格雷码规律编排构成。地址线每隔一定步长交叉一次，构成格雷码规律编排的感应环线，基准线在整段格雷母线中不交叉。
格雷母线定位通信装置由位置检测单元和数据通信单元组成。

一、 格雷母线定位通信系统原理
1、格雷母线位置检测单元工作原理
格雷母线位置检测单元包括地址发射单元、天线箱、地址检测单元、格雷母线及安装辅件等部分。如下图以一对地址线和一对基准线组成的格雷母线加以说明：


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。
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。
2、格雷母线数据通信单元工作原理
格雷母线数据通信单元包括发信机、天线箱、收信机、感应环线等部分。
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4800bps或9600bps，通信误码率：10-7。


二、格雷母线定位通信系统详述
1、产品综合特点：
（1）非接触工作方式：非接触工作方式，无滑脱和磨损等故障；
（2）绝对位置检测：能够连续地、高精度地检测绝对地址，位置检测精度达5毫米，可以实现移动机车自动行走和全自动操作；
（3）通信适用范围广：通过电磁耦合来进行通信,不受环境条件限制，接收灵敏度高。例如在隧道内空间电磁波便很难传送 ，格雷母线能实现通信；
（4）不受无管会管制；数据通信的载频为低频，所产生的电磁场只限于几米范围，辐射比工厂使用高频无线电通信系统容许的级别低，不需要向无管会申请即可使用；
（5）兼容性好：位置检测和数据通信可以合用一根格雷母线电缆，施工方便、安装维护简单，占空间小，不影响现场外观，不改变现场设备；
（6）抗干扰能力强：使用交叉扭绞结构及相位检测技术，天线箱与格雷母线两者间隙从30毫米到300毫米均可正常工作，不受环境噪音和接收信号电平波动的影响，能够在诸如铁矿石场等恶劣环境条件中长期可靠的工作；
（7）适用于恶劣的工业环境：安装在室外的格雷母线电缆、天线箱、始端箱、终端箱和段间箱采用非金属材料制作而且采用密封工艺，耐酸、碱腐蚀，防护等级IP54，使用寿命长。

2、产品外观说明
①、格雷母线
格雷母线外形图如下：


格雷母线标准规格有三种：AFC-ECG01-204每根204.8米,AFC-ECG01-102每根102.4米, AFC-ECG01-051每根51.2米；多根格雷母线可以连接起来达到所需的工程长度。
型号：AFC-ECG01-204/ AFC-ECG01-102/ AFC-ECG01-051
技术参数：
长度： 204.8/102.4/51.2米
工作温度:－25℃～120℃；
重量：1.5公斤/米；
尺寸：宽147*厚17（mm）；
②、地址编码发生器
型号：AFC-AGO02-031/AFC-AGO02-039
AFC-AGO02-046/AFC-AGO02-062
技术参数：
工作频率：31 KHz；39 KHz；46KHz；62KHz；功率：5w


③、天线箱
型号：AFC-AGB02-31/AFC-AGB02-39
AFC-AGB02-46/AFC-AGB02-62


技术参数：
位置检测感应距离：水平方向30～300mm;上下方向±50mm；
工作频率：31KHz；39KHz；46KHz；62KHz；工作温度：－25℃～120℃；
天线箱尺寸为：高×宽×深=200*140*30(mm)；安装方式：悬挂式。
④、地址编码接收器
型号：AFC-AGA01-31-B/AFC-AGA01-39-B
AFC-AGA01-46-B/AFC-AGA01-62-B
技术参数：
输出接口：RS232/485；
适应速度：≤200M/min；
位置检测精度≤±5mm；


⑤ 、始端箱、段间箱和终端箱
置于格雷母线的两端和中间。
型号：AFC-BXS01/AFC-BXS02；AFC-BXD01/AFC-BXD02；AFC-BXZ01/AFC-BXZ02
技术参数：
大小尺寸：高×宽×深=320*230*120（mm）;
3、格雷母线定位通信系统两种测量方式
地上检测方式：格雷母线位移传感器地上检测方式典型设备配置。


地上检测方式的特点：
① 移动站天线箱1为地址信号“发射天线”，固定站格雷母线芯线为地址信号“接收天线”；
② 地址编码接收器在地面站，由地面站检测移动站的地址。
车上检测方式：格雷母线位移传感器车上检测方式典型设备配置。


车上检测方式的特点：
① 固定站格雷母线芯线为地址信号“发射天线”，移动站天线箱1为地址信号“接收天线”；
地址编码接收器在移动站上，移动站直接得到本机车的地址。

4、格雷母线定位通信系统可应用的领域
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，电厂设备系统中门机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、耐火厂门机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。

三、卸料小车定位系统概况
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将物料卸在不同的料棚或仓位之中。 卸料小车的作用就是在输料系统中将上料皮带机上的料卸在指定的仓位或料棚里。为达到一台卸料小车能给不同的料仓或料场卸料，卸料小车能沿着上料皮带机运行方向进行正反方面的运行。
格雷母线位置检测装置主要作用是检测卸料小车的实时位置，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。通过格雷母线位置检测装置和中控系统的协同工作，可以实现卸料小车行走平稳,停止位置准确可靠，使卸料小车在输料系统中将加仓皮带机上的原料卸在指定的仓位上，满足仓体需求。同时通过定位系统提供的有效位置，可在指定仓位处锁定卸料小车的移动，以防止卸下的原料偏离卸料口，对不在加仓位置卸料口配有防止覆盖胶带，并能随着卸料小车的移动始终保持非工作卸料口密封。当卸料小车换仓位后，再将分流挡板打开，使原料能卸到卸料口。
结合料位计可完成每个料仓料位的自动显示和统计功能。提高配料效率，节约成本，提高企业产值，有效提高竞争力。


四、几种传感器应用比较
①、机械碰触开关:安装在料仓皮带架旁边，当卸料小车走过来时就会碰到机械开关，从而产生一个动作送到PLC,说明该机械已到位置。断点检测，会出现误报。
②、接近开关:和机械碰触开关一样。
③、旋转编码器：通过安装在车轮上的旋转编码器检测机车的位置，是一种相对定位的接触工作方式。优点是成本低，测距长。缺点是车轮打滑，定位不精确，维护工作量大，使用一段时间后就要重新改造机械结构。适合用在非接触位移检测的位置，比如天车的吊钩同步高度检测。
④、激光：利用激光传输时间来测量距离的基本原理即通过测量激光往返目标所需时间来确定目标距离，是一种连续非接触位置检测。优点是测量精度高，安装简单。缺点是测距相对短，抗污染能力差，价格高。适合条件比较好的环境。
⑤、红外：采用高频调制的编码红外光进行识别定位，是一种连续非接触位置检测。优点是非接触间隙比较大，抗电磁干扰能力强，定位精度适中。缺点是安装复杂，抗污染能力差，连接部件多，外壳易锈蚀，不防水、油等。适合条件比较好的环境。
⑥、格雷母线：采用电磁感应原理来进行位置检测和数据通信，是一种连续非接触绝对定位的工作方式。优点是宽容度比较大，可以用在直线或环形位移检测，定位精度适中，安装简单，抗污染能力强，防水、油、灰尘等，一条格雷母线可以供多台移动设备使用。适合条件比较恶劣的环境。
综合比较，还是格雷母线比较适合于卸料小车定位的要求。

五、格雷母线在卸料小车定位系统实现的功能
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:
与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、实现卸料小车车地间双向数据交换：
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。

7、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。

六、采用格雷母线定位通信系统的好处
投入运行后，提高了自动化程度，提高了装备水平，一定程度上避免了人工操作的失误，减轻了工人的劳动强度，提高了工作利用率，提高了工作质量，电气设备运行可靠，故障率低，减少了检修、维护工作量，对正常生产秩序起到了保证作用。提高配料效率，节约成本，提高企业产值，有效提高竞争力。

作者：秦 宝
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