型號(hào)：SOLD-GNSS

第1章 系統(tǒng)簡(jiǎn)介
1.1 概述
隨著水路運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展，現(xiàn)代港口規(guī)模和吞吐量不斷增長(zhǎng)，港口各種裝卸設(shè)備數(shù)量不斷增加，如何高效可靠使用這些裝卸設(shè)備是各港口單位關(guān)心的問題。港口裝卸設(shè)備中主要的斗輪堆取料機(jī)又稱懸臂式堆取料機(jī)，是散貨堆場(chǎng)作業(yè)的核心設(shè)備。它是堆取料合一的機(jī)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(jī)械。它不僅適用于電廠，而且在碼頭、港口也很適用，大多數(shù)的轉(zhuǎn)運(yùn)煤及松散物料的碼頭、港口都采用斗輪堆取料機(jī)。斗輪堆取料機(jī)的采用，大大縮短了堆取時(shí)間，提高了工作效率，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。
為提高裝卸均化作業(yè)的效率和安全問題，應(yīng)保證堆取料機(jī)具備尋堆認(rèn)址、定位, 自動(dòng)確定各層料堆起點(diǎn)、終點(diǎn)及位置跟蹤、終點(diǎn)記憶、料流對(duì)中心、電纜保護(hù)、整機(jī)自動(dòng)堆取料，從而實(shí)現(xiàn)流暢和高效的堆取料自動(dòng)作業(yè)。同時(shí)中控室能夠?qū)ψ鳂I(yè)過程進(jìn)行監(jiān)視。所以有必要對(duì)堆取料機(jī)大機(jī)位置進(jìn)行連續(xù)跟蹤、懸臂三維位置實(shí)時(shí)檢測(cè)，解決堆取料作業(yè)過程中空間防碰撞的難題。
1.2 目前大機(jī)采用的定位方式
目前堆取料機(jī)位置檢測(cè)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(guān)、RFID方式。光電編碼器裝置，整套裝置安裝在驅(qū)動(dòng)電機(jī)前部的一個(gè)金屬殼體內(nèi)，由盤狀齒輪與定位車齒條嚙合，通過驅(qū)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)編碼器。盤狀齒輪的圓周與定位車驅(qū)動(dòng)小齒輪的圓周相同。編碼器由傳動(dòng)齒輪自下而上通過減速機(jī)、聯(lián)軸節(jié)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)定位車的位置檢測(cè)。這幾種檢測(cè)位置的方式均存在一定缺陷，具體表現(xiàn)如下：
1) 人眼定位受制于眼睛健康狀況和精神狀態(tài)，環(huán)境影響比較大，作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)；
2) 光電編碼器裝置在車輪打滑就會(huì)形成累計(jì)誤差, 相對(duì)定位的機(jī)械接觸工作方式；
3) 激光位移傳感器在不潔凈環(huán)境會(huì)失去作用，軌道沉降導(dǎo)致車輛走行抖動(dòng)會(huì)使反光板靶位不準(zhǔn)，亦會(huì)導(dǎo)致位置檢測(cè)不準(zhǔn)；
4) 行走限位開關(guān)由于是點(diǎn)定位，對(duì)連續(xù)性位置檢測(cè)存在盲區(qū)；
5) RFID方式是無線點(diǎn)定位，存在漏讀現(xiàn)象, 延時(shí)較大；
故這幾種傳感器在檢測(cè)位置時(shí)多數(shù)為機(jī)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(huán)節(jié)(即失控區(qū))，致使半自動(dòng)操作難以可靠穩(wěn)定運(yùn)行。由于堆取料機(jī)是較大的設(shè)備，其慣性較大，在啟動(dòng)和停止時(shí)也是硬性的，所以在工作過程中會(huì)產(chǎn)生很大的撞擊和震動(dòng)，噪音污染嚴(yán)重，嚴(yán)重影響其安全性和有關(guān)零部件的壽命，易于損壞設(shè)備，由此設(shè)備精確位置控制顯得尤為重要。
1.3 懸臂采用的檢測(cè)技術(shù)
通常的懸臂空間位置反饋都是采用行走、旋轉(zhuǎn)、俯仰三個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器的數(shù)值計(jì)算得出的，對(duì)懸臂的空間位置計(jì)算過程非常復(fù)雜，該計(jì)算過程需要結(jié)合行走、俯仰、旋轉(zhuǎn)三個(gè)編碼器的數(shù)值進(jìn)行空間建模，而這三個(gè)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(biāo)的準(zhǔn)確性不高。現(xiàn)有的防碰撞方法是根據(jù)兩臺(tái)堆取料機(jī)是否處于同一個(gè)場(chǎng)垛進(jìn)行判斷，如果兩臺(tái)堆取料機(jī)不在同一個(gè)場(chǎng)垛就可以正常作業(yè)。兩臺(tái)堆取料機(jī)進(jìn)入一個(gè)場(chǎng)垛進(jìn)行作業(yè)時(shí)，就對(duì)兩臺(tái)堆取料機(jī)同時(shí)進(jìn)行鎖定，使其不能工作，由此避免堆取料機(jī)之間發(fā)生碰撞，這嚴(yán)重影響了堆取料機(jī)的同場(chǎng)作業(yè)。
由于以上原因，當(dāng)前都采用人工監(jiān)控的方法來避免空間碰撞事故。現(xiàn)有的防碰撞方法無法有效避免堆取料機(jī)空間防碰撞問題，使得兩臺(tái)堆取料機(jī)無法同時(shí)在同一個(gè)堆場(chǎng)中安全作業(yè)，嚴(yán)重影響效率。
1.4 本系統(tǒng)采用的GNSS定位技術(shù)
本系統(tǒng)采用在堆場(chǎng)合適位置建立基準(zhǔn)站，在堆取料機(jī)的回轉(zhuǎn)中心和懸臂中部或者頭部中心點(diǎn)安裝GPS流動(dòng)站。通過GPS的位置信息和空間幾何算法，得出兩臺(tái)堆取料機(jī)之間的**小距離，從而可以判斷出堆取料機(jī)發(fā)生碰撞的可能性，使得作業(yè)人員進(jìn)行相應(yīng)處理。本系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)計(jì)算出堆取料機(jī)懸臂的相對(duì)位置和距離，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)堆取料機(jī)在同一個(gè)場(chǎng)垛中安全作業(yè)。該系統(tǒng)包括：大機(jī)及懸臂位置反饋系統(tǒng)、空間數(shù)據(jù)算法系統(tǒng)、空間防碰撞預(yù)警控制系統(tǒng)。
第2章 GNSS定位系統(tǒng)
2.1 GNSS系統(tǒng)組成
GNSS是**衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的總稱,包括GPS（美國(guó)）、GLONASS（俄羅斯）、伽利略（歐盟）、北斗（中國(guó)）總共四套導(dǎo)航系統(tǒng)。而目前在軌運(yùn)行并能真正實(shí)現(xiàn)民用定位功能的只有GPS和GLONASS兩套定位系統(tǒng)。
主要特點(diǎn)：具有**覆蓋、全天候、高精度、實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位等**點(diǎn)。

2.2 GNSS系統(tǒng)介紹
GNSS系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成：空間衛(wèi)星部分、地面監(jiān)控部分、用戶GNSS接收機(jī)部分。
衛(wèi)星部分主要是再軌運(yùn)行的專門用于導(dǎo)航的衛(wèi)星，目前GPS和GLONASS在軌運(yùn)行的衛(wèi)星總共有60多顆，每顆衛(wèi)星均在不間斷地向地球播發(fā)調(diào)制在兩個(gè)頻段上的衛(wèi)星信號(hào)。在地球?*魏我壞�，均块W�续第I�步观测诌|?顆GNSS衛(wèi)星，從而保障了**、全天候的連續(xù)地三維定位，而且具有良好的抗干擾性和保密性。地面監(jiān)控部分主要是控制衛(wèi)星姿態(tài)、參數(shù)設(shè)置等得主控站和測(cè)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(jī)部分，這部分就是我們通常所說的GPS接收機(jī)。
2.3 GNSS定位原理
一般來說，在平面上要確定某點(diǎn)的位置，需要兩個(gè)要素。而在空間上，要確定某點(diǎn)的位置，就需要三個(gè)要素。GNSS定位空間上的某一點(diǎn)，****我們可以得到GPS衛(wèi)星的位置；其次，我們又能準(zhǔn)確測(cè)定我們所在地點(diǎn)A至衛(wèi)星之間的距離，那么A點(diǎn)一定是位于以衛(wèi)星為中心、所測(cè)得距離為半徑的圓球上。進(jìn)一步，我們又測(cè)得點(diǎn)A至另一衛(wèi)星的距離，則A點(diǎn)一定處在前后兩個(gè)圓球相交的圓環(huán)上。我們還可測(cè)與第三個(gè)衛(wèi)星的距離，就可以確定A點(diǎn)只能是在三個(gè)圓球相交的兩個(gè)點(diǎn)上。根據(jù)一些地理知識(shí)，可以很容易排除其中一個(gè)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(diǎn)，至少需要五顆以上的衛(wèi)星。
2.4 差分技術(shù)的應(yīng)用
單臺(tái)GNSS接收進(jìn)行定位因?yàn)槭艿胶芏喔蓴_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(jìn)了差分技術(shù)。差分GPS產(chǎn)品一般由基準(zhǔn)站、流動(dòng)站和數(shù)據(jù)鏈三部分構(gòu)成，在測(cè)量時(shí)兩臺(tái)或多臺(tái)GPS接收機(jī)同步觀測(cè)GPS衛(wèi)星。由基準(zhǔn)站發(fā)射衛(wèi)星的改正信息，流動(dòng)站在收到GPS信號(hào)的同時(shí)接收到基準(zhǔn)站的定位結(jié)果。
差分技術(shù)很早就被人們所應(yīng)用。它實(shí)際上是在一個(gè)測(cè)站對(duì)兩個(gè)目標(biāo)的觀測(cè)量、兩個(gè)測(cè)站對(duì)一個(gè)目標(biāo)的觀測(cè)量或一個(gè)測(cè)站對(duì)一個(gè)目標(biāo)的兩次觀測(cè)量之間進(jìn)行求差。其目的在于消除公共項(xiàng)，包括公共誤差和公共參數(shù)。安裝和防護(hù)，不影響作業(yè)環(huán)境。
隨著GPS技術(shù)的發(fā)展和完善，應(yīng)用**域的進(jìn)一步開拓，人們?cè)絹碓街匾暲�用差分GPS技術(shù)來改善定位性能。它使用一臺(tái)GPS基準(zhǔn)接收機(jī)和一臺(tái)用戶接收機(jī)，利用實(shí)時(shí)或事后處理技術(shù)，就可以使用戶測(cè)量時(shí)消去公共的誤差源。這樣就可以大幅提高測(cè)量精度，可以達(dá)到厘米級(jí)精度。
第3章 系統(tǒng)架構(gòu)建立
本系統(tǒng)主要由大機(jī)及懸臂位置反饋系統(tǒng)、空間數(shù)據(jù)算法系統(tǒng)、空間防碰撞預(yù)警控制系統(tǒng)等構(gòu)成。
3.1 基準(zhǔn)站系統(tǒng)
基準(zhǔn)站系統(tǒng)給各臺(tái)堆取料機(jī)提供差分?jǐn)?shù)據(jù)，是整個(gè)系統(tǒng)的控制部分。其工作原理是基準(zhǔn)站接收機(jī)將自己獲取的高精度定位數(shù)據(jù)，通過光纖模式、電臺(tái)、GPRS或WIFI方式將差分?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)送到堆取料機(jī)的接收機(jī)上；接收機(jī)通過將自身的定位數(shù)據(jù)和基準(zhǔn)站的差分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行差分解算，**后得到厘米級(jí)定位數(shù)據(jù)。
差分示意圖
基準(zhǔn)站差分系統(tǒng)主要包括基準(zhǔn)站GNSS接收機(jī)和差分?jǐn)?shù)據(jù)電臺(tái)。基準(zhǔn)站作為整個(gè)系統(tǒng)的基準(zhǔn)必須建立在一個(gè)干擾少，基礎(chǔ)穩(wěn)定的位置，以便保證整個(gè)系統(tǒng)的定位精度以及全天候使用。一般來說基準(zhǔn)站系統(tǒng)建立空曠的房屋樓**上，單**建立立柱必須做好防雷措施。
基準(zhǔn)站觀測(cè)墩
3.2 流動(dòng)站系統(tǒng)
在每臺(tái)堆取料機(jī)上安裝兩臺(tái)流動(dòng)站，流動(dòng)站接收機(jī)天線分別安放在大機(jī)回轉(zhuǎn)中心和懸臂中部或者頭部中心點(diǎn)處。兩臺(tái)流動(dòng)站實(shí)時(shí)檢測(cè)空間的三維坐標(biāo)信息，并計(jì)算出每臺(tái)堆取料機(jī)的位置、俯仰、角度信息等，并通過數(shù)據(jù)鏈路傳輸給中控室的PLC主機(jī)，這樣根據(jù)“兩點(diǎn)確定一條直線”原理，中控PLC就可以實(shí)時(shí)的知道堆取料機(jī)的大機(jī)回轉(zhuǎn)中心和堆取料機(jī)的懸臂頭部中心所在軸線的位置了。并對(duì)相鄰的堆取料機(jī)進(jìn)行兩兩比較，計(jì)算出他們之間的安全距離，臂架俯仰和旋轉(zhuǎn)的**大角度。一旦相鄰的堆取料機(jī)之間的距離小于安全距離或旋轉(zhuǎn)、俯仰角度超出安全角度時(shí)，軟件將自動(dòng)向操作人員發(fā)出報(bào)警信息以及停機(jī)信號(hào)，防止意外事故的發(fā)生。
通過RTK方式來檢測(cè)懸臂位置信息可以精確到厘米級(jí)，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(xiàn)有的防碰撞方法更加準(zhǔn)確高效�？朔�了現(xiàn)有技術(shù)中由于懸臂空間位置反饋都是采用行走、旋轉(zhuǎn)、俯仰三個(gè)編碼器的數(shù)值計(jì)算，而造成的誤差累積問題。
3.3 系統(tǒng)監(jiān)控軟件
系統(tǒng)監(jiān)控軟件的主要作用是負(fù)責(zé)人機(jī)交互，用**直觀的方式將整個(gè)料場(chǎng)所有設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)顯示在上位機(jī)屏幕上，操作人員和中控室的管理人員能夠?qū)崟r(shí)的對(duì)料場(chǎng)生產(chǎn)進(jìn)行監(jiān)控和管理，預(yù)防生產(chǎn)事故發(fā)生，提高作業(yè)效率和堆取精準(zhǔn)度。
3.3.1 監(jiān)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(fù)責(zé)顯示整個(gè)料場(chǎng)所有設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，用仿真的形式，顯示在上位機(jī)屏幕上。包括每臺(tái)大機(jī)的行走位置，回轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)角度，懸臂垂直俯仰角度，堆料（取料）的狀態(tài)，皮帶運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)每臺(tái)堆取料機(jī)的狀態(tài)參數(shù)，計(jì)算出相鄰取料機(jī)懸臂之間的**短距離，并根據(jù)操作人員在軟件中設(shè)置的報(bào)警距離（比如10米），進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦相鄰取料機(jī)的懸臂距離小于報(bào)警值，軟件就開始用聲光報(bào)警方式發(fā)出報(bào)警，操作人員得知后，進(jìn)行相應(yīng)的處理。
(二) 安裝在大機(jī)操作室：安裝在大機(jī)操作室的軟件，主要負(fù)責(zé)顯示和自身相鄰的1個(gè)（或2個(gè)）堆取料機(jī)的工作狀態(tài)，包括行走位置，回轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)角度，懸臂垂直俯仰角度，堆料（取料）的狀態(tài)，皮帶運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)每臺(tái)取料機(jī)的狀態(tài)參數(shù)，計(jì)算出相鄰取料機(jī)懸臂之間的**短距離，并根據(jù)操作人員在軟件中設(shè)置的報(bào)警距離（比如10米），進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦相鄰取料機(jī)的懸臂距離小于報(bào)警值，軟件就開始用聲光報(bào)警方式發(fā)出報(bào)警，操作人員得知后，進(jìn)行相應(yīng)的處理。和安裝在中控室的軟件不同，它不必顯示整個(gè)料場(chǎng)所有堆取料機(jī)的狀態(tài)，只顯示出和自身相鄰的1個(gè)（或2個(gè)）堆取料機(jī)即可。
3.3.2 監(jiān)控軟件的主要功能
(一) 用仿真模擬的方式將整個(gè)料場(chǎng)所有設(shè)備的工作狀態(tài)全部顯示。包括每臺(tái)堆取料機(jī)的行走位置，回轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)角度，懸臂垂直俯仰角度，堆料（取料）的狀態(tài)，皮帶運(yùn)行狀態(tài)。
(二) 將整個(gè)料場(chǎng)用刻度標(biāo)尺進(jìn)行標(biāo)注�？潭葮�(biāo)尺支持任意大�。◤�1米到2000米）。操作人員可以通過在軟件中設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)來自由定義。
(三) 在功能二的基礎(chǔ)上，管理人員可以在料場(chǎng)的任意位置，以任意大小的面積來標(biāo)注堆料狀況，可以標(biāo)注出堆料種類，堆料重量，堆料面積，并且可以根據(jù)需要和個(gè)人習(xí)慣，標(biāo)注備注內(nèi)容，設(shè)置料堆為任意顏色，方便自身的統(tǒng)計(jì)和監(jiān)控。
(四) 可以對(duì)堆取料機(jī)之間的碰撞報(bào)警進(jìn)行設(shè)置。報(bào)警分為3個(gè)檔，分別為：預(yù)警，報(bào)警，急停。每個(gè)檔都可以設(shè)置一個(gè)具體的報(bào)警距離（例如20米）和一個(gè)報(bào)警顏色。
(五) 對(duì)報(bào)警的內(nèi)容進(jìn)行存儲(chǔ)記錄，所有的報(bào)警記錄都將被保存，權(quán)限較高的用戶可以查閱這些記錄。記錄中包含了日期，報(bào)警內(nèi)容，報(bào)警時(shí)間等相關(guān)的重要信息。方便生產(chǎn)檢查追溯。
(六) 多協(xié)議通訊的能力，軟件具備多種設(shè)備的通訊協(xié)議，可以和PLC、OPC、串口、以太網(wǎng)等進(jìn)行通訊，方便用戶將本系統(tǒng)和其他系統(tǒng)進(jìn)行溝通整合。
(七) 擴(kuò)展功能。本軟件不但可以監(jiān)測(cè)料場(chǎng)內(nèi)所有堆取料機(jī)的空間位置信息，還可以監(jiān)測(cè)任何安裝了本公司流動(dòng)站系統(tǒng)的設(shè)備，包括各種運(yùn)輸車，鏟車等。通過加裝流動(dòng)站系統(tǒng)，就可以方便的拓展軟件功能，從而達(dá)到監(jiān)測(cè)料場(chǎng)內(nèi)所有移動(dòng)目標(biāo)的效果。


第4章 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能效果
使用本系統(tǒng)后，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和空間幾何算法，再將計(jì)算結(jié)果傳給PLC，進(jìn)行大機(jī)精確位置檢測(cè)和防碰撞控制的計(jì)算與報(bào)警，還可以檢測(cè)懸臂旋轉(zhuǎn)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(cè)大機(jī)位置不準(zhǔn)確的問題，而且節(jié)省了檢測(cè)懸臂旋轉(zhuǎn)角度及俯仰角度的傳感器，消除了數(shù)據(jù)檢測(cè)中間轉(zhuǎn)換的誤差，提高了數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度。同時(shí)，計(jì)算過程簡(jiǎn)單、直觀，可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)堆取料機(jī)同場(chǎng)同時(shí)作業(yè)，實(shí)時(shí)檢測(cè)各個(gè)懸臂之間的**小距離，防止發(fā)生碰撞，提高了安全性和作業(yè)效率，可用于多種類型的堆取料機(jī)，提高同場(chǎng)作業(yè)效率達(dá)到80％左右，可以實(shí)現(xiàn)無人操作。
* 堆取料機(jī)走行位置、裝卸位置精確檢測(cè)；
* 可實(shí)現(xiàn)堆取料機(jī)自動(dòng)走行，自動(dòng)堆取料；
* 實(shí)現(xiàn)位置聯(lián)鎖，可以防止兩端掉道或碰撞事故；
* 與堆取料機(jī)小皮帶聯(lián)鎖控制，防止混料、錯(cuò)料、堵料事故；
* 可進(jìn)行鱗狀堆積預(yù)混勻作業(yè)，以提高原料成分的均勻度、減少粒度偏析；
* 實(shí)現(xiàn)堆取料機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能；
* 結(jié)合皮帶秤數(shù)據(jù)對(duì)堆場(chǎng)堆存量數(shù)字化管理；
* 嚴(yán)格控制堆料形狀和取料規(guī)律，可以大大提高料場(chǎng)的存儲(chǔ)容量，提高料場(chǎng)的利用率;
* 變起點(diǎn)定終點(diǎn)工藝可將料堆截面堆成長(zhǎng)方形，減少端部料的產(chǎn)生和浪費(fèi)，也同時(shí)減少鏟車進(jìn)場(chǎng)的作業(yè)量。


第5章 聯(lián)系方式
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