钢卷库天车定位系统

第1章 系统简介

1.1 现场概述

桥式起重机都是以桥形主梁的金属结构作为主要承载构件横架在车间、仓库及露天料场固定跨间上方，并可沿轨道移动，取物装置悬挂在可沿桥架运行的起重小车上，使取物装置上的重物实现垂直升降和水平移动，以及完成某些特殊工艺操作的起重机，习惯上叫做“天车”或“行车”。它具有构造简单、操作方便、易于维修、起重量大和不占地面作业面积等特点，是各企业中不可缺少的起重机械设备。

随着国民经济快速发展，信息化水平不断的提高, ERP、MES系统的普及，提高生产效率和安全保障越来越被重视，实现机械自动化是目前常用手段，起重机械作为现代化生产不可缺少的设备，被广泛地应用于冶金、煤炭、电力等各行业的各种物料的起重、运输、装卸安装和人员输送等作业中，从而大大减轻了体力劳动的强度，提高了劳动生产效率。实现起重机械自动化最基础的问题就是位移检测，将检测到的位置信息送到可编程控制器（PLC），通过PLC控制变频调速器，进而控制走行电机的转速，则可达到自动走行、自动定位的目的。 

1.2 目前采用的定位方式

目前行车位置检测大多采用的是光电编码器装置（光码盘）、激光位移传感器、行走限位开关、RFID方式。光电编码器装置，整套装置安装在驱动电机前部的一个金属壳体内，由盘状齿轮与定位车齿条啮合，通过驱动轴驱动编码器。盘状齿轮的圆周与定位车驱动小齿轮的圆周相同。编码器由传动齿轮自下而上通过减速机、联轴节驱动，实现定位车的位置检测。这几种检测位置的方式均存在一定缺陷，具体表现如下：

1) 光电编码器装置在车轮打滑就会形成累计误差, 相对定位的机械接触工作方式；

2) 激光位移传感器在不洁净环境会失去作用，轨道沉降导致车辆走行抖动会使反光板靶位不准，亦会导致位置检测不准；

3) 行走限位开关由于是点定位，对连续性位置检测存在盲区；

4) RFID方式是无线点定位，存在漏读现象, 延时较大；

故这几种传感器在检测位置时多数为机械式、灵敏度低、寿命短、故障率高、可靠性低，操作繁锁，而且存在溜放环节(即失控区)，致使半自动操作难以可靠稳定运行。由于行车是较大的设备，其惯性较大，在启动和停止时也是硬性的，所以在工作过程中会产生很大的撞击和震动，噪音污染严重，严重影响其安全性和有关零部件的寿命，易于损坏设备，由此设备精确位置控制显得尤为重要。

1.3 本系统采用的定位技术

本系统采用在行车上加装刻度标尺精确定位系统的检测技术，实现行车的位置精确检测。刻度标尺检测到的行车位置精度高，信号稳定可靠。在车辆状态良好的情况下，采用全联机自动运行方式，即只要满足启始条件，按下自动启动按钮，系统将全部自动运行，中央控制室操作人员只起监控作用，当发生机械故障或意外情况时，按自动停止或急停按钮，解除自动程控操作。

第2章 刻度标尺精确定位系统

2.1 刻度标尺系统简单说明

刻度标尺精确定位系统包括一台地面电气柜（含刻度生成仪等）、一台车载电气柜（含刻度分析仪等）、刻度标尺以及游尺指针等。其中刻度标尺是由扁平状的PVC合成材质外壳材料和内部按照格雷码规律编制的芯线构成，类似一把有刻度的标尺，一般安装在沿移动机车运行轨道单侧边，或者沿运行轨迹铺设在地面上，亦或安装在轨道旁的栅栏立柱上均可，需要检测多长的位移就铺设多长的刻度标尺；游尺指针安装在机车上，用于识别本机车所在的位置。游尺指针相对刻度标尺平行非接触移动，游尺指针指向的刻度即是当前位置值，可以在车上或地上得到位移量，无需初始参考点，定位精度5毫米，分辨率2毫米。

2.2 刻度标尺系统原理

刻度标尺精确定位系统采用电磁感应原理来检测移动设备的位移量，当游尺指针线圈中通入交变电流时，在游尺指针附近会产生交变磁场。刻度标尺近似处在一个交变的、均匀分布的磁场中,每对刻度标尺芯线会产生感应电动势。刻度生成仪信号通过电磁耦合方式传送到刻度标尺的感应环线上。刻度分析仪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，由此确定游尺指针在刻度标尺长度方向上的位置。

2.3 刻度标尺技术指标

移动机车地址测量精度：≤5mm，分辨率：2毫米，测量范围：任意定制；

工作环境温度：系统工作温度：-20℃— +70℃，

刻度标尺工作温度：不加防护套：-40℃—+85℃，

加防火套： -40℃—600℃，高温时耐热时间约80秒；

 非接触间隙：150mm±50mm(根据需要可达500毫米)，左右偏摆容差：±50mm；

 重量：刻度标尺重量：1.5Kg/m，外形尺寸：100mm×10mm×长度；

游尺指针重量：≤2.5Kg，外形尺寸：400mm×400mm×30mm（特殊可定制）；

 通信误码率：＜10-7；

 刷新速度：20HZ；

 适应速度：≤350M/min；

 标准信号输出：RS232/RS485，可扩展其它信号；

 信号传输距离：≤1200米（485信号输出）；

 刻度标尺和游尺指针防护等级：普通IP67，最高IP69（水下工作）；

 输入电源：220VAC±10%；

 耗电：地面电气柜<100w  车载电气柜<100w。

2.4 刻度标尺功能特点

系统中的刻度生成仪（兼函数信号发生）按一定的周期发出地址载波信号，经游尺指针发射至刻度标尺，地面站的刻度分析仪接收到信号后，解码还原出机车所处刻度标尺处的绝对地址，经控制器处理后由RS232或者RS485输出。

无磨损的非接触式位置检测，使用寿命长；

可以断续或连续检测，测距长达2公里，位移检测长度可以根据需要定制；

耐污染能力超强，可用在水下、防蒸汽、耐酸碱；

安装简单更换方便（无需改变现场环境），免维护；

高稳定性、高可靠性、多种信号输出方式选择；

具有反向极性保护功能、防雷击、防射频干扰、防静电；

无需参考点的位移量绝对型输出，不怕掉电；

位置的取样时间和测量长度没有关系；

可以用在环形运动机械位置检测。

刻度标尺可以埋在水泥地面内，方便安装和防护，不影响作业环境。

2.5 刻度标尺单套设备结构图（一维车上检测）

1) 车载子系统：由游尺指针、车载电气柜（内含刻度分析仪、开关电源等）。

2) 地面子系统：由地面电气柜组成（内含刻度生成仪、开关电源、网关、标尺引线转换器等）。

3) 刻度标尺子系统：由专用刻度标尺、CN箱、EN箱、普通电缆以及各种用于刻度标尺安装、固定、防护机构组成。

第5章 系统实现功能特点

行车大车走行位置检测;

行车小车走行位置检测;

结合吊具高度检测，实现行车三维数据采集管理;

防止行车发生啃轨、碰撞、两端掉道等事故;

根据实时位置，记录行车的搬运过程;

可远程监控、在线跟踪、记录库中的物流状态;

不受环境的干扰，可提高效率；

结合ERP、MES系统，实现行车位置跟踪系统(CLTS)，提高四库（板坯库、钢卷库、成品库、原料库）的信息化管理。

第6章 系统应用领域

主要用于散状物料处理，如矿山系统、冶金系统、港口码头系统、化工系统、电力系统、水泥系统、铁路系统、轻工系统、军工系统、石油系统、机械系统等有轨搬运设备精确定位和自动控制，如：冶金、煤炭、电力等各行业的各种物料的起重、运输、装卸安装和人员输送等作业中。如：行车位置跟踪系统、吊车定位及智能导航系统、天车定位导航系统、天车定位库区管理控制系统、刻度标尺行车位移识别系统、板坯库天车定位系统、钢卷库天车定位系统、成品库天车定位系统、原料库天车定位系统、行车防碰撞系统、行车物流管理系统