格雷母線定位技術(shù)在解讀

1、自動(dòng)化系統(tǒng)工程武漢利德測(cè)控技術(shù)股份有限公司格雷母線定位技術(shù)在垃圾抓斗起重機(jī)配置武漢利德測(cè)控技術(shù)股份有限公司00八年十二月1引言垃圾抓斗起重機(jī)是生活垃圾焚燒廠供料系統(tǒng)的核心設(shè)備，主要擔(dān)負(fù)垃圾焚燒爐進(jìn)料斗的供料和坑內(nèi)垃圾的搬運(yùn)、攪拌、倒垛、堆放等任務(wù)。其工作狀態(tài)對(duì)于整個(gè)生活垃圾焚燒廠的正常運(yùn)行起著非常關(guān)鍵的作用。一旦垃圾抓斗起重機(jī)出現(xiàn)故障，無(wú)法及時(shí)彌補(bǔ)而影響到垃圾焚燒爐的進(jìn)料，將直接使整個(gè)生活垃圾焚燒廠陷于癱瘓狀態(tài)。由于垃圾抓斗起重機(jī)在多粉塵、高溫、高濕和高腐蝕性氣體環(huán)境工作，電控柜不設(shè)在吊車上，而是安放在封閉式控制室集中控制。因此垃圾抓斗起重機(jī)的位置識(shí)別功能十分重要，常規(guī)的方法是通過(guò)旋轉(zhuǎn)編碼器來(lái)

2、識(shí)別垛位，通過(guò)大量的行程開關(guān)實(shí)現(xiàn)操作區(qū)域防護(hù)、投料點(diǎn)定位，檢修位置識(shí)別，由于現(xiàn)場(chǎng)工況太差，行程開關(guān)失效維護(hù)困難，拖令電纜信號(hào)太多不易更換，特別容易產(chǎn)生安全問(wèn)題，自動(dòng)化操作運(yùn)行不起來(lái)。本方案提出采用格雷母線精確位置檢測(cè)技術(shù)，非接觸絕對(duì)位置檢測(cè)方式工作，實(shí)時(shí)檢測(cè)精度達(dá)5毫米，在多粉塵、高溫、高濕和高腐蝕性氣體環(huán)境中可長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，免維護(hù)。對(duì)整個(gè)料坑進(jìn)行數(shù)字坐標(biāo)化處理，通過(guò)觸摸屏點(diǎn)擊抓取和投料的位置，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、自動(dòng)重復(fù)完成投料和倒垛、自動(dòng)泊車等工藝操作，并具有實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)計(jì)量、抓斗狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷報(bào)警功能。2垃圾抓斗起重機(jī)工作特點(diǎn)2. 1垃圾抓斗起重機(jī)的工藝要求垃圾抓斗起重機(jī)一般采用橋式起重機(jī)

3、，安裝在垃圾池的上部，沿固定軌道行走，抓斗借助卷起裝置可以到達(dá)垃圾池中每一個(gè)角落完成各項(xiàng)作業(yè)。根據(jù)垃圾焚燒氣化工藝的規(guī)定，卸入垃圾池待焚燒的垃圾應(yīng)滿足以下工藝要求：1）卸入的垃圾應(yīng)搬運(yùn)到預(yù)定的區(qū)域，進(jìn)行分區(qū)堆放，使垃圾在入爐焚燒前有1到2天的堆酵周期，以利于提高垃圾的燃燒熱值；2）垃圾在入爐焚燒前應(yīng)充分?jǐn)嚢?、移?dòng)和混合，使入爐垃圾的組成和性質(zhì)保持一定的穩(wěn)定性，便于后續(xù)垃圾焚燒工序穩(wěn)定、正常進(jìn)行；3）定期抓空、移開垃圾池內(nèi)垃圾滲瀝液排水口的垃圾，使垃圾在堆酵期間滲出的垃圾滲瀝液及時(shí)從垃圾池排出，以提高垃圾在垃圾池內(nèi)的瀝干效果和垃圾的燃燒效率；4）垃圾焚燒前宜先將垃圾投放在焚燒爐進(jìn)料斗內(nèi)，且焚燒爐

4、進(jìn)料斗應(yīng)設(shè)在一定高度上，便于利用垃圾的自重實(shí)現(xiàn)適時(shí)供料和徹底焚燒等工藝流程。2. 2垃圾抓斗起重機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則1）靈活、方便的硬件配置以保證系統(tǒng)的功能性要求與硬件系統(tǒng)的最合理的配合，從而構(gòu)成最合理的性能價(jià)格比；2）極低的設(shè)備維護(hù)成本和系統(tǒng)管理成本，要求選擇的自動(dòng)化控制系統(tǒng)具備良好的可擴(kuò)充性、開放性和在為多粉塵、高溫、高濕和高腐蝕性氣體環(huán)境長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。3格雷母線定位裝置格雷母線位移檢測(cè)系統(tǒng)以相互靠近的扁平狀的格雷母線和天線箱之間的電磁耦合來(lái)進(jìn)行位置檢測(cè)，它是一種非常成熟的非接觸絕對(duì)位置檢測(cè)傳感器，該傳感器主要由四大部分構(gòu)成：格雷母線、天線箱、地址編碼發(fā)生器、地址解碼器。格雷母線類似一把有刻

5、度的標(biāo)尺，天線箱類似指針，指針指向的刻度即是當(dāng)前位置值，無(wú)需初始參考點(diǎn)，定位精度5mm可以連續(xù)在車上或地上得到位移量，地址信息可以通過(guò)數(shù)傳電臺(tái)或信號(hào)電纜進(jìn)行傳輸。一條格雷母線可以供多臺(tái)移動(dòng)設(shè)備使用，而且長(zhǎng)度可依工程需要而定，多根格雷母線可拼接。防水、防油、防塵、耐酸堿，理論上無(wú)壽命極限。3. 1格雷母線位置檢測(cè)基本原理格雷母線位置檢測(cè)傳感器以相互靠近的扁平狀的格雷母線和天線箱之間的電磁耦合來(lái)進(jìn)行通信，并在通信的同時(shí)檢測(cè)到天線箱在格雷母線長(zhǎng)度方向上的位置。格雷母線位置檢測(cè)有兩種工作方式：地上檢測(cè)方式：地址編碼發(fā)射器安裝在小車上，通過(guò)格雷母線接收地址信號(hào)，地址解碼器安裝在固定站上，在地面站完成地址

6、檢測(cè)；車上檢測(cè)方式：地址編碼發(fā)射器安裝在固定站，通過(guò)格雷母線芯線發(fā)射地址信號(hào)，天線箱、地址解碼器安裝在移動(dòng)電機(jī)車上，電機(jī)車直接檢測(cè)到地址。為了保證電機(jī)車運(yùn)行的絕對(duì)安全和位置準(zhǔn)確，本方案選擇格雷母線通訊定位裝置的精密地上檢測(cè)方式，其檢測(cè)精度為5mm3.2格雷母線通信定位裝置特點(diǎn)非接觸工作方式：非接觸工作方式，無(wú)滑脫和磨損等故障；絕對(duì)位置檢測(cè)：能夠連續(xù)地、高精度地檢測(cè)絕對(duì)地址，位置檢測(cè)精度達(dá)加可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)車自動(dòng)行走和全自動(dòng)操作；通信適用范圍廣：通過(guò)電磁耦合來(lái)進(jìn)行通信，不受環(huán)境條件限制，接收靈敏度高。例如在隧道內(nèi)空間電磁波便很難傳送，格雷母線能實(shí)現(xiàn)通信；不受無(wú)管會(huì)管制；數(shù)據(jù)通信的載頻為低頻，所產(chǎn)生

7、的電磁場(chǎng)只限于幾米范圍，輻射比工廠使用高頻無(wú)線電通信系統(tǒng)容許的級(jí)別低，不需要向無(wú)管會(huì)申請(qǐng)即可使用；兼容性好：位置檢測(cè)和數(shù)據(jù)通信可以合用一根格雷母線電纜，施工方便、安裝維護(hù)簡(jiǎn)單，占空間小，不影響現(xiàn)場(chǎng)外觀，不改變現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備；抗干擾能力強(qiáng)：使用交叉扭絞結(jié)構(gòu)及相位檢測(cè)技術(shù)，天線箱與格雷母線兩者間隙從30nlm到300mn均可正常工作，不受環(huán)境噪音和接收信號(hào)電平波動(dòng)的影響，能夠在諸如鐵礦石場(chǎng)等惡劣環(huán)境條件中長(zhǎng)期可靠的工作；適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境：安裝在室外的格雷母線電纜、天線箱、始端箱、終端箱采用非金屬材料制作而且采用密封工藝，耐酸、堿腐蝕，防護(hù)等級(jí)IP65,使用壽命長(zhǎng)。3. 3格雷母線位置檢測(cè)裝置基本構(gòu)成

8、格雷母線位置檢測(cè)裝置主要包括格雷母線、天線箱、地址編碼發(fā)射器和地址編碼接收器4個(gè)部分。其結(jié)構(gòu)見圖1.天瞬L地址編碼發(fā)生器圖i格雷母線位置檢測(cè)裝置框圖.地址編碼發(fā)生器：地址編碼載波信號(hào)的發(fā)生和功率放大；天線箱：天線箱將信號(hào)送給格雷母線標(biāo)準(zhǔn)線、交叉線。格雷母線：通過(guò)互感耦合檢測(cè)地址編碼載波信號(hào)；地址檢測(cè)單元：完成位置地址信號(hào)的解碼，并將解碼后信號(hào)傳到PLC單元；3. 4格雷母線技術(shù)性能參數(shù)水平位置檢測(cè)精度：5mrp水平位置定位精度：w10mm水平位置測(cè)量范圍：大車、小車軌道長(zhǎng)度；位置檢測(cè)感應(yīng)距離：60mnW感應(yīng)距離w300mm發(fā)振頻率：31kHz,39kHz,46kHz,62kHzo可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情

9、況調(diào)整；等效全向輻射功率（EIRP）：w27dBm工作溫度：-25C+80Co工作濕度：V95%;工作電源：24VDC,耗電：V100VA系統(tǒng)平均無(wú)故障連續(xù)運(yùn)行時(shí)間：10000h。4基于格雷母線定位技術(shù)的垃圾抓斗起重機(jī)電氣系統(tǒng)組成本系統(tǒng)設(shè)計(jì)由兩臺(tái)垃圾抓斗起重機(jī)組成的起重機(jī)搬運(yùn)系統(tǒng)，用于完成對(duì)垃圾焚燒發(fā)電廠的垃圾投料、倒垛、混料、移料等工作。每一臺(tái)起重機(jī)都有自己獨(dú)立的電氣控制系統(tǒng)、操作控制臺(tái)和HMI顯示面板，根據(jù)用戶的需要可提供手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)的操作。由于電控柜不設(shè)在垃圾抓斗起重機(jī)上，PLC設(shè)在控制柜里，垃圾抓斗起重機(jī)上的開關(guān)量信號(hào)、模擬量信號(hào)需要PLC處理，整個(gè)PLC系統(tǒng)連接圖如圖3所示。

10、觸摸屏上位機(jī)大車主令控制器PLC系統(tǒng)小車主令控制器起升主令控制器按鈕指示燈稱重儀表廠DCS系統(tǒng)圖3 PLC系統(tǒng)連接框圖大車變頻器小車變頻器起升變頻器伙車格雷母線定位I J大車 左/右根限；小車格雷母線定位片安全門限位II小車前后極限I國(guó)冠蔣冠鼠起升上下極限'起升常用上限IT起升常用下限II起升制動(dòng)礁認(rèn)I抓斗下限抓斗打開到位真誠(chéng)做人，用心做事!第7頁(yè)總6頁(yè)4. 1格雷母線在垃圾抓斗起重機(jī)上的配置格雷母線位置檢測(cè)裝置對(duì)垃圾抓斗起重機(jī)工作區(qū)域進(jìn)行數(shù)字化，實(shí)現(xiàn)垃圾抓斗起重機(jī)兩車或多車間防撞；操作室防護(hù)；坑壁防護(hù)；廠房周邊防護(hù)；進(jìn)料斗中心位識(shí)別；料坑垛位識(shí)別。格雷母線位置檢測(cè)裝置通過(guò)總線與PLC

11、進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。垃圾抓斗起重機(jī)的大車、小車均采用格雷母線位置檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行位置檢測(cè)，其整體架構(gòu)見圖4。坤大車地址圖4垃圾抓斗起重機(jī)位置檢測(cè)框圖大車軌道長(zhǎng)度為751n采兩臺(tái)垃圾抓斗起重機(jī)共用一條格雷母線，通過(guò)兩種頻率區(qū)分，1#垃圾抓斗起重機(jī)使用39KHz2#垃圾抓斗起重機(jī)使用47KHz位置檢測(cè)精度為5mm小車軌道長(zhǎng)度為25m每臺(tái)垃圾抓斗起重機(jī)小車應(yīng)用一條格雷母線。置檢測(cè)精度為5mm采用格雷母線精確位置檢測(cè)技術(shù)，對(duì)垃圾抓斗起重機(jī)工作區(qū)域進(jìn)行數(shù)字化，這樣便把吊車下方的矩形空間劃分成若干個(gè)小矩形，即坐標(biāo)空間。所以料坑垛位固定坐標(biāo)保存在PLC中，可以實(shí)現(xiàn)垃圾抓斗起重機(jī)自動(dòng)調(diào)度，達(dá)到全自動(dòng)操作。將料坑垛位，操

12、作區(qū)域，投料點(diǎn)，檢修臺(tái)坐標(biāo)保存在PLC中。垃圾抓斗起重機(jī)工作時(shí)，對(duì)大車、小車的絕對(duì)位置動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)檢測(cè)。并據(jù)此完成垛位識(shí)別，實(shí)現(xiàn)操作區(qū)域防護(hù)、投料點(diǎn)定位，檢修位置識(shí)別等功能。另外將垃圾抓斗起重機(jī)大車位置傳到相鄰垃圾抓斗起重機(jī)PLC中，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)垃圾抓斗起重機(jī)防碰撞功能。4.2傳統(tǒng)控制方式相比與傳統(tǒng)控制方式相比，可取消的設(shè)備統(tǒng)計(jì)如下表:兩種方案外部檢測(cè)兀件比較（兩臺(tái)2臺(tái)起重機(jī)）序號(hào)常規(guī)檢測(cè)方案格雷母線方案取消的信號(hào)取消的電纜1安全門限位4個(gè)安全門限位4個(gè)2小車前后極限4個(gè)小車前后極限4個(gè)3大車左/右極限2個(gè)大車左/右極限2個(gè)14起升上下極限4個(gè)起升上下極限4個(gè)5起升常用上限2個(gè)起升常用上限2個(gè)6起升常

13、用下限2個(gè)起升常用下限2個(gè)7抓斗下限2個(gè)抓斗下限2個(gè)8抓斗打開到位2個(gè)抓斗打開到位2個(gè)9起升制動(dòng)確認(rèn)2個(gè)起升制動(dòng)確認(rèn)2個(gè)10起升編碼器2個(gè)起升編碼器2個(gè)11控制室左右保護(hù)開關(guān)4個(gè)格雷母線DI輸入點(diǎn)4個(gè)固定信號(hào)電纜8芯12大車1號(hào)爐中心開關(guān)1個(gè)格雷母線TDI輸入點(diǎn)2個(gè)固定信號(hào)電纜2芯13大車2號(hào)爐中心開關(guān)1個(gè)格雷母線DI輸入點(diǎn)2個(gè)固定信號(hào)電纜2芯14大車3號(hào)爐中心開關(guān)1個(gè)格雷母線DI輸入點(diǎn)2個(gè)固定信號(hào)電纜2芯15大車4號(hào)爐中心開關(guān)1個(gè)格雷母線DI輸入點(diǎn)2個(gè)固定信號(hào)電纜2芯16檢修平臺(tái)限位開關(guān)2個(gè)格雷母線DI輸入點(diǎn)2個(gè)固定信號(hào)電纜4芯17大車常用左限開關(guān)2個(gè)格雷母線DI輸入點(diǎn)2個(gè)固定信號(hào)電纜4芯18控制室前減速開關(guān)2個(gè)格雷母線nDI輸入點(diǎn)2個(gè)拖令電纜4芯19控制室前保護(hù)開關(guān)4個(gè)格雷母線DI輸入點(diǎn)4個(gè)拖令電纜8芯20控制室下保護(hù)開關(guān)2個(gè)格雷母線DI輸入點(diǎn)2個(gè)拖令電纜4芯21小車中心開關(guān)2個(gè)格雷母線1DI輸