板坯库钢卷库行车位置跟踪系统

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1、 1 1 行业背景行业背景 为了实现企业现代化和提高企业市场竞争力，要求企业自身对自动化控制程度和信息化建设要有很高的水准。 以宝钢为代表的大型骨干企业的自动化程度和信息化建设在国内流程制造业信息化中处于领先地位， 已经形成了较为完整的层次化信息体系结构。基于 MES 的物流信息系统是信息体系的重要组成部分，是企业实现生产活动与经营活动的有效集成、优化运行、优化控制与优化管理不可或缺的手段，是提高企业竞争力的重要的技术之一。 实现行车工作跨中行车间的通讯，货物垛位号对位，起吊动作连锁，生产过程计算机管理以及最终达到无人驾驶等一系列自动化技术问题的解决，对钢厂的安全生产，提高生产管理水平，提高产

2、品质量和经济效益有着十分重要的意义。 2 系统描述系统描述 行车定位和无线数据传输系统（以下简称行车定位跟踪系统即 CLTS）即行车智能化控制系统产品是基于 MES 系统，集无线电技术，网络通讯技术，自动化控制技术于一身的行车智能化控制系统，采用无线数传系统，高精度定位系统，能对铸造起重机、冶金起重机（夹钳起重机、电磁起重机、淬火起重机） 、普通桥式起重机、门式起重机的吊钩三维位置进行实时检测，监控行车工作状态，在线跟踪记录库中的物流状态，实现对各单元生产用行车的自动调度、库场管理和行车工作信息的实时汇总，保证生产过程中物流的顺畅。 3 系统功能系统功能 实时检测行车吊钩三维位置，监控行车运行

3、工作状态； 在线跟踪、记录库中的物流状态； 在行车上显示作业指令，并监控作业指令的执行情况； 2 作为 MES 系统的执行机构，实现对各单元生产用行车的自动调度、库场管理和行车工作信息的实时汇总，保证生产过程中物流的顺畅。 4 设计原则设计原则 先进成熟性 所选设备和技术均代表当今世界先进的、主流的产品和技术，并在多领域得到广泛使用。 实时性 车上和地面设备通过无线局域网进行数据传输，通信符合 IEEE 802.11b/g 标准，最高传输速率可达 54Mbps；另外设备良好的无线覆盖和接收性能，保证了数据传输的实时性与快速性。 精确的位置检测 格雷母线（简称 IR 电缆）检测方式，其绝对地址信

4、息真实可靠，不会有误码，无积累误差，其发振频率不产生对其他电气设备的干扰且可调， IR 电缆检测系统设备分辨率5mm，检测精度为 1cm。 高可靠性 所选设备均是专为适合工业现场环境而设计的产品，具有很高的抗电磁干扰、抗震、抗高低温、防尘防水等性能，365*24 小时连续运行，满足其在钢铁企业中的使用。 高安全性 所选设备通过多种安全技术可以有效阻止外来非法访问， 设备均为宽等级电压输入范围，电压的波动不会对设备造成影响，并对电压尖峰有一定的滤波能力，所有设备均为低功耗产品，不会产生大量的热能，也不会对电网产生冲击，对其它电子设备不会产生电磁干扰。 易扩展性 整个系统采用通用标准接口和开放的系

5、统架构，随着用户应用的发展，可以非常容易的进行扩展和延伸，很好的保护了用户投资。 易维护性 整个系统具备易于维护的特性，技术人员可以对无线网络进行灵活方便的管理，包括日常监控以及系统配置调整、故障处理等。 3 操作便利 人性化设计，界面友好，车载终端可配操作键盘、触摸屏、软键盘，操作方式灵活多样。 5 系统结构系统结构 图 1 系统结构 行车位置跟踪系统（CLTS）的基本组成： 1行车位置检测系统； 2数据传输系统； 3电气信号联锁系统； 4车载终端/HMI 系统； 5地面控制管理系统。 5.1 系统组成系统组成 车上局系统 （车载终端及其天线设备、 格雷母线电缆测距设备、 接口转换箱） ；

6、地上局系统（格雷母线发振装置、无线网关 AP 及其天线设备） 。 5.1.1 地上局设备的功能地上局设备的功能 AP（无线网关） ：连接有线网与无线网，合适的 AP 个数可覆盖所有工作区域的无线电信号； 4 无线网关的天线设备：无线电信号的接收与发射，并参与无线电信号的区域范围覆盖。 大车走行格雷母线及地址编码发生器：地址编码发生器向格雷母线发射一定频率的周波信号，给大车走行提供位置信号。 5.1.2 车上局设备的功能车上局设备的功能 车载终端：接收并显示应用接口服务器的行车作业命令，指导行车操作员进行吊运作业，对吊运作业实绩进行处理并上传应用接口服务器；行车当前 X、Y位置的显示并判定行进方

7、向和目标；显示各类电气设备状态和联锁、禁驶信息； 车载终端的天线设备：用于车载计算机接收和发送无线电信号； 接口转换箱：位置检测装置和电气等各类数据转换成车载终端能够接受的格式，并为车载终端、位置检测装置等提供电源。 5.1.3 应用功能概要应用功能概要 通信与控制配置管理 监控行车定位跟踪系统的通信状况，当通信出现故障时，能够暂存需要传送的信息，待通信恢复后，能够自动重送。系统还具备通信故障提示、系统通信自测试等功能。 信号采集 采集与传输行车夹具夹紧、起载、高度、重量等电气信号，根据电气信号更新行车命令的状态等信息。 联锁控制 通过应用接口服务器向库内电气设备 PLC 发出联锁/解锁的控制

8、请求，对过跨车等设备进行联锁控制并采集当前状态信息。 禁驶控制 通过车上局直接向行车 PLC 发出禁驶的控制请求，禁止行车进入相关控制区域，并采集当前状态信息。 行车吊运命令操作/管理 接收、存储和更新应用接口服务器下发的所有吊运命令；对吊运命令的执行状态进行全规程的跟踪。结合行车运行状况生成吊运实绩，上传给应用接口服务器。 软件功能 图 2、3 为车载终端常用的操作界面，如图 2 所示， 5 行车将要执行的吊运命令和当前执行的吊运命令的显示，每条命令内容包括种类、顺序号、分组号、子序号、板坯号、吊上位置、卸下位置、块数。 行车当前 X，Y 位置显示并判别行进方向和目标 行车司机可以根据需要选

9、择自动判别或者手动确认吊上完成卸下完成。 图 2 执行吊运任务界面示意图 图 3 为指令选择操作界面， 司机可以根据需要选择要执行的吊运命令并且可以查看各类命令。 6 图 6 命令选择界面示意图 5.1.4 外部接口说明外部接口说明 与应用接口服务器的接口说明 行车定位跟踪系统与应用接口服务器经 L3/L2 网络直接通讯。 与地面 PLC 接口说明 经应用接口服务器信息中转与板坯库的上料棍道和下料棍道、 钢卷库的步进梁等设备 PLC 连接，参与地面设备的连锁控制。 与行车 PLC 接口 与板坯库、钢卷库的行车连接（无触点定子调压调速装置） ，参与行车的禁驶控制。 与行车夹具接口 采集行车夹具夹

10、紧、起载、高度限位等。 接口通讯实现方式 与应用接口服务器的通信采用 TCP/IP SOCKET 协议进行电文通讯。 与行车无触点定子调压调速装置和夹具的通信采用干接点方式。 7 6 系统核心技术系统核心技术 行车位置检测部分是行车定位跟踪系统的重要组成部分，行车位置检测我们采用成熟、稳定、可靠的格雷母线定位技术，无累积误差。 格雷母线位置检测将电磁感应原理应用于位置检测和数据通信领域。 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。 格雷母线位置检测包括地址编码发射器，地址编码接收器，格雷母线，天线箱四个部分。 6.

11、1 行车位置检测系统构成行车位置检测系统构成 如图 4 所示为行车位置检测系统略图，一台地上局可以对应多台车上局，图中各画出了一台。大车走行天线箱的功能为：以非接触方式通过安装在纵向大梁的纵向格雷母线检测纵向格雷母线中代表位置感应信号。小车走行天线箱的功能为：以非接触方式向小车走行格雷母线发射代表位置的感应信号。 图 4 位置检测系统图 6.2 小车走行位置检测（横向位置检测）小车走行位置检测（横向位置检测） CLTS（行车定位跟踪系统）系统中的格雷母线内有多组导线,根据功能这些导线分为两种: 参考对和数据对(格雷码)。一根格雷母线内至少有一组参考对和通常 10 8 组数据对导线(下图为自动检

12、测原理图, 其中只画出 4 对) , 每对导线根据规则在不同的长度上产生交叉, 并且通过终端箱实际上形成了一个闭合线圈。 横向振荡器给横向天线提 50kHz 的周波, 天线中产生电磁场, 当天线移动到格雷母线中交叉部分时, 该交叉部分的导线切割磁力线产生感应电流(正弦波) , 并且每经过一个交叉, 正弦电的相位改变 180。 CLTS（行车定位跟踪系统）中采用了一种称为“格雷码”(Gray Code) 的技术来确定行车的位置, 为了产生格雷码, 首先按照图 5 中所示排列格雷母线中的导线对, 最小交叉长度的一半就是该 CLTS 能检测的单位长度。例如，CLTS（行车定位跟踪系统） 的检测单位是

13、 10cm , 则格雷母线内最小交叉长度为 20cm。相邻的格雷码的值相差为 1Bit 。位置检测器接收到每对导线的感应电流, 通过比较参考对和数据对导线中感应电流的相位差来表示该对导线代表 1 或者 0。相位差为 0 表明该导线对格雷码的值为 1 , 相位差为 180时表明该导线对的格雷码为 0。CLTS（行车定位跟踪系统） 系统所能检测位置的长度取决于格雷母线内的导线对数和交叉的最小距离。例如, 当只有一对参考对导线和 10 对数据对导线, 并且最小交叉为 20cm , 则 CLTS 所能检测的最大长度为 210 (20cm 2) 1= 10240cm = 12140cm。当有 3 对参考

14、对导线时, 检测的最大长度为: 210 (20cm 2)8 = 81912cm。 图 5 小车位置检测 9 6.3 大车走行位置检测（行车纵向位置检测）大车走行位置检测（行车纵向位置检测） 检测纵向位置与检测横向位置有所不同。下图中, 地上局内的振荡器提供的50kHz 的检测周波依次向纵向格雷母线内的参考对导线和数据对导线提供, 每对导线依次在纵向天线内产生感应电流。 位置检测器通过比较参考对和数据对导线中感应电流的相位差来表示该对导线代表 1 或者 0。相位差为 0 表明该导线对格雷码的值为 1 , 相位差为 180时表明该导线对的格雷码为 0。注意, 检测纵向位置时纵向格雷母线内交叉的导线

15、对相当于多个线圈, 它们提供磁场, 而旋转的天线中则产生感应电流, 并且在同一时刻每对导线内相邻的两个线圈在天线中产生的感应电流的相位相差 180。 图 6 大车走行位置检测 6.4 格雷母线定位装置特点格雷母线定位装置特点 通过安装在移动机车上的天线箱与敷设在地上的格雷母线之间的电磁耦合来检测移动机车的位置，无机械性接触磨损（非接触式） ，因而可高速准确地检测和传送位置信息； 由于格雷母线为多对以一定规律交叉扭绞结构，能有效地抑制外部散杂电平的干扰； 由于是利用各对地址线接收到的信号的相位和基准线接收到的信号的相位相比较，以同相为“0” ，反相为“1”进行组合而得到的地址信息，所以地址稳定，

16、不受电平波动的影响； 能在移动机车行走范围内连续地、高精度地检测绝对地址。 10 有地上检测方式和车上检测方式两种检测方式， 可根据控制的需要灵活选择。 7 系统的主要技术指标系统的主要技术指标 7.1 格雷母线定位的主要技术指标格雷母线定位的主要技术指标 输出接口：RS232 数据传输速率：9600BPS 等效全向辐射功率：27dBm 发振调制频率：39KHZ 或46KHZ 或50KHZ 位置检测感应距离：水平方向：30120mm 垂直方向：50mm 位置检测分辨率：2mm 位置检测精度：10mm 7.2 无线数传系统的主要技术指标无线数传系统的主要技术指标 工作频率：2.4G 直序扩频无线技术； 通讯方式：全双工或半双工； 通信速率：最大 54Mbps； 误码率：-7 ； 工作温度范围：055。 7.3 车载终端车载终端/HMI 系统的主要技术指标系统的主要技术指标 防护等级：不低于 IP 65；防磁等级：不低于 IEC/EMC 93/68/EEC； 防震标准：可抵抗 3 小时，