露天設備GPS定位自動控制系統(tǒng)
第1章 系統(tǒng)簡介
1.1 概述
　　隨著水路運輸業(yè)的快速發(fā)展，現(xiàn)代港口規(guī)模和吞吐量不斷增長，港口各種裝卸設備數(shù)量不斷增加，如何高效可靠使用這些裝卸設備是各港口單位關心的問題。港口裝卸設備中主要的斗輪堆取料機又稱懸臂式堆取料機，是散貨堆場作業(yè)的核心設備。它是堆取料合一的機械，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)的轉運煤及松散物料的碼頭、港口都采用斗輪堆取料機。斗輪堆取料機的采用，大大縮短了堆取時間，提高了工作效率，減輕了工人勞動強度。
　　為提高裝卸均化作業(yè)的效率和安全問題，應保證堆取料機具備尋堆認址、定位, 自動確定各層料堆起點、終點及位置跟蹤、終點記憶、料流對中心、電纜保護、整機自動堆取料，從而實現(xiàn)流暢和高效的堆取料自動作業(yè)。同時中控室能夠對作業(yè)過程進行監(jiān)視。所以有必要對堆取料機大機位置進行連續(xù)跟蹤、懸臂三維位置實時檢測，解決堆取料作業(yè)過程中空間防碰撞的難題。
1.2 目前大機采用的定位方式
　　目前堆取料機位置檢測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、RFID方式。光電編碼器裝置，整套裝置安裝在驅動電機前部的一個金屬殼體內，由盤狀齒輪與定位車齒條嚙合，通過驅動軸驅動編碼器。盤狀齒輪的圓周與定位車驅動小齒輪的圓周相同。編碼器由傳動齒輪自下而上通過減速機、聯(lián)軸節(jié)驅動，實現(xiàn)定位車的位置檢測。這幾種檢測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)時間長；
2) 光電編碼器裝置在車輪打滑就會形成累計誤差, 相對定位的機械接觸工作方式；
3) 激光位移傳感器在不潔凈環(huán)境會失去作用，軌道沉降導致車輛走行抖動會使反光板靶位不準，亦會導致位置檢測不準；
4) 行走限位開關由于是點定位，對連續(xù)性位置檢測存在盲區(qū)；
5) RFID方式是無線點定位，存在漏讀現(xiàn)象, 延時較大；
　　故這幾種傳感器在檢測位置時多數(shù)為機械式、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))，致使半自動操作難以可靠穩(wěn)定運行。由于堆取料機是較大的設備，其慣性較大，在啟動和停止時也是硬性的，所以在工作過程中會產(chǎn)生很大的撞擊和震動，噪音污染嚴重，嚴重影響其安全性和有關零部件的壽命，易于損壞設備，由此設備精確位置控制顯得尤為重要。
1.3 懸臂采用的檢測技術
　　通常的懸臂空間位置反饋都是采用行走、旋轉、俯仰三個旋轉編碼器的數(shù)值計算得出的，對懸臂的空間位置計算過程非常復雜，該計算過程需要結合行走、俯仰、旋轉三個編碼器的數(shù)值進行空間建模，而這三個編碼器都有不同程度的誤差，這就造成累積誤差，故懸臂空間坐標的準確性不高?，F(xiàn)有的防碰撞方法是根據(jù)兩臺堆取料機是否處于同一個場垛進行判斷，如果兩臺堆取料機不在同一個場垛就可以正常作業(yè)。兩臺堆取料機進入一個場垛進行作業(yè)時，就對兩臺堆取料機同時進行鎖定，使其不能工作，由此避免堆取料機之間發(fā)生碰撞，這嚴重影響了堆取料機的同場作業(yè)。
　　由于以上原因，當前都采用人工監(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空間防碰撞問題，使得兩臺堆取料機無法同時在同一個堆場中安全作業(yè)，嚴重影響效率。
1.4 本系統(tǒng)采用的GNSS定位技術
　　本系統(tǒng)采用在堆場合適位置建立基準站，在堆取料機的回轉中心和懸臂中部或者頭部中心點安裝GPS流動站。通過GPS的位置信息和空間幾何算法，得出兩臺堆取料機之間的最小距離，從而可以判斷出堆取料機發(fā)生碰撞的可能性，使得作業(yè)人員進行相應處理。本系統(tǒng)可以實時計算出堆取料機懸臂的相對位置和距離，實現(xiàn)多臺堆取料機在同一個場垛中安全作業(yè)。該系統(tǒng)包括：大機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是全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)的總稱,包括GPS（美國）、GLONASS（俄羅斯）、伽利略（歐盟）、北斗（中國）總共四套導航系統(tǒng)。而目前在軌運行并能真正實現(xiàn)民用定位功能的只有GPS和GLONASS兩套定位系統(tǒng)。
　　主要特點：具有全球覆蓋、全天候、高精度、實時導航定位等優(yōu)點。
2.2 GNSS系統(tǒng)介紹
　　GNSS系統(tǒng)主要由三部分構成：空間衛(wèi)星部分、地面監(jiān)控部分、用戶GNSS接收機部分。
   衛(wèi)星部分主要是再軌運行的專門用于導航的衛(wèi)星，目前GPS和GLONASS在軌運行的衛(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)調制在兩個頻段上的衛(wèi)星信號。在地球上任何一點，均可連續(xù)地
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索爾德測控技術///露天設備GPS定位自動控制系統(tǒng)

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