堆取料机防碰撞系统促进港口物料搬运效率进行提档升级

第1章 系统简介

1. 1. 概述

随着水路运输业的快速发展，现代港口规模和吞吐量不断增长，港口各种装卸设备数量不断增加，如何高效可靠使用这些装卸设备是各港口单位关心的问题。港口装卸设备中主要的斗轮堆取料机又称悬臂式堆取料机，是散货堆场作业的核心设备。它是堆取料合一的机械，即是一种挖取和堆存煤炭、矿石、砂石等松散物料的高效率机械。它不仅适用于电厂，而且在码头、港口也很适用，大多数的转运煤及松散物料的码头、港口都采用斗轮堆取料机。斗轮堆取料机的采用，大大缩短了堆取时间，提高了工作效率，减轻了工人劳动强度。

为提高装卸均化作业的效率和安全问题，应保证堆取料机具备寻堆认址、定位, 自动确定各层料堆起点、终点及位置跟踪、终点记忆、料流对中心、电缆保护、整机自动堆取料，从而实现流畅和高效的堆取料自动作业。同时中控室能够对作业过程进行监视。所以有必要对堆取料机大机位置进行连续跟踪、悬臂三维位置实时检测，解决堆取料作业过程中空间防碰撞的难题。

1. 1. 目前大机采用的定位方式

目前堆取料机位置检测大多采用的是人眼定位、光电编码器装置（光码盘）、激光测距传感器、行走限位开关、RFID方式。这几种检测位置的方式均存在一定缺陷，具体表现如下：

1. 人眼定位受制于眼睛健康状况和精神状态，环境影响比较大，作业时间长；
2. 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。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；
3. 激光测距传感器是根据时间延迟原理计算被测物的距离,激光测距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；
4. 行走限位开关由于是点定位，对连续性位置检测存在盲区；
5. RFID方式是无线点定位，存在漏读现象, 延时较大,一般用做旋转编码器辅助校正；

故这几种传感器在检测位置时多数灵敏度低、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)，致使半自动操作和全自动操作难以可靠稳定运行。

 

1. 1. 悬臂采用的检测技术

通常的悬臂空间位置反馈都是采用行走、旋转、俯仰三个旋转编码器的数值计算得出的，对悬臂的空间位置计算过程非常复杂，该计算过程需要结合行走、俯仰、旋转三个编码器的数值进行空间建模，而这三个编码器都有不同程度的误差，这就造成累积误差，故悬臂空间坐标的准确性不高。现有的防碰撞方法是根据两台堆取料机是否处于同一个场垛进行判断，如果两台堆取料机不在同一个场垛就可以正常作业。两台堆取料机进入一个场垛进行作业时，就对两台堆取料机同时进行锁定，使其不能工作，由此避免堆取料机之间发生碰撞，这严重影响了堆取料机的同场作业。

由于以上原因，当前都采用人工监控的方法来避免空间碰撞事故。现有的防碰撞方法无法有效避免堆取料机空间防碰撞问题，使得两台堆取料机无法同时在同一个堆场中安全作业，严重影响效率。

1. 1. GNSS定位技术

本系统采用在堆场合适位置建立基准站，在堆取料机的回转中心和悬臂中部或者头部中心点安装GPS流动站。通过GPS的位置信息和空间几何算法，得出两台堆取料机之间的最小距离，从而可以判断出堆取料机发生碰撞的可能性，使得作业人员进行相应处理。本系统可以实时计算出堆取料机悬臂的相对位置和距离，实现多台堆取料机在同一个场垛中安全作业。该系统包括：基准站系统、流动站系统、监控软件系统。

第2章 系统实现的功能效果

使用本系统后，进行数据采集和空间几何算法，再将计算结果传给PLC，进行大机精确位置检测和防碰撞控制的计算与报警，还可以检测悬臂旋转角度及俯仰角度，效果显著。不但解决了其它位移传感器检测大机位置不准确的问题，而且节省了检测悬臂旋转角度及俯仰角度的传感器，消除了数据检测中间转换的误差，提高了数据精准度。同时，计算过程简单、直观，可实现多台堆取料机同场同时作业，实时检测各个悬臂之间的最小距离，防止发生碰撞，提高了安全性和作业效率，可用于多种类型的堆取料机，提高同场作业效率达到80％左右，可以实现无人操作。

• 堆取料机走行位置、装卸位置精确检测；
• 可实现堆取料机自动走行，自动堆取料；
• 实现位置联锁，可以防止两端掉道或碰撞事故；
• 与堆取料机小皮带联锁控制，防止混料、错料、堵料事故；
• 可进行鳞状堆积预混匀作业，以提高原料成分的均匀度、减少粒度偏析；
• 实现堆取料机远程监控功能；
• 结合皮带秤数据对堆场堆存量数字化管理；
• 严格控制堆料形状和取料规律，可以大大提高料场的存储容量，提高料场的利用率
• 变起点定终点工艺可将料堆截面堆成长方形，减少端部料的产生和浪费，也同时减少铲车进场的作业量。

第3章 系统架构建立

3.1 基准站系统

 

基准站系统给各台堆取料机提供差分数据，是整个系统的控制部分。其工作原理是基准站卫星接收机将自己获取的高精度定位数据，通过光纤模式、电台、GPRS或WIFI方式将差分数据发送到堆取料机的卫星接收机上；卫星接收机通过将自身的定位数据和基准站的差分数据进行差分解算，最后得到厘米级定位数据。

 

差分示意图

 

基准站差分系统主要包括基准站GNSS卫星接收机和差分数据电台。基准站作为整个系统的基准必须建立在一个干扰少，基础稳定的位置，以便保证整个系统的定位精度以及全天候使用。一般来说基准站系统建立空旷的房屋楼顶上，单独建立立柱必须做好防雷措施。

基准站观测墩

 

3.2 流动站系统

在每台堆取料机上安装两台流动站，流动站卫星接收机天线分别安放在大机回转中心和悬臂中部或者头部中心点处。两台流动站实时检测空间的三维坐标信息，并计算出每台堆取料机的位置、俯仰、角度信息等，并通过数据链路传输给中控室的PLC主机，这样根据“两点确定一条直线”原理，中控PLC就可以实时的知道堆取料机的大机回转中心和堆取料机的悬臂头部中心所在轴线的位置了。并对相邻的堆取料机进行两两比较，计算出他们之间的安全距离，臂架俯仰和旋转的最大角度。一旦相邻的堆取料机之间的距离小于安全距离或旋转、俯仰角度超出安全角度时，软件将自动向操作人员发出报警信息以及停机信号，防止意外事故的发生。

通过RTK方式来检测悬臂位置信息可以精确到厘米级，并且不受自身行车轮打滑和其它编码器累积误差的影响，比现有的防碰撞方法更加准确高效。克服了现有技术中由于悬臂空间位置反馈都是采用行走、旋转、俯仰三个编码器的数值计算，而造成的误差累积问题。

3.3 监控软件系统

系统监控软件的主要作用是负责人机交互，用最直观的方式将整个料场所有设备的运行状态显示在上位机屏幕上，操作人员和中控室的管理人员能够实时的对料场生产进行监控和管理，预防生产事故发生，提高作业效率和堆取精准度。

第4章 系统主要设备构成

4.1 三维坐标卫星接收机

SOLD-DQL-RTK-01三维坐标卫星接收机是我公司针对露天料场堆取料机无人操作和防碰撞系统建设而设计的一款多星多频的坚固工业级高防护等级GNSS卫星接收机。内置国际顶级品质的天宝主板，能够接收北斗二代、GNSS、GLONASS等众多卫星系统信号。采用坚固耐用的全金属材料进行封装。机身扩展串口，以太网口和天线接口等众多接口。通过网口可以直接将数据通过网络上传至服务器。具有以下特点：

• 多频多星的高精度主板：采用国际顶级的全新天宝主板，更高精度，更高可靠性。具有220通道，接收COMPASS(北斗二代)B1、B2信号， GNSS L1 C/A、L2E、L2C、L1/L2/L5全周载波和GLONASS L1 C/A、L1P、L2 C/A、L2P、L1/L2全周载波，广域差分SBAS(MSAS/WAAS/EGNOS)，扩展接收伽利略卫星信号；
• 卓越的差分性能：支持输出CMR,CMR+,RTCM(2.0、2.3、3.0)差分信号，能够实现提供厘米级、亚米级差分定位精度。标配50HZ数据输出，可实现高动态位置信息；
• 坚固可靠的工业品质：采用全金属机身，接口采用国际品质的lemo接头，推拉自锁结构，令插拔操作快速、简易，插拨次数最高可达20，000次，配备9针串口，为您的扩展功能保驾护航；
• 高速可靠的网络性能：具有以太网口，直连网络，用户可以通过网络远程对产品进行升级与管理。

4.2 三维坐标卫星接收天线

SOLD-DQL-OT-1三维坐标卫星接收天线的作用是当卫星从地平线上升起时，能捕获、跟踪卫星，接收放大卫星信号。具有如下特点：

1. 天线部分采用多馈点设计方案，实现相位中心与几何中心的重合，将天线对测量误差的影响降低到最小；
2. 天线单元增益高，方向图波束宽，确保低仰角信号的接收效果，在一些遮挡较严重的场合仍能正常收星；
3. 带有抗多径扼流板，有效降低多径对测量精度的影响；
4. 防水、防紫外线外罩，确保天线能长期在野外工作。

4.3 智能控制器

将三维坐标卫星接收机传输过来的地理坐标值转换成平面坐标系。

型号：SOLD-DQL-CT

外型尺寸：长宽厚163*112*50mm；

供电电压：+5V±5%，平均工作电流170mA；

工作温度：-40℃至80℃；

通讯接口配置：

1路以太网接口，10M/100M自适应；

1路USB 高速主控接口（HOST）；

2路串口；

4.4 工业交换机

SOLD-JKJ-01工业交换机6个10/100BaseT(X) RJ45电口和2个多模SC光口,非网管型即插即用。

4.5 设备清单

参考基站系统	型号	单位	数量
卫星接收机	SOLD-DQL-RTK-01	套	1
卫星接收天线	SOLD-DQL-OT-1	套	1
防雷保护系统	SOLD-DVK220	套	1
电源	MWDR-75-24	套	1
不间断电源	SOLD-DR-UP	套	1
交换机	SOLD-JKJ-01	台	1
基站墩标	SOLD-DB-180	套	1
基站地面机柜	SOLD-JDG-500	台	1
含天线罩	SOLD-DQL-ATQ-1	个	1
流动站子系统	型号	单位	数量
卫星接收机	SOLD-DQL-RTK-01	套	5
卫星接收天线	SOLD-DQL-OT-1含天线罩	套	10
电源	MWDR-75-24	套	5
交换机	SOLD-JKJ-02	台	5
基站地面机柜	SOLD-LCG-300	台	5
地面控制室通讯系统	型号	单位	数量
嵌入式控制器	SOLD-DQL-CT	套	1
交换机	SOLD-JKJ-02	台	1
协议转换模块	SOLD-EthernetIP	个	1
嵌入式控制器软件	SOLD-DQL-CT-SOFT-02	套	1
安装项料		项	1

第5章 售后服务

我公司是专业从事物料搬运设备精确定位和控制的民营高科技企业，我们本着以合作多赢，不给客户找麻烦为宗旨，建立完善的售后服务机制，给客户提供及时全面的一体化服务。实施产品售前、售中、售后技术服务。为用户提供技术咨询、技术资料、方案设计、包装运输、设备点交、安装指导、技术培训、回访服务等，长年优惠供应备品、备件，竭诚满足用户对技术服务的要求。真正将客户未知的，已知的，担心的问题解决于无形。

5.1 四项制度

1. 30分钟内回复制：接到客户电话起30分钟内做出回应。
2. 24小时到场制：需要现场解决问题的我公司售后技术工程师在24小时内到达现场。
3. 终身服务制：对我公司产品实行终身售后服务。
4. 处理结果满意制：以解决客户问题为最终结果，不推诿。

5.2 四项服务

1. 技术咨询服务：对客户所有售前、售中、售后的技术咨询提供24小时热线，做到有帮助。
2. 产品选型服务：对准备选用我公司产品的客户提供详细选型指导，做到准确定型号。
3. 用户培训服务：对使用我公司产品的客户提供现场或网络培训，做到能解决问题。
4. 备件供应服务：对公司产品的后续备品备件提供优质服务，做到有承接，能替代。