格雷母线精确定位技术

格雷母线精确定位技术
2010-7-18 7:24:00 来源：作者：
一、格雷母线技术
格雷母线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。

格雷母线由一对基准线（R线）和多对地址线（G线）按格雷码规律编排构成。

地址线每隔一定步长交叉一次，构成格雷码规律编排的感应环线，基准线在整段格雷母线中不交叉。

格雷母线通信定位装置由位置检测单元和数据通信单元组成。

1、格雷母线位置检测单元工作原理
格雷母线位置检测单元包括地址发射单元、天线箱、地址检测单元、格雷母线及安装辅件等部分。

利用最简单的单匝线圈的感应原理,当天线箱线圈中通入交变电流时，在天线箱附近会产生交变磁场。

格雷母线近似处在一个交变的、均匀分布的磁场中,每对格雷母线芯线会产生感应电动势。

发射单元地址信号通过电磁耦合方式传送到格雷母线的感应环线上。

地址检测单元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,永不重复，由此确定移动站在格雷母线长度方向上的位置。

2、格雷母线数据通信单元工作原理
格雷母线数据通信单元包括发信机、天线箱、收信机、感应环线等部分。

在格雷母线中增加两对感应环线用于数据通信，通过电磁耦合在发信机和收信机之间传送信息，信息使用频率键控（FSK）方式调制，使用相干解调，标准通信速率4800bps或9600bps，通信误码率：10-7。

3、格雷母线通信定位装置特点
（1）非接触工作方式：非接触工作方式，无滑脱和磨损等故障;
（2）绝对位置检测：能够连续地、高精度地检测绝对地址，位置检测精度达5毫米，可以实现移动机车自动行走和全自动操作;
（3）通信适用范围广：通过电磁耦合来进行通信,不受环境条件限制，接收灵敏度高。

例如在隧道内空间电磁波便很难传送，格雷母线能实现通信;
（4）不受无管会管制;数据通信的载频为低频，所产生的电磁场只限于几米范围，辐射比工厂使用高频无线电通信系统容许的级别低，不需要向无管会申请即可使用;
（5）兼容性好：位置检测和数据通信可以合用一根格雷母线电缆，施工方便、安装维护简单，占空间小，不影响现场外观，不改变现场设备;
（6）抗干扰能力强：使用交叉扭绞结构及相位检测技术，天线箱与格雷母线两者间隙从30毫米到300毫米均可正常工作，不受环境噪音和接收信号电平波动的影响，能够在诸如铁矿石场等恶劣环境条件中长期可靠的工作;
（7）适用于恶劣的工业环境：安装在室外的格雷母线电缆、天线箱、始端箱、终端箱和段间箱采用非金属材料制作而且采用密封工艺，耐酸、碱腐蚀，防护等级IP54，使用寿命长。

二、格雷母线位移传感器
1、格雷母线位移传感器部件
● 格雷母线电缆：
格雷母线电缆由芯线、模芯和护套构成。

护套使用氯丁橡胶材料，格雷母线电缆长度由25.6米、51.2米、102.4米、204.8米多种规格，多根格雷母线电缆可通过段间箱连接拼接以满足工程需要。

● 地址编码发射器：产生地址载波信号。

内含发振器、功率放大器、阻抗匹配器等，以同频率分时方式分别将地址信号送给格雷母线基准线和地址线。

● 地址编码接收器：完成机车位置检测和数据通信。

内含地址检测单元、通信控制单元等，通过可编程逻辑电路全硬件方式实现地址解析，速度快，可靠性高。

● 天线箱：与格雷母线单匝线圈形成互感，完成地址检测和感应通信。

格雷母线位移传感器有两类天线箱，天线箱1用于地址检测，天线箱2用于感应通信。

● 感应通信单元：内含发信机、收信器等，实现地面站和移动站之间的双向数据传递。

信息使用频率键控（FSK）方式调制，使用相干解调，标准通信速率4800bps或9600bps，通信误码率：10-7。

● 安装辅件：用于现场固定格雷母线电缆
2 典型设备配置
地上检测方式的特点：
①移动站天线箱1为地址信号“发射天线”，固定站格雷母线芯线为地址信号“接收天线”;
②地址编码接收器在地面站，由地面站检测移动站的地址。

车上检测方式的特点：
①固定站格雷母线芯线为地址信号“发射天线”，移动站天线箱1为地址信号“接收天线”;
②地址编码接收器在移动站上，移动站直接得到本机车的地址。

三、格雷母线通信定位装置用于起重机定位控制系统
1、格雷母线起重机通信定位装置构建模块
（1）、起重机走行位置检测：格雷母线电缆安装在起重机轨道旁，地址检测采用车上检测方式，地面站地址发射器通过格雷母线电缆芯线发射地址信号，起重机上的地址编码接收器直接得到本机走行方向的位置;
（2）、起重机小车走行位置检测：格雷母线电缆安装在起重机小车轨道旁，地址检测采用地上检测方式，地址发射器和地址编码接收器都安装在起重机上，起重机直接得到本机起重机小车的位置。

地址检测单元输出与中控PLC系统，可以实现起重机自动走行，自动堆取料。

同时可防止起重机两端掉道，防止起重机发生碰撞等事故。

（3）、起重机感应通信技术：格雷母线电缆中增加两对感应环线用于数据感应通信，地面站感应通信单元直接与远程监控系统计算机相连，车上感应通信单元与起重机上PLC相连,通过感应通信方式实现起重机与地面监控系统计算机的双向通信。

使用频率键控（FSK）方式调制，使用相干解调，标准通信速率4800bps或9600bps，通信误码率<10-7。

位置检测和数据通信可以合用一根格雷母线电缆，施工方便、安装维护简单，占空间小，不影响现场外观，不改变现场设备。

所有实时工况均在一台工业控制计算机屏幕上显示，实现多台起重机的集中监视和控制。

2、格雷母线起重机通信定位装置的主要功能
（1）、实现起重机走行位置检测和起重机小车走行位置检测;
（2）、可以实现起重机自动走行，自动堆取料;
（3）、实现起重机与地面计算机的双向通信;
（4）、本起重机的位置指示，可防止起重机两端掉道;
（5）、其他起重机的位置指示，防止起重机发生碰撞等事故。

3、系统的主要技术指标
（1）、适应速度： 0-200m/min;
（2）、位置检测精度：连续的绝对位置检测，检测精度10mm;
（3）、通信波特率：全双工通信，9600bps;
（4）、通信误码率：<10-7;
（5）、信息调制方式：FSK方式;
（6）、工作温度：-20℃～+70℃。

格雷母线起重机通信定位装置，不仅适用于原料场移动机的控制，而且对于无人操作的往返移
动机械的位置控制，如集装箱堆场吊车，门式起重机，桥式起重机，卸船机，场桥，天车，吊车等有轨机车的自动走行、自动定位、掉道、防碰撞、集中监视和控制等的场合。

该装置可以实现移动机车自动行走和全自动操作;
目前该系统已在武钢工业港铁矿石混匀堆料机安装使用。

使用本系统后，实现了堆取料机自动走行，自动堆料，效果良好。

在堆取料机自动化控制过程中，系统必须对堆取料机所在料端、仓位进行识别。

在多台堆取料机综合堆场和堆取料机无人值守远地操作时，对位置识别的准确性和通信可靠性的要求更高。

目前国内大部分都是采用接近开关和旋转编码器等技术定位，这是一种相对地址定位方式。

由于在露天或工作环境恶劣场所作业时，这种定位方式干扰大、滑差大，明显不适应现代化的物流需求。

通过敷设在堆取料机轨道旁的编码电缆位移传感器实时地测定堆取料机走行地址，地址检测精度为5毫米。

再配以plc控制和无线通信系统，就可以实现堆取料机自动走行，自动堆取料。

同时可防止堆取料机两端掉道，防止堆取料机发生碰撞等事故。

所有实时工况均在一台工业控制计算机屏幕上显示，实现多台堆取料机的集中监视和控制。

目前该系统已在武钢工业港铁矿石混匀堆料机安装使用。

使用本系统后，实现了堆取料机自动走行，自动堆料，效果良好。

该系统也可用于门式起重机，桥式起重机，卸船机，场桥，天车，吊车等有轨机车的自动走行、自动定位、掉道、防碰撞、集中监视和控制等的场合。

四、格雷母线通信定位装置用于列车运行控制系统
1. 列车运行控制系统构成
完整的应用格雷母线通信定位装置构成的列车运行控制系统结构由管理层、操作层、执行层3个层次组成：
应用格雷母线通信定位装置构成的列车运行控制系统采用的是“移动闭塞”技术，利用交叉感应环线完成列车和地面信号设备间的双向数据通信。

地面信号设备可以得到每一列车连续的位置信息，并据此计算出每一列车的运行权限，动态更新发送给列车，列车根据接收到的运行权限和自身的运行状态，计算出列车运行的速度曲线，实现完全防护的列车运行模式。

2. 感应环线提供列车与地面信号设备的通信
感应环线按一定间隔沿轨道铺设（如25m），地面站感应通信单元直接与地面信号设备相连，它记录了速度限制、列车位置、列车速度、发车间隔等信息。

车上感应通信单元与车载设备控制器相连，使用频率键控（FSK）方式调制，使用相干解调，标准通信速率4800bps或9600bps，通信误码率<10-7。

施工方便、安装维护简单，占空间小，不影响现场外观，不改变现场设备。

通过感应通信方式实现列车与地面间的双向通讯，列车在线路中的位置需要列车通过车载里程仪（借助电缆环的交叉点同步）测量后经感应通信送到车站控制设备，车站控制设备再将这一信息转发给后续列车，后续列车知道了前行列车的位置，可根据事先定义的安全行车原则，保持行车间距，实现移动闭塞。

基于感应环线通信的移动闭塞系统，它可以实现列车自动驾驶、定点停车、无人自动折返及按列车时刻表自动运行等功能。

系统的硬件设备简单。

具有列车定位精度更高，安装调试简单，利于扩展，维修工作量小等特点。

3. 格雷母线通信定位装置实现列车站台精确定位
在车站上，格雷母线电缆安装在轨道中间，检测列车在车站的运行地址，具有位置检测精度高、检测速度快、绝对地址可靠，不受外部环境影响等特点。

采用格雷母线通信定位装置，可以帮助调度人员和机车驾驶员掌握移动列车实时精确地址，实现列车站台精确定位，系统检测精度0.25m。

格雷母线电缆中增加两对感应环线用于数据通信，地面站感应通信单元直接与地面信号设备相连, 车上感应通信单元与车载设备控制器相连,通过感应通信方式实现列车与地面站间的双向通讯。

使用频率键控（FSK）方式调制，使用相干解调，标准通信速率4800bps或9600bps，通信误码率<10-7。

位置检测和数据通信可以合用一根格雷母线电缆，施工方便、安装维护简单，占空间小，不影响现场外观，不改变现场设备。

4、系统的主要技术指标
（1）、适应速度： 0-100km/h;
（2）、位置检测精度：连续的绝对位置检测，检测精度0.25m;
（3）、通信波特率：全双工通信，9600bps;
（4）、通信误码率：<10-7;
（5）、信息调制方式：FSK方式;
（6）、工作温度：-20℃～+70℃。

五、格雷母线通信定位装置用于自动化立体仓库系统
1、完整的应用格雷母线通信定位装置构成的自动化立体仓库系统
应用格雷母线通信定位装置构成的自动化立体仓库系统可分成三级，即系统级、管理监控级和设备控制级。

系统级：通过网络系统为更高层的ERP系统提供生产和物流组织状态及物资库存信息，还能够根据ERP系统下达的生产计划和指令对生产和物流的组织进行相应的调整。

管理监控级：用于对自动化立体仓库系统进行调度管理。

采用流行的“客户服务器”方式，服务器用来存储仓库货物的各种信息，操作员以客户机完成出入库管理。

设备控制级：对各种自动化立体仓库设备进行控制。

管理监控级将计算机系统的指令分解、下发给设备控制级，完成对物流系统底层设备的控制，设备控制级将现场物流信息通过管理监控级上报系统级管理。

2、技术特点：
（1）、堆垛机格雷母线定位技术：包括行走方向的地址和提升方向的地址。

堆垛机行走方向的地址检测：格雷母线电缆安装在地面的轨道旁，采用车上检测方式，地面站地址发射器通过格雷母线电缆芯线发射地址信号，堆垛机上的地址编码接收器直接得到本机行走方向的地址;
堆垛机提升方向的地址检测：格雷母线电缆安装在堆垛机立柱上，采用地上检测方式，地址发射器和地址编码接收器都安装在堆垛机上，堆垛机直接得到本机提升方向的地址。

行走方向的地址和提升方向的地址直接输出到堆垛机PLC系统，地址检测精度为5毫米，可以实现堆垛机自动走行，自动堆取货物。

（2）、堆垛机感应通信技术：格雷母线电缆中增加两对感应环线用于数据通信，地面站感应通信单元直接与地上计算机相连, 车上感应通信单元与堆垛机上PLC相连,通过感应通信方式实现堆垛机与地面计算机的双向通讯。

使用频率键控（FSK）方式调制，使用相干解调，标准通信速率4800bps 或9600bps，通信误码率<10-7。

位置检测和数据通信可以合用一根格雷母线电缆，施工方便、安装维护简单，占空间小，不影响现场外观，不改变现场设备。

（3）、堆垛机控制技术：格雷母线定位装置+变频器闭环调速控制。

根据格雷母线定位装置测量反馈的当前速度信号适时调整变频器的输出驱动频率值，从而保证堆垛机能以要求的速度平稳运行;
根据格雷母线定位装置测量反馈当前堆垛机的距离信号及预先设定的控制方案适时调整变频器的输出驱动频率值，使堆垛机先以较高的速度运行到接近目的地址的位置后将速度平稳降到较低的速度下工作，并在目的地址处准确制动停准。

3、系统的主要技术指标
（1）、适应速度： 0-200m/min;
（2）、位置检测精度：连续的绝对位置检测，检测精度5mm;
（3）、通信波特率：全双工通信，9600bps;
（4）、通信误码率：<10-7;
（5）、信息调制方式：FSK方式;
（6）、工作温度：-20℃～+70℃。