格雷母線定位技術(shù)在解讀

1、格雷母線定位技術(shù)在垃圾抓斗起重機(jī)配置武漢利德測控技術(shù)股份有限公司00 八年十二月自動化系統(tǒng)工程武漢利德測控技術(shù)股份有限公司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)對于整個生活 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，無法及時彌補(bǔ)而影響到垃圾焚燒爐的進(jìn)料，將直接使整個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)的位置識別功 能十分重要，常規(guī)的方法是通過旋

2、轉(zhuǎn)編碼器來識別垛位，通過大量的行程開關(guān)實現(xiàn)操 作區(qū)域防護(hù)、投料點(diǎn)定位，檢修位置識別，由于現(xiàn)場工況太差，行程開關(guān)失效維護(hù)困 難，拖令電纜信號太多不易更換，特別容易產(chǎn)生安全問題，自動化操作運(yùn)行不起來。本方案提出采用格雷母線精確位置檢測技術(shù)，非接觸絕對位置檢測方式工作，實時檢測精度達(dá)5毫米，在多粉塵、高溫、高濕和高腐蝕性氣體環(huán)境中可長期穩(wěn)定工作， 免維護(hù)。對整個料坑進(jìn)行數(shù)字坐標(biāo)化處理，通過觸摸屏點(diǎn)擊抓取和投料的位置，即可 實現(xiàn)自動抓取、自動重復(fù)完成投料和倒垛、自動泊車等工藝操作，并具有實時動態(tài)計 量、抓斗狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷報警功能。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)

3、一般采用橋式起重機(jī)，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)垃圾池中每一個角落完成各項作業(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?、移動和混合，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

4、投放在焚燒爐進(jìn)料斗內(nèi)，且焚燒爐進(jìn)料斗應(yīng)設(shè)在一定 高度上，便于利用垃圾的自重實現(xiàn)適時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)境長期穩(wěn)定運(yùn)行。3格雷母線定位裝置格雷母線位移檢測系統(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 合來進(jìn)行位置檢測，它是一種非常成熟的非接觸絕對位置檢測傳感器，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)

5、生器、地址解碼器。格雷母線類似 一把有刻度的標(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，地址信息可以通過數(shù)傳電 臺或信號電纜進(jìn)行傳輸。一條格雷母線可以供多臺移動設(shè)備使用， 而且長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，理論上無壽命極限。3.1格雷母線位置檢測基本原理格雷母線位置檢測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 耦合來進(jìn)行通信，并在通信的同時檢測到天線箱在格雷母線長度方向上的位置。格雷 母線位置檢測有兩種工作方式：地上檢測方式：地址編碼發(fā)射器安裝在小車上，通過格雷母線接收地址

6、信號, 地址解碼器安裝在固定站上，在地面站完成地址檢測；車上檢測方式：地址編碼發(fā)射器安裝在固定站，通過格雷母線芯線發(fā)射地址 信號，天線箱、地址解碼器安裝在移動電機(jī)車上，電機(jī)車直接檢測到地址。為了保證電機(jī)車運(yùn)行的絕對安全和位置準(zhǔn)確， 本方案選擇格雷母線通訊定位裝置 的精密地上檢測方式，其檢測精度為 5mm 3.2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，無滑脫和磨損等故障；絕對位置檢測：能夠連續(xù)地、高精度地檢測絕對地址，位置檢測精度達(dá)5mm 可以實現(xiàn)移動機(jī)車自動行走和全自動操作；通信適用范圍廣：通過電磁耦合來進(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

7、送，格雷母線能實現(xiàn)通信；不受無管會管制；數(shù)據(jù)通信的載頻為低頻，所產(chǎn)生的電磁場只限于幾米范圍， 輻射比工廠使用高頻無線電通信系統(tǒng)容許的級別低，不需要向無管會申請即可使用；兼容性好：位置檢測和數(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)簡單，占空間小，不影響現(xiàn)場外觀，不改變現(xiàn)場設(shè)備； 抗干擾能力強(qiáng)：使用交叉扭絞結(jié)構(gòu)及相位檢測技術(shù)，天線箱與格雷母線兩者 間隙從30mm到300mn均可正常工作，不受環(huán)境噪音和接收信號電平波動的 影響，能夠在諸如鐵礦石場等惡劣環(huán)境條件中長期可靠的工作； 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，

8、 耐酸、堿腐蝕，防護(hù)等級IP65， 使用壽命長。3.3格雷母線位置檢測裝置基本構(gòu)成格雷母線位置檢測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個部分。其結(jié)構(gòu)見圖1.夭瞬L地址編碼發(fā)生器圖i格雷母線位置檢測裝置框圖.地址編碼發(fā)生器：地址編碼載波信號的發(fā)生和功率放大; 天線箱：天線箱將信號送給格雷母線標(biāo)準(zhǔn)線、交叉線。格雷母線：通過互感耦合檢測地址編碼載波信號；地址檢測單元：完成位置地址信號的解碼，并將解碼后信號傳到PLC單元;3.4格雷母線技術(shù)性能參數(shù)水平位置檢測精度：5mrp水平位置定位精度：w 10mm水平位置測量范圍：大車、小車軌道長度；位置檢測感應(yīng)距離：60mnW感應(yīng)距

9、離w 300 mm發(fā)振頻率：31kHz, 39 kHz , 46 kHz , 62kHz?？筛鶕?jù)現(xiàn)場的情況調(diào)整;等效全向輻射功率（EIRP）: w27dBm工作溫度：-25 C+ 80 C。工作濕度： 95%;工作電源：24VDC,耗電：100VA 系統(tǒng)平均無故障連續(xù)運(yùn)行時間：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)計由兩臺垃圾抓斗起重機(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。每一臺起重機(jī)都有自己獨(dú)立的電氣控 制系統(tǒng)、操作控制臺和HMI顯示面板，根據(jù)用戶的需要可提供手動、半自動、全自動 的操作。由于電控柜不設(shè)在垃圾抓斗起

10、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、模擬量信號需要 PLC處理，整個PLC系統(tǒng)連接圖如圖3所示。觸摸屏上位機(jī)伙車格雷母線定位I J大車左/右根限 '大車主令控制器小車主令控制器起升主令控制器按鈕指示燈稱重儀表PLC系統(tǒng)廠DCS系統(tǒng)大車變頻器小車變頻器起升變頻器；小車格雷母線定位 片安全門限位II小車前后極限 I國冠蒔冠鼠1起升上下極限'起升常用上限 | T起升常用下限|I起升制動礁認(rèn)|1抓斗下限|抓斗打開到位圖3 PLC系統(tǒng)連接框圖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裝置對垃圾抓斗起重機(jī)工作區(qū)域進(jìn)行數(shù)字化，實現(xiàn)垃圾抓斗起 重機(jī)兩車或多

11、車間防撞；操作室防護(hù)；坑壁防護(hù)；廠房周邊防護(hù)；進(jìn)料斗中心位識別; 料坑垛位識別。格雷母線位置檢測裝置通過總線與 PLC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技術(shù)進(jìn)行位置檢測，其整體架構(gòu)見圖4。犬車天線箱栓修臺融摸歷2操作如操作臺2坤大車地址圖4垃圾抓斗起重機(jī)位置檢測框圖大車軌道長度為75m采兩臺垃圾抓斗起重機(jī)共用一條格雷母線， 通過兩種頻率 區(qū)分，1#垃圾抓斗起重機(jī)使用39KHz 2#垃圾抓斗起重機(jī)使用47KHz位置檢測精度 為5mm小車軌道長度為25m每臺垃圾抓斗起重機(jī)小車應(yīng)用一條格雷母線。置檢測精度為5mm采用格雷母線精確位置檢測技術(shù)，對垃圾抓斗起重機(jī)工作區(qū)域進(jìn)行

12、數(shù)字化，這樣 便把吊車下方的矩形空間劃分成若干個小矩形，即坐標(biāo)空間。所以料坑垛位固定坐標(biāo) 保存在PLC中，可以實現(xiàn)垃圾抓斗起重機(jī)自動調(diào)度，達(dá)到全自動操作。將料坑垛位，操作區(qū)域，投料點(diǎn)，檢修臺坐標(biāo)保存在 PLC中。垃圾抓斗起重機(jī)工 作時，對大車、小車的絕對位置動態(tài)實時檢測。并據(jù)此完成垛位識別，實現(xiàn)操作區(qū)域 防護(hù)、投料點(diǎn)定位，檢修位置識別等功能。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，自動實現(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)計如下表:兩種方案外部檢測兀件比較（兩臺2臺起重機(jī)）序號常規(guī)檢測方案格雷母線方案取消的信號取消的電纜1安全

13、門限位4個安全門限位 4 個2小車前后極限4個小車前后極限4個3大車左/右極限2個大車左/右極限2個j4起升上下極限4個起升上下極限4個5起升常用上限2個起升常用上限2個6起升常用下限2個起升常用下限2個7抓斗下限2個抓斗下限2個8抓斗打開到位2個抓斗打開到位2個9起升制動確認(rèn)2個起升制動確認(rèn)2個10起升編碼器2個起升編碼器2 個11控制室左右保護(hù)開關(guān) 4個格雷母線DI輸入點(diǎn)4個固定信號電纜 8芯12大車1號爐中心開關(guān) 1個格雷母線TDI輸入點(diǎn)2個固定信號電纜 2芯13大車2號爐中心開關(guān) 1個格雷母線DI輸入點(diǎn)2個固定信號電纜 2芯14大車3號爐中心開關(guān) 1個格雷母線DI輸入點(diǎn)2個固定信號電纜 2芯15大車4號爐中心開關(guān) 1個格雷母線DI輸入點(diǎn)2個固定信號電纜 2芯16檢修平臺限位開關(guān) 2個格雷母線DI輸入點(diǎn)2個固定信號電纜 4芯17大車常用左限開關(guān)2個格雷母線DI輸入點(diǎn)2個固定信號電纜 4芯18控制室前減速開關(guān)2個格雷母線nDI輸入點(diǎn)2個拖令電纜4芯19控制室前保護(hù)開關(guān)4個格雷母線DI輸入點(diǎn)4個拖令電纜8芯20控制室下保護(hù)開關(guān)2個格雷母線DI輸入點(diǎn)2個拖令電纜4芯21小車中心開關(guān)2個格雷母線1DI輸入點(diǎn)2個拖令電纜4芯22大車