CN102774752B - 一种应用基于北斗卫星定位系统的龙门起重机自动纠偏系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于北斗卫星定位系统的龙门起重机自动纠偏系统及方法，该系统应用于龙门起重机中，包括处理器、控制器、北斗卫星信号接收板以及至少两个北斗卫星天线；各个所述北斗卫星天线固定安装在所述龙门起重机的主梁上，各个所述北斗卫星天线的信号输出端与所述北斗卫星信号接收板的信号输入端连接；所述北斗卫星信号接收板的信号输出端与所述处理器的信号输入端连接，所述处理器的信号输出端与所述控制器的信号输入端连接。本系统不会受到机械部件磨损、老化等因素的影响，因此，具有使用寿命长的优点。并且，无累计误差，具有测量精度高的优点。

Description

一种应用基于北斗卫星定位系统的龙门起重机自动纠偏系统的方法

技术领域

本发明属于龙门起重机控制技术领域，具体涉及一种基于北斗卫星定位系统的龙门起重机自动纠偏系统及方法。

背景技术

龙门起重机，尤其是大跨度轨道式龙门起重机广泛应用于船厂、码头、钢厂等工业现场，最高载荷可达1600吨，最大跨度超过200米。常见龙门起重机结构通常由走行轮组、龙门架、起重小车、吊具、动力系统和控制系统等部分组成。其中，龙门架是整个龙门起重机的承载机构，也是其他部件安装的基础。龙门架由水平设置的主梁以及分别安装在主梁两端的刚性支腿和柔性支腿组成；在刚性支腿的底端和柔性支腿的底端分别安装走行轮组，走行轮组的车轮在轨道上行走从而带动整个龙门起重机行走。

在实际应用中，由于众多因素的影响，例如走轮直径的偏差和电动机转速偏差等，常常会导致龙门起重机偏斜运行，当偏差过大时，会导致以下故障：(1)发生“啃轨”事故，从而对轨道产生严重的磨损、破坏，而更换轨道成本非常高；(2)严重时，会导致主梁断裂或龙门起重机倒塌等严重事故。

因此，现有技术中，为避免龙门起重机偏斜运行，保障龙门起重机运行的安全性，龙门起重机需要配置自动纠偏系统。目前，龙门起重机采用的自动纠偏系统主要包括两种：(一)在大车两侧主轮上安装编码器；(二)在柔性支腿与主梁结合部安装角度传感器或限位器。

上述自动纠偏系统均是基于机械方式的偏斜测量，对安装精度要求较高，所以具有安装复杂和成本高的缺陷，并且，受机械磨损和老化等影响较大，从而降低了使用寿命。并且，对于编码器方式，由于是通过测量转速和行程间接测量偏斜，存在累计误差，从而降低了测量精度。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种基于北斗卫星定位系统的龙门起重机自动纠偏系统及方法，不会受到机械部件磨损、老化等因素的影响，因此，具有 使用寿命长的优点。并且，无累计误差，具有测量精度高的优点。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种基于北斗卫星定位系统的龙门起重机自动纠偏系统，应用于龙门起重机中，包括处理器、控制器、北斗卫星信号接收板以及至少两个北斗卫星天线；各个所述北斗卫星天线固定安装在所述龙门起重机的主梁上，各个所述北斗卫星天线的信号输出端与所述北斗卫星信号接收板的信号输入端连接；所述北斗卫星信号接收板的信号输出端与所述处理器的信号输入端连接，所述处理器的信号输出端与所述控制器的信号输入端连接。

优选的，各个所述北斗卫星天线均固定安装在所述主梁的上表面。

优选的，所述北斗卫星天线的数量为两个，包括第一北斗卫星天线和第二北斗卫星天线。

优选的，所述第一北斗卫星天线和所述第二北斗卫星天线分别固定安装在所述主梁的两端。

优选的，所述第一北斗卫星天线与所述主梁的接触点为第一测试点，所述第二北斗卫星天线与所述主梁的接触点为第二测试点；所述第一测试点与所述第二测试点之间的连线与所述主梁的轴线之间的夹角为0-90度。

优选的，所述第一测试点与所述第二测试点之间的连线与所述主梁的轴线平行。

优选的，所述控制器具有第一信号输出端与第二信号输出端；所述龙门起重机具有驱动柔性支腿运动的第一驱动电机和驱动刚性支腿运动的第二驱动电机；所述第一信号输出端通过变频器与所述第一驱动电机连接，所述第二信号输出端通过所述变频器与所述第二驱动电机连接。

本发明还提供一种应用上述基于北斗卫星定位系统的龙门起重机自动纠偏系统的方法，包括以下步骤：

S1，将至少两个所述北斗卫星天线固定安装在所述主梁上，所述北斗卫星天线与所述主梁的接触点为测试点；

S2，在所述龙门起重机移动的过程中，各个所述北斗卫星天线接收与其对应的测试点的当前位置信息，并将所述当前位置信息发送给所述北斗卫星信号 接收板；

S3，所述北斗卫星信号接收板接收与各个所述测试点对应的所述当前位置信息，并将接收到的所述当前位置信息发送给所述处理器；

S4，所述处理器基于姿态解算算法分析与各个所述测试点对应的所述当前位置信息，得到各个所述测量基线的当前方位角；其中，所述测量基线为任意两个所述测试点之间的连线；

所述处理器建立三维静止坐标系，通过分析各个所述测试点以及所述主梁的轴线在所述三维静止坐标系的静止位置，得到各个所述测量基线与所述主梁之间的固定夹角；

S5，针对每一条所述测量基线，所述处理器对与所述测量基线对应的所述固定夹角与所述当前方位角进行综合计算，得到与所述测量基线对应的所述主梁的偏斜角度；

S6，所述处理器判断与任意一条所述测量基线对应的所述偏斜角度是否超过规定值，如果判断结果为是，则执行S7；

S7，所述处理器将所述偏斜角度发送给所述控制器，所述控制器生成与所述偏斜角度对应的控制信号；

S8，所述控制器通过发送所述控制信号控制所述龙门起重机的运动状态。

优选的，S5之后、S8之前还包括：

S-1，所述处理器计算得到与各条所述测量基线分别对应的所述主梁的偏斜角度；

S-2，所述处理器将S-1得到的各个所述主梁的偏斜角度求平均值，得到所述主梁的偏斜角度的平均值；

S-3，所述处理器判断所述偏斜角度的平均值是否超过规定值，如果判断结果为是，则执行S-4；

S-4，所述处理器将所述偏斜角度的平均值发送给所述控制器，所述控制器生成与所述偏斜角度的平均值对应的控制信号；然后执行S8。

优选的，S8具体为：

当所述偏斜角度处于预设极小值与预设极大值之间时，所述控制器通过所 述变频器向所述第一驱动电机或所述第二驱动电机发送减速信号，进而调整所述主梁的偏斜度；当所述偏斜角度大于所述预设极大值时，所述控制器向所述第一驱动电机和所述第二驱动电机发送停止运行信号。

本发明的有益效果如下：

本发明提供一种基于北斗卫星定位系统的龙门起重机自动纠偏系统及方法，基于北斗卫星测量龙门起重机主梁的偏斜角度，完全独立于运动部件和控制系统，不会受到机械部件磨损、老化等因素的影响，因此，具有使用寿命长的优点。并且，通过测量主梁与地理南北之间的角度，可直接计算出主梁偏斜角度，无累计误差，具有测量精度高的优点。

附图说明

图1为本发明提供的基于北斗卫星定位系统的龙门起重机自动纠偏系统的一种结构示意图；

图2为本发明提供的基于北斗卫星定位系统的龙门起重机自动纠偏系统的另一种结构示意图；

其中，1---主梁；2---第一北斗卫星天线；3---第二北斗卫星天线；4---左导轨；5---右导轨；6---测量基线。

具体实施方式

以下结合附图对本发明提供的基于北斗卫星定位系统的龙门起重机自动纠偏系统及方法进行详细介绍：

如图1所示，本发明提供的基于北斗卫星定位系统的龙门起重机自动纠偏系统，应用于龙门起重机中，包括处理器、控制器、北斗卫星信号接收板以及至少两个北斗卫星天线；各个所述北斗卫星天线固定安装在所述龙门起重机的主梁上，各个所述北斗卫星天线的信号输出端与所述北斗卫星信号接收板的信号输入端连接；所述北斗卫星信号接收板的信号输出端与所述处理器的信号输入端连接，所述处理器的信号输出端与所述控制器的信号输入端连接。其中，为保证各个北斗卫星天线能够接收到卫星信号，北斗卫星天线需要固定安装在主梁的上表面，并且，北斗卫星天线的一端固定在主梁的上表面，北斗卫星天线的另一端朝向天空设置。

本发明中，北斗卫星天线的数量根据测量精度进行调整，北斗卫星天线设置的数量越多，其测量精度越高。但是，北斗卫星天线的数量至少为2个，才能实现主梁倾斜角度测量的目的，当设置的北斗卫星天线的数量为两个时，这两个北斗卫星天线之间的距离越远，主梁倾斜角度测量的精度越高，因此，当这两个北斗卫星天线分别固定安装在所述主梁的两端时，主梁倾斜角度测量的精度较高。

当采用两个北斗卫星天线时，两个北斗卫星天线的布置方式可以为：第一北斗卫星天线与主梁的接触点为第一测试点，第二北斗卫星天线与主梁的接触点为第二测试点；所述第一测试点与所述第二测试点之间的连线与所述主梁的轴线之间的夹角为0-90度。优选为第一测试点与所述第二测试点之间的连线与所述主梁的轴线平行。

本发明提供的应用上述基于北斗卫星定位系统的龙门起重机自动纠偏系统的方法，包括以下步骤：

S1，将至少两个所述北斗卫星天线固定安装在所述主梁上，所述北斗卫星天线与所述主梁的接触点为测试点；

S2，在所述龙门起重机移动的过程中，各个所述北斗卫星天线接收与其对应的测试点的当前位置信息，并将所述当前位置信息发送给所述北斗卫星信号接收板；

本步骤中，由于龙门起重机在不断的移动，所以，各个北斗卫星天线接收到的与其对应的测试点的当前位置信息也是不断发生变化的。例如：如图2所示，当采用两个北斗卫星天线时，第一北斗卫星天线与主梁的接触点为a，第二北斗卫星天线与主梁的接触点为b，则第一北斗卫星天线接收到的接触点a的位置是不断变化的，同样的，第二北斗卫星天线接收到的接触点b的位置是不断变化的。本发明中，接触点的当前位置信息可以为地理经纬度坐标。

S3，所述北斗卫星信号接收板接收与各个所述测试点对应的所述当前位置信息，并将接收到的所述当前位置信息发送给所述处理器；

本发明中，北斗卫星信号接收板的数量可以为一个也可以为多个。当采用一个北斗卫星信号接收板时，该北斗卫星信号接收板设置有不同的输入接口和 输出接口，各个输入接口分别连接不同的北斗卫星天线。当北斗卫星信号接收板的数量为多个时，例如：可以设置北斗卫星信号接收板的数量与北斗卫星接收天线的数量相同，即：北斗卫星信号接收板与北斗卫星接收天线一一对应，则每一个北斗卫星信号接收板仅接收与其对应的北斗卫星接收天线发送的信号。

S4，所述处理器基于姿态解算算法分析与各个所述测试点对应的所述当前位置信息，得到各个所述测量基线的当前方位角；其中，所述测量基线为任意两个所述测试点之间的连线；

任意两个测试点之间的连线即得到一条测量基线，如图2中的ab即为一条测量基线，通过对一条测量基线上的两个测试点的位置坐标进行分析，即可得到该测量基线的方位角，例如：北偏东5度或北偏西20度等。图2中的θ即为测量基线ab的方位角。当龙门起重机直线运动时，测量基线的当前方位角是固定值；而当龙门起重机偏斜运动时，则测量基线的当前方位角会发生相应的变化。

所述处理器建立三维静止坐标系，通过分析各个所述测试点以及所述主梁的轴线在所述三维静止坐标系的静止位置，得到各个所述测量基线与所述主梁之间的固定夹角；本步骤中，固定夹角为固定值，与龙门起重机是否发生偏斜运动无关。图2中，测量基线ab与主梁轴线重合，固定夹角为0度。

S5，针对每一条所述测量基线，所述处理器对与所述测量基线对应的所述固定夹角与所述当前方位角进行综合计算，得到与所述测量基线对应的所述主梁的偏斜角度；

图2中，由于固定夹角为0度，所以，当前方位角θ即为与测量基线ab对应的主梁的偏斜角度。

S6，所述处理器判断与任意一条所述测量基线对应的所述偏斜角度是否超过规定值，如果判断结果为是，则执行S7；

S7，所述处理器将所述偏斜角度发送给所述控制器，所述控制器生成与所述偏斜角度对应的控制信号；

S8，所述控制器通过发送所述控制信号控制所述龙门起重机的运动状态。

具体的，控制器具有第一信号输出端与第二信号输出端；所述龙门起重机 具有驱动柔性支腿运动的第一驱动电机和驱动刚性支腿运动的第二驱动电机；所述第一信号输出端通过变频器与所述第一驱动电机连接，所述第二信号输出端通过所述变频器与所述第二驱动电机连接。

本步骤中，当所述偏斜角度处于预设极小值与预设极大值之间时，所述控制器通过所述变频器向所述第一驱动电机或所述第二驱动电机发送减速信号，进而调整所述主梁的偏斜度；当所述偏斜角度大于所述预设极大值时，所述控制器向所述第一驱动电机和所述第二驱动电机发送停止运行信号，对龙门起重机进行制动。例如：当偏斜角度处于预设极小值与预设极大值之间时，并且，当龙门起重机朝北运动时，主梁倾斜角度为北偏东135度时，则向驱动左侧支腿运动的驱动电机发出减速信号，实现调整主梁倾斜的目的。而当偏斜角度大于所述预设极大值时，表明主梁倾斜严重，需要立即停机维修。

在上述步骤中，S5-S7为针对任意一条测量基线计算得到的主梁偏斜角度，为提高测量精度，也可以将各条测量基线对应的主梁偏斜角度求平均值。具体的，包括以下步骤：

S-1，所述处理器计算得到与各条所述测量基线分别对应的所述主梁的偏斜角度；

当采用三个以上北斗卫星天线时，会得到多条测量基线，处理器计算得到与各条测量基线分别对应的主梁的偏斜角度；

S-2，所述处理器将S-1得到的各个所述主梁的偏斜角度求平均值，得到所述主梁的偏斜角度的平均值；

S-3，所述处理器判断所述偏斜角度的平均值是否超过规定值，如果判断结果为是，则执行S-4；

S-4，所述处理器将所述偏斜角度的平均值发送给所述控制器，所述控制器生成与所述偏斜角度的平均值对应的控制信号；然后执行S8。

例如：当采用3个北斗卫星天线时，即：北斗卫星天线m、北斗卫星天线n和北斗卫星天线p，其与主梁的接触点分别为m、n和p；则将得到三条测量基线，分别为：测量基线mn、测量基线mp和测量基线np。通过计算，获得与测量基线mn对应的主梁的偏斜角度为α，与测量基线mp对应的主梁的偏斜角度为β，与测 量基线np对应的主梁的偏斜角度为γ；则主梁的偏斜角度的平均值＝(α+β+γ)/3。

本发明提供一种基于北斗卫星定位系统的龙门起重机自动纠偏系统及方法，基于北斗卫星测量龙门起重机主梁的偏斜角度，完全独立于运动部件和控制系统，不会受到机械部件磨损、老化等因素的影响，因此，具有使用寿命长的优点。并且，通过测量主梁与地理南北之间的角度，可直接计算出主梁偏斜角度，无累计误差，具有测量精度高的优点。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种应用基于北斗卫星定位系统的龙门起重机自动纠偏系统的方法，其特征在于，所述基于北斗卫星定位系统的龙门起重机自动纠偏系统，应用于龙门起重机中，包括处理器、控制器、北斗卫星信号接收板以及至少两个北斗卫星天线；各个所述北斗卫星天线固定安装在所述龙门起重机的主梁上，各个所述北斗卫星天线的信号输出端与所述北斗卫星信号接收板的信号输入端连接；所述北斗卫星信号接收板的信号输出端与所述处理器的信号输入端连接，所述处理器的信号输出端与所述控制器的信号输入端连接；其中，各个所述北斗卫星天线均固定安装在所述主梁的上表面；

所述方法包括以下步骤：

S1，将至少两个所述北斗卫星天线固定安装在所述主梁上，所述北斗卫星天线与所述主梁的接触点为测试点；

S2，在所述龙门起重机移动的过程中，各个所述北斗卫星天线接收与其对应的测试点的当前位置信息，并将所述当前位置信息发送给所述北斗卫星信号接收板；

S3，所述北斗卫星信号接收板接收与各个所述测试点对应的所述当前位置信息，并将接收到的所述当前位置信息发送给所述处理器；

S4，所述处理器基于姿态解算算法分析与各个所述测试点对应的所述当前位置信息，得到各个测量基线的当前方位角；其中，所述测量基线为任意两个所述测试点之间的连线；

所述处理器建立三维静止坐标系，通过分析各个所述测试点以及所述主梁的轴线在所述三维静止坐标系的静止位置，得到各个所述测量基线与所述主梁之间的固定夹角；

S5，针对每一条所述测量基线，所述处理器对与所述测量基线对应的所述固定夹角与所述当前方位角进行综合计算，得到与所述测量基线对应的所述主梁的偏斜角度；

S6，所述处理器判断与任意一条所述测量基线对应的所述偏斜角度是否超过规定值，如果判断结果为是，则执行S7；

S7，所述处理器将所述偏斜角度发送给所述控制器，所述控制器生成与所述偏斜角度对应的控制信号；

S8，所述控制器通过发送所述控制信号控制所述龙门起重机的运动状态；

其中，S5之后、S8之前还包括：

S-1，所述处理器计算得到与各条所述测量基线分别对应的所述主梁的偏斜角度；

S-2，所述处理器将S-1得到的各个所述主梁的偏斜角度求平均值，得到所述主梁的偏斜角度的平均值；

S-3，所述处理器判断所述偏斜角度的平均值是否超过规定值，如果判断结果为是，则执行S-4；

S-4，所述处理器将所述偏斜角度的平均值发送给所述控制器，所述控制器生成与所述偏斜角度的平均值对应的控制信号；然后执行S8。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制器具有第一信号输出端与第二信号输出端；所述龙门起重机具有驱动柔性支腿运动的第一驱动电机和驱动刚性支腿运动的第二驱动电机；所述第一信号输出端通过变频器与所述第一驱动电机连接，所述第二信号输出端通过所述变频器与所述第二驱动电机连接。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S8具体为：

当所述偏斜角度处于预设极小值与预设极大值之间时，所述控制器通过所述变频器向所述第一驱动电机或所述第二驱动电机发送减速信号，进而调整所述主梁的偏斜度；当所述偏斜角度大于所述预设极大值时，所述控制器向所述第一驱动电机和所述第二驱动电机发送停止运行信号。