CN107958278B - 基于rfid的位置检测系统及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于RFID的位置检测系统，位移传感装置安装在被检测装置的行进装置上，被检测装置上安装电子标签探测器，被检测装置行进路线上铺设电子标签，电子标签探测器与位移传感装置传递信息到数据处理模块，数据处理模块传送数据给控制系统。基于RFID的位置检测方法，A.测量电子标签探测器与被测装置的中心点之间的相对位移；B.测量各电子标签相对于位移零点的位移；C.电子标签探测器检测电子标签的位置信息，位移传感装置输出位置信息；D.数据处理模块对数据信息进行整合、分析及计算；E.数据处理模块将消除位置偏差后的准确位置信息反馈给控制系统，控制系统控制检测装置继续前进。本发明即时纠正偏差，确保系统正常工作，保护设备，延长设备寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于RFID的位置检测系统及检测方法，属于位置检测领域。
背景技术
根据中华人民共和国国家标准GB/T3811-2008《起重机设计规范》的10.8.12.1，“跨度大于40m的门式起重机和装卸桥应装有偏斜指示和限制器”。以造船龙门吊为例：造船龙门吊的刚腿、柔腿位置检测。造船龙门吊跨度较大，一般都在100米以上。在龙门吊行走机构上的两个支腿安装了数台驱动装置，驱动龙门吊沿轨道行走。造船龙门吊刚腿和柔腿的行走驱动装置无法完全同步运行，只能以差动速度运行，因此，龙门吊控制系统(PLC)必须根据两腿各自的走行距离，计算出两腿之间偏差，然后调整驱动电机的运转速度，使龙门吊在走行中能够维持安全姿态。这就对刚、柔腿的走行距离检测提出了很高要求，该检测值的准确性直接关系到起重机安全。
目前国内外针对龙门吊位置检测的解决方案还有在设备上安装柔性铰限位装置，原理为测量柔腿与主梁角度变化，优点：安装方便、成本低，但是缺点在于精度低，受温度变化、钢结构形变影响的误差较大。也有在设备上使用纠偏轮和编码器测距，原理为检测钢柔腿相对位移偏差，优点为安装、维护方便，成本低，缺点在于精确度不稳定、存在累计误差；也有在设备上使用齿条测距装置，原理：刚柔腿针对地面基准的绝对位移偏差，优点：精度较高，但是缺点在于对现场整洁度要求高，安装难度极大，成本高。
当前，造船龙门吊多采用刚柔腿上的位移传感装置来进行走行测距，即在刚柔腿上安装位移传感装置，该装置根据绝对值编码器发出的脉冲数量，通过专用装置，换算成距离，并将距离信号送至龙门吊控制系统中。龙门吊控制系统根据检测到的刚柔腿距离信号比较值，作为龙门吊是否可以行走的依据。但是这种检测方法存在一个巨大的问题：自身无法检测和克服累计误差。
另外，以循迹小车为例：采用加速度传感器(多传感器融合-惯导)来做粗略定位的循迹小车定位。这些工厂里面循迹小车的行走也需要精确定位，但是由于速度传感器(多传感器融合-惯导)本身的累积误差无法自我消除，因此单纯依靠此类传感器的话会造成货物不能准确送达或者放置。
针对大跨度门式起重机和寻迹小车等应用场合，在现有技术中有些采用磁块进行检测位置的校正，但是这种装置当磁块被挪动或丢失时不容易被发现，这种装置仍然不能完全实现同步纠偏。如采用多个磁块、传感器及磁块探测器进行位置检测，这种方法虽然增加了定位精确性，但是现实环境中，工业现场的各种金属对这种方法有很强的干扰性，使磁块失去磁性，用这样这种方法就不能进行位置检测。
发明内容
本发明所解决的技术问题是针对现有的位置检测系统及检测方法及设计方法存在的不足，提出一种基于RFID的位置检测系统及检测方法，该检测系统及检测方法精度高，安全可靠，即时纠正偏差，保护设备，延长设备寿命。
本发明采用的技术方案是：基于RFID的位置检测系统的位移传感装置安装在被检测装置的行进装置上，被检测装置上安装有电子标签探测器，被检测装置行进路线上铺设若干个电子标签，电子标签电子标签探测器与位移传感装置同时将被测装置的数据信息传递给数据处理模块，数据处理模块将被测装置的数据信息进行处理后传输给控制系统。
所述的数据处理模块对被检测装置的数据信息进行基于电子标签的绝对位置来纠正位移传感装置的累计误差的处理；电子标签缺失、重复、移位的容错处理；位移传感装置的数据异常、损坏等容错处理。
所述的电子标签具有唯一的位置信息和身份ID编码。
所述的位移传感装置为编码器或加速度传感器。
所述的RFID的英文表述为Radio Frequency Identification，又称无线射频识别。其所使用的电子标签可以是为IC卡、ID卡等；可以是有源电子标签、无源电子标签或半有源电子标签；使用频率可以是10kHz～5.8GHz。
所述的电子标签铺设在地面或者布置在被检测装置行进路线附近的上方空间、侧面空间。
所述的基于RFID的位置检测系统安装于位移传感装置存在累计误差的被检测装置，包括于龙门吊、码头吊、塔吊(门座吊)、桥式起重机、循迹小车等设备或装置。
这种基于RFID的位置检测方法，
A.测量电子标签探测器与被测装置的中心点之间的距离；
B.测量各电子标签相对于位移零点的位移；
C.电子标签探测器检测电子标签的位置信息，位移传感装置输出位移传感装置的位置信息；
D.数据处理模块对电子标签探测器及位移传感装置传输的数据信息进行整合、分析及计算；
E.数据处理模块对电子标签探测器及位移传感装置传输的数据信息计算后，发现位置偏差并将消除位置偏差后的准确位置信息反馈给控制系统，控制系统使用消除偏差后的准确位置信息对被检测装置进行控制。
所述的数据处理模块对被测装置的基于电子标签的准确位置的计算过程如下：
a)数据处理模块读取各电子标签间的物理距离X0；
b)数据处理模块读取电子标签探测器与被测装置中心点之间的距离X1；
c)数据处理模块读取电子标签的位置信息，电子标签探测器与电子标签之间的距离X2；
d)以被测装置的行进方向为正方向，计算被检测装置的准确位置T，矢量计算式为T＝X0+X1+X2。
所述的消除位置偏差包括基于电子标签的绝对位置来纠正位移传感装置的累计误差；电子标签缺失、重复、移位时容错处理；及位移传感装置数据异常、损坏的容错处理。
所述的电子标签探测器读取电子标签位置时，同时读取电子标签探测器相对于电子标签的运动方向、运动速度，并以此计算出精确的位置。
本发明的有益效果如下：
1、精度提高：标定后的地面电子标签位置是固定不变的，基于此获取的待测装置位置/距离属闭环检测，持续保证精度；
2、安全可靠：所有元器件都经过工业现场环境下的实际测试，在各种复杂工况条件下能够正常工作，有优越的抗干扰性；
3、融合性好：装置实时自动生成校正后的位置/距离数据，并编译成原装置使用的信号格式，可不修改原装置通信协议；
4、即时纠正偏差，保护设备，延长设备寿命；
5、无衍生问题：本方案下发生故障时，可以切换回原有定位方案。
本方案运用在龙门吊的纠偏系统上，效果良好：
1.刚柔腿龙门吊行走的测距误差在20MM以内，实现了起重机龙门吊行走精准测距，无须每天进行锚地基线对准及清零操作。
2.完全消除了测距误差导致的柔性铰限位动作。
3.通过运行数据对比运行，协助发现了起重机钢结构型变趋势、不同方向和档位下的走行惯性姿态，并采取了针对性的措施，保护了设备的钢结构不受损害：
附图说明
图1为基于RFID的位置检测系统结构示意图。
图2为基于RFID的位置检测系统应用于龙门吊的结构示意图。
图中标记：1-龙门吊，2-电子标签探测器，3-龙门吊车轮，4-控制系统，5-编码器，6-数据处理模块，7-电子标签，n1-第一电子标签，n2-第二电子标签，n3-第三电子标签，n4-第四电子标签，n5-第五电子标签，O-龙门吊底座中心点，L-行进路线。
具体实施方式
下面结合附图对基于RFID的位置检测系统及检测方法进行进一步说明。
实施例一：如图1、图2，这种基于RFID的位置检测系统，两个编码器5分别安装在龙门吊1的刚腿和柔腿上，龙门吊1的底部安装有电子标签探测器2，龙门吊1的行进路线上的地面上铺设5个电子标签7，第一电子标签n1，第二电子标签n2，第三电子标签n3，第四电子标签n4，第五电子标签n5，电子标签7具有唯一的位置信息和ID编码，即第一电子标签n1至第五电子标签n5的位置确定，且对应的位置信息和ID编码唯一，电子标签探测器2与编码器5同时将龙门吊的数据信息传递给数据处理模块6，数据处理模块6将被测装置的数据信息进行处理后传输给控制系统4。电子标签7采用无源的电子标签，使用频率采用125kHz。
这种基于RFID的位置检测系统对龙门吊位置检测的方法，步骤如下：
A.测量电子标签探测器2与龙门吊底座中心点O之间的相对位移；
B.标定各电子标签7相对于位移零点的位移；
C.电子标签探测器2检测最近的电子标签7的位置信息，编码器5输出编码器5的位置信息，这些位置信息均输出到数据处理模块6；
D.数据处理模块6读取电子标签7的位移X0；
数据处理模块6读取电子标签探测器2与龙门吊底座中心点O之间的相对位移X1；
数据处理模块6读取电子标签7的位置信息，电子标签探测器2与最近的电子标签7之间的相对位移X2；
以龙门吊1的行进方向为正方向，计算龙门吊1的准确位置T，矢量计算式为T＝X0+X1+X2；
E.数据处理模块6对电子标签探测器2及编码器5传输的数据信息计算后，当发现编码器5存在位移误差时，以基于电子标签7的绝对位置来纠正编码器5累计误差。当取得基于电子标签7的绝对位置时，把这个位置作为编码器5的新起始位置，即去除了之前的所有累计误差；当电子标签7缺失、重复、移位等特殊情况时，根据具体工况，可能出现电子标签7缺失的情况，此时需要给出必要的报警信息，龙门吊1定位信息根据上一个电子标签7的位置来给出；并根据具体系统的要求来重新安装电子标签7；当电子标签探测器2停止在电子标签7上方时，电子标签探测器2会多次读到同一个电子标签7的位置，这个不能视为异常；电子标签7也可能由于意外的原因移位，需要根据此前积累的历史数据、编码器数据等综合信息识别该偏移，使系统定位不受该偏移的影响。编码器5数据异常或者由于损坏读不出数据的情况下，也需要识别并报警；并且根据具体系统需求，有时需要给出必要的仅仅基于电子标签7的位置信息，避免系统出现更多的问题；根据具体的容错情况数据处理模块6将消除位置偏差后的准确位置信息反馈给控制系统4，控制系统4使用消除偏差后的准确位置信息对龙门吊1进行控制。
实施例二：这种基于RFID的位置检测系统应用于循迹小车。加速度传感器安装在循迹小车上，循迹小车的底部安装有电子标签探测器2，循迹小车的铺设在地面上的行进路线上铺设多个电子标签7，电子标签7具有唯一的位置信息和ID编码，即第一电子标签n1至第四电子标签n4的位置确定，且对应的位置信息和ID编码唯一，电子标签探测器2与加速度传感器同时将循迹小车的数据信息传递给数据处理模块6，数据处理模块6将被测装置的数据信息进行处理后传输给控制系统4。电子标签7采用ID卡，使用频率采用433MHz。
这种基于RFID的位置检测系统对循迹小车位置检测的方法，步骤如下：
A.测量电子标签探测器2与循迹小车底部中心点之间的相对位移；
B.标定各电子标签7的相对于位移零点的位移；
C.电子标签探测器2检测最近的电子标签7的位置信息，加速度传感器输出加速度传感器的位置信息，这些位置信息均输出到数据处理模块6；
D.数据处理模块6读取各电子标签7位移X0；
数据处理模块6读取电子标签探测器2与循迹小车底部中心点之间的相对位移X1；
数据处理模块6读取第一电子标签n1位置信息，电子标签探测器2与第一电子标签n1之间的相对位移X2；
以循迹小车的行进方向为正方向，计算循迹小车的准确位置T，矢量计算式为T＝X0+X1+X2；
E.数据处理模块6对电子标签探测器2及加速度传感器传输的数据信息计算后，当发现加速度传感器存在位移误差时，以基于电子标签7的绝对位置来纠正加速度传感器累计误差，当取得基于电子标签7的绝对位置时，把这个位置作为加速度传感器的新起始位置，即去除了之前的所有累计误差；当电子标签7缺失、重复、移位等特殊情况时，根据具体工况，可能出现电子标签7缺失的情况，此时需要给出必要的报警信息，循迹小车定位信息根据上一个电子标签7的位置来给出；并根据具体系统的要求来重新安装电子标签7；当电子标签探测器2停止在电子标签7上方时，电子标签探测器2会多次读到同一个电子标签7的位置，这个不能视为异常；电子标签7也可能由于意外的原因移位，需要根据此前积累的历史数据、编码器数据等综合信息识别该偏移，使系统定位不受该偏移的影响。加速度传感器数据异常或者由于损坏读不出数据的情况下，也需要识别并报警；并且根据具体系统需求，有时需要给出必要的仅仅基于电子标签7的位置信息，避免系统出现更多的问题；根据具体的容错情况数据处理模块6将消除位置偏差后的准确位置信息反馈给控制系统4，控制系统4使用消除偏差后的准确位置信息对循迹小车进行控制。
实施例三：这种基于RFID的位置检测系统，两个编码器5分别安装在码头吊的刚腿和柔腿上，码头吊的底部安装有电子标签探测器2，码头吊的铺设在上方空间的行进路线上铺设5个电子标签7，第一电子标签n1，第二电子标签n2，第三电子标签n3，第四电子标签n4，第五电子标签n5，电子标签7具有唯一的位置信息和ID编码，即第一电子标签n1至第五电子标签n5的位置确定，且对应的位置信息和ID编码唯一，电子标签探测器2与编码器5同时将码头吊的数据信息传递给数据处理模块6，数据处理模块6将被测装置的数据信息进行处理后传输给控制系统4。电子标签7采用无源的电子标签，使用频率采用134kHz。
这种基于RFID的位置检测系统对码头吊位置检测的方法，步骤如下：
A.测量电子标签探测器2与码头吊底座中心点O之间的相对位移；
B.标定各电子标签7相对于位移零点的位移；
C.电子标签探测器2检测最近的电子标签7的位置信息，编码器5输出编码器5的位置信息，这些位置信息均输出到数据处理模块6；
D.数据处理模块6读取各电子标签7位移X0；
数据处理模块6读取电子标签探测器2与码头吊底座中心点O之间的相对位移X1；
数据处理模块6读取电子标签7的位置信息，电子标签探测器2与最近的电子标签7之间的相对位移X2；
以码头吊的行进方向为正方向，计算码头吊的准确位置T，矢量计算式为T＝X0+X1+X2；
E.数据处理模块6对电子标签探测器2及编码器5传输的数据信息计算后，当发现编码器5存在位移误差时，以基于电子标签7的绝对位置来纠正编码器5累计误差，当取得基于电子标签7的绝对位置时，把这个位置作为编码器5的新起始位置，即去除了之前的所有累计误差；当电子标签7缺失、重复、移位等特殊情况时，根据具体工况，可能出现电子标签7缺失的情况，此时需要给出必要的报警信息，码头吊定位信息根据上一个电子标签7的位置来给出；并根据具体系统的要求来重新安装电子标签7；当电子标签探测器2停止在电子标签7上方时，电子标签探测器2会多次读到同一个电子标签7的位置，这个不能视为异常；电子标签7也可能由于意外的原因移位，需要根据此前积累的历史数据、编码器数据等综合信息识别该偏移，使系统定位不受该偏移的影响。编码器5数据异常或者由于损坏读不出数据的情况下，也需要识别并报警；并且根据具体系统需求，有时需要给出必要的仅仅基于电子标签7的位置信息，避免系统出现更多的问题；根据具体的容错情况数据处理模块6将消除位置偏差后的准确位置信息反馈给控制系统4，控制系统4使用消除偏差后的准确位置信息对码头吊进行控制。
Claims (5)
1.基于RFID的位置检测系统的检测方法，其特征在于：基于RFID的位置检测系统的位移传感装置安装在被检测装置的行进装置上，被检测装置上安装有电子标签探测器，被检测装置行进路线上铺设若干个电子标签，电子标签探测器与位移传感装置同时将被测装置的数据信息传递给数据处理模块，数据处理模块将被测装置的数据信息进行处理后传输给控制系统；
检测步骤如下：
测量电子标签探测器与被测装置的中心点之间的距离；
测量各电子标签相对于位移零点的位移；
电子标签探测器检测电子标签的位置信息，位移传感装置输出位移传感装置的位置信息；
数据处理模块对电子标签探测器及位移传感装置传输的数据信息进行整合、分析及计算；
数据处理模块对被测装置的基于电子标签的准确位置的计算过程如下：
数据处理模块读取各电子标签的位移X0；
数据处理模块读取电子标签探测器与被测装置中心点之间的相对位移X1；
数据处理模块读取电子标签的位置信息，电子标签探测器与电子标签之间的相对位移X2;
以被测装置的行进方向为正方向，计算被检测装置的准确位置T，矢量计算式为T=X0+X1+X2；
数据处理模块对电子标签探测器及位移传感装置传输的数据信息计算后，发现位移传感装置的位置偏差，并将消除位置偏差后的准确位置信息反馈给控制系统；
数据处理模块对被测装置的数据信息进行基于电子标签的绝对位置来纠正位移传感装置的累计误差的处理；电子标签缺失、重复、移位的容错处理；位移传感装置的数据异常、损坏的容错处理；当发现编码器存在位移误差时，以基于电子标签的绝对位置来纠正编码器累计误差；当电子标签缺失、重复或移位特殊情况时，此时给出报警信息，码头吊定位信息根据上一个电子标签的位置来给出，并重新安装电子标签；当电子标签探测器停止在电子标签上方时，电子标签探测器会多次读到同一个电子标签的位置，这个不视为异常；电子标签由于意外的原因移位，根据综合信息识别偏移，使系统定位不受偏移的影响。
2.根据权利要求1所述的基于RFID的位置检测系统的检测方法，其特征在于：所述的电子标签具有唯一的位置信息和身份ID编码。
3.根据权利要求1所述的基于RFID的位置检测系统的检测方法，其特征在于：所述的位移传感装置为编码器或加速度传感器。
4.根据权利要求1所述的基于RFID的位置检测系统的检测方法，其特征在于：所述的电子标签铺设在地面或者布置在被检测装置行进路线附近的上方空间、侧面空间。
5.根据权利要求1所述的基于RFID的位置检测系统的检测方法，其特征在于：所述的电子标签探测器读取电子标签位置时，根据电子标签探测器相对于电子标签的运动方向、运动速度来判断电子标签探测器与电子标签的相对位移。
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