CN110207631A - 大型移动机电设备自动控制的高精度行程测量系统及方法 - Google Patents

大型移动机电设备自动控制的高精度行程测量系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种大型移动机电设备自动控制的高精度行程测量系统及方法，包括设于大型移动机电设备行程机构上的数据测量机构、设于大型移动机电设备上的水平行程、旋转角度测量方式以及设于大型移动机电设备上的倾角传感器。该大型移动机电设备自动控制的高精度测量系统，可适用于如斗轮机等不同类型的大型移动机电设备运动轨迹的精确测量，是基于RFID技术和编码器相结合的轨迹管理系统；RFID技术以识别率可靠、快速、不易损坏与抗干扰强等优势，与编码器高精度的数据获取方式相结合，可有效解决斗轮机运行中各项采集数据在复杂环境中产生的误差，保持企业业务运营数据的精益，实现更高效精确的管理。

Description

大型移动机电设备自动控制的高精度行程测量系统及方法
技术领域
本发明属于大型移动机电设备识址技术领域，具体涉及一种大型移动机电设备自动控制的高精度行程测量系统及方法。
背景技术
大型移动机电设备包括多种机电设备，如斗轮机，而斗轮机又叫斗轮堆取料机，是现代化工业大宗散状物料连续装卸的高效设备，目前已经广泛应用于港口、码头、冶金、水泥、钢铁厂、焦化厂、储煤厂、发电厂等散料(矿石、煤、焦碳、砂石)存储料场的堆取作业，斗轮堆取料机的作业有很强的规律性，易实现自动化，控制方式有手动、半自动和自动等，斗轮堆取料机按结构分臂架型和桥架型两类，具有堆料和取料两种作业方式，堆料由带式输送机运来的散料经尾车卸至臂架上的带式输送机，从臂架前端抛卸至料场，通过整机的运行，臂架的回转、俯仰可使料堆形成梯形断面的整齐形状，取料是通过臂架回转和斗轮旋转连续实现的，物料经卸料板卸至反向运行的臂架带式输送机上，再经机器中心处下面的漏斗卸至料场带式输送机运走，通过整机的运行，臂架的回转、俯仰，可使斗轮将储料堆的物料取尽，此类设备是散状物料(散料)储料场内的专用机械，是在斗轮挖掘机的基础上演变而来的，可与卸车(船)机、带式输送机、装船(车)机组成储料场运输机械化系统，生产能力每小时可达1万多吨。
目前此类设备在堆取料作业时，同一货场内不同种类的颗粒物堆取方式有定点堆取、分层堆取两种模式；主要靠人工判断堆取位置，无法精确获取不同类别颗粒物的具体堆放位置，从而造成物料在堆取时，有较大偏差，为此国内已经有厂家推出了相应的解决方案，基本都是传统单一的检测模式，虽然可以获取斗轮机位置数据，但是依旧存在获取数据误差较大，使用不便等问题，经过分析，误差产生的原因是水平行程数据采集方、校验方式存在缺陷，由于行程数据是通过驱动轮带动编码器旋转，通过编码器获取的旋转圈数、驱动轮直径等参数，计算斗轮机行程位置的方式，由于料场斗轮机行走轨道，经常出现被颗粒物堆积的情况，造成驱动轮打滑，从而产生累计误差，造成数据不准，精度较差。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种结构简单，设计合理的一种大型移动机电设备自动控制的高精度行程测量系统及方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种大型移动机电设备自动控制的高精度行程测量系统，包括设于大型移动机电设备行程机构上的行程数据测量机构、设于大型移动机电设备上的水平转角测量机构以及设于大型移动机电设备上的倾角传感器，所述行程数据测量机构、水平转角测量机构、倾角传感器均与服务器无线连接；
数据测量机构包括设于大型移动机电设备驱动轮上的编码器、设于大型移动机电设备行走轮内侧的工业级地标传感器、设于大型移动机电设备运行轨道内侧的多组RFID标签；
水平转角测量机构包括设于大型移动机电设备上的编码器与工业级地标传感器、设于大型移动机电设备上的多组RFID标签，地标传感器是基于射频识别技术的工业级高速读卡器，读卡器工作频率支持134.2KHZ、125KHZ，兼容EMID、FDX-B两种编码格式标签的读取，读卡器内部集成了射频部分通信协议，用户只需通过RS232/RS485/TCP通信接口接收数据便能完成对标签的读取操作，而无需理解复杂的射频通信协议，读卡器自带Auto-turning自动调谐电路，在不同环境中工作时能自动调节电路参数，使外部环境对读卡距离的影响降到最小，进一步增强了自身的抗干扰能力，具有接收灵敏度高、性能稳定、可靠性强等特点。
作为本发明的进一步优化方案，所述大型移动机电设备以颗粒物装卸设备斗轮机为例，行程数据测量机构设于斗轮机行程机构上，水平转角测量机构设于斗轮机回旋行程上，倾角传感器设于斗轮机大臂与斗轮机体之间，编码器设于斗轮机驱动轮上、工业级地标传感器设于斗轮机行走轮内侧、多组RFID标签设于斗轮机运行轨道内侧，编码器与工业级地标传感器设于斗轮机大臂回旋行程上、多组RFID标签设于斗轮机大臂回旋装置下方。
作为本发明的进一步优化方案，所述安装在斗轮机运行轨道内侧的每相邻两组RFID标签之间的距离相同，所述安装在斗轮机大臂回旋行程下方的每相邻两组RFID标签之间夹角相同，RFID标签采用PPS材质封装，具有防水、防震、防潮、耐高温等优异效果，可直接固定安装于各种恶劣环境。
作为本发明的进一步优化方案，所述安装在斗轮机运行轨道内侧的RFID标签采用打孔灌胶的固定方式。
一种根据上述行程测量系统进行测量校验的方法，包括以下步骤：
步骤S1:运行时工业级地标传感器先获取处于0米原点处的RFID标签ID并传输至服务器中，检测到起点0米(卡号0)，编码器开始计数，通过单片机读取编码器脉冲数，根据驱动轮外径计算得实时运动距离，运动至1米(卡号1)处后，进行整数校验以此类推，倒车时进行反向数据计算，从而完成大跨度、高精度的水平行程数据；
步骤S2:斗轮机驱动轮运转和斗轮机大臂水平转动后，编码器开始计数，并通过单片机读取编码器脉冲数，根据驱动轮行程距离计算公式可得到驱动轮实时运动距离数据和大臂转动角度数据，并将数据传输至服务器中，编码器转换数据传输是实时进行的；
步骤S3:工业级地标传感器随着行走轮或斗轮机大臂移动时，每经过一个固定间距的RFID标签处后，地标传感器传输精准距离数据和角度变化数据至服务器中，服务器根据地标传感器传输的数据对编码器传输的距离数据和角度数据进行校验，读卡器每经过一个RFID标签时进行数据读取，读取后传输至服务器中，并与相对应时间编码器传输的数据进行实时校验，行走轮的行程数据与驱动轮的行程数据相校验，斗轮机大臂上编码器测出的转动角度与读卡器测出的精准转动角度进行对比校验；
步骤S4：通过倾角传感器测得悬臂倾角度数，并通过倾角度数计算斗轮的高度，将斗轮高度数据传输至服务器中，对斗轮运行高度进行数据采集、上传、储存。
作为本方法的进一步优化方案，所述驱动轮行程距离计算公式为：
其中：D为驱动轮外径，N为编码器脉冲数，Nx为行驶中实际测量的脉冲数量。
作为本方法的进一步优化方案，所述利用倾角度数计算斗轮高度的公式为：
Y＝SIN(a)·X+G-L
其中：Y为斗轮下沿距离地面高度，a为悬臂角度，X为悬臂长度，G为悬臂支点高度，L为斗轮半径。
本发明的有益效果在于：本发明基于RFID技术的轨迹管理系统，将改变料场如斗轮机等大型移动机电设备的测距方式与精度，采用在轨道边固定距离，安装RFID标签装置的方式，配合编码器获取的数据，进行数据关联从而获取高精度位置信息；RFID技术以识别率高、快速、不易损坏、抗干扰强等优势，配合高精度编码器采集的数据可有效解决如斗轮机等大型移动机电设备的各项固定运行轨迹数据获取的误差，保持企业业务运营数据的精益，实现更加高效精确的管理。
附图说明
图1是本发明测量校验流程图；
图2是本发明斗轮高度计算原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
实施例1
一种斗轮机数字化料场自动控制的高精度行程测量系统，包括设于斗轮机行程机构上的数据测量机构、设于斗轮机大臂回旋行程上的水平转角测量机构以及设于斗轮机大臂与斗轮机体之间的倾角传感器，所述行程数据测量机构、水平转角测量机构、倾角传感器均与服务器无线连接；行程数据测量机构包括设于斗轮机驱动轮上的编码器、设于斗轮机行走轮内侧的工业级地标传感器、设于斗轮机运行轨道内侧的多组RFID标签；水平转角测量机构包括设于斗轮机大臂回旋行程上的编码器与工业级地标传感器、设于斗轮机大臂回旋轨迹下方的多组RFID标签，所述安装在斗轮机运行轨道内侧的每相邻两组RFID标签之间的距离相同，所述安装在斗轮机大臂回旋轨迹下方的每相邻两组RFID标签之间夹角相同，所述安装在斗轮机运行轨道内侧的RFID标签采用打孔灌胶的固定方式；
如图1所示，行程测量系统进行测量校验的方法，包括以下步骤：
步骤S1:运行时工业级地标传感器先获取处于0米原点处的RFID标签ID并传输至服务器中；
步骤S2:斗轮机驱动轮运转和斗轮机大臂水平转动后，编码器开始计数，并通过单片机读取编码器脉冲数，根据驱动轮行程距离计算公式可得到驱动轮实时运动距离数据和大臂转动角度数据，并将数据传输至服务器中；
步骤S3:工业级地标传感器随着行走轮或斗轮机大臂移动时，每经过一个固定间距的RFID标签处后，当RFID电子标签(超高频)进入地标传感器的电磁波范围内会主动激活，然后RFID电子标签与斗轮机上安装的地标传感器进行通信，当采集RFID标签完成后，通过单片机获取的编码器脉冲数，计算行程，同时判断当RFID电子标签ID号，地标传感器传输精准距离数据和角度变化数据至服务器中，服务器根据地标传感器传输的数据对编码器传输的距离数据和角度数据进行校验，通过软件图形化界面实时显示斗轮机位置；
步骤S4：通过倾角传感器测得悬臂倾角度数，并通过倾角度数计算斗轮的高度，将斗轮高度数据传输至服务器中，对斗轮运行高度进行数据采集、上传、储存；
驱动轮行程距离计算公式为：
其中：D为驱动轮外径，N为编码器脉冲数，Nx为行驶中实际测量的脉冲数量；
如图2所示，所述利用倾角度数计算斗轮高度的公式为：
Y＝SIN(a)·X+G-L
其中：Y为斗轮下沿距离地面高度，a为悬臂角度，X为悬臂长度，G为悬臂支点高度，L为斗轮半径。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种大型移动机电设备自动控制的高精度行程测量系统，其特征在于，包括设于大型移动机电设备行程机构上的行程数据测量机构、设于大型移动机电设备上的水平转角测量机构以及设于大型移动机电设备上的倾角传感器，所述行程数据测量机构、水平转角测量机构、倾角传感器均与服务器无线连接；
数据测量机构包括设于大型移动机电设备驱动轮上的编码器、设于大型移动机电设备行走轮内侧的工业级地标传感器、设于大型移动机电设备运行轨道内侧的多组RFID标签；
水平转角测量机构包括设于大型移动机电设备上的编码器与工业级地标传感器、设于大型移动机电设备上的多组RFID标签。
2.根据权利要求1所述的一种大型移动机电设备的自动控制高精度行程测量系统，其特征在于：所述大型移动机电设备为斗轮机，数据测量机构设于斗轮机行程机构上，水平转角测量机构设于斗轮机大臂上，倾角传感器设于斗轮机大臂与斗轮机体之间，编码器设于斗轮机驱动轮上、工业级地标传感器设于斗轮机行走轮内侧、多组RFID标签设于斗轮机运行轨道内侧，编码器与工业级地标传感器设于斗轮机回旋大臂上、多组RFID标签设于斗轮机回旋大臂环状运行轨迹上。
3.根据权利要求2所述的一种大型移动机电设备的自动控制高精度行程测量系统，其特征在于：所述安装在斗轮机运行轨道内侧的每相邻两组RFID标签之间的距离相同，所述安装在斗轮机大臂下方的每相邻两组RFID标签之间夹角相同。
4.根据权利要求2所述的一种大型移动机电设备的自动控制高精度行程测量系统，其特征在于：所述安装在斗轮机运行轨道内侧的RFID标签采用打孔灌胶的固定方式。
5.根据利用如权利要求2中所述的行程测量系统进行测量校验的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1:运行时工业级地标传感器先获取处于0米原点处的RFID标签ID并传输至服务器中；
步骤S2:斗轮机驱动轮运转和斗轮机大臂水平转动后，编码器开始计数，并通过单片机读取编码器脉冲数，根据驱动轮行程距离计算公式可得到驱动轮实时运动距离数据和大臂转动角度数据，并将数据传输至服务器中；
步骤S3:工业级地标传感器随着行走轮或斗轮机大臂移动时，每经过一个固定间距的RFID标签处后，地标传感器传输精准距离数据和角度变化数据至服务器中，服务器根据地标传感器传输的数据对编码器传输的距离数据和角度数据进行校验；
步骤S4：通过倾角传感器测得悬臂倾角度数，并通过倾角度数计算斗轮的高度，将斗轮高度数据传输至服务器中。
6.根据权利要求5所述的利用所述行程测量系统进行测量校验的方法，其特征在于，所述行程测量校验方法中，驱动轮行程距离计算公式为：
其中：D为驱动轮外径，N为编码器脉冲数，Nx为行驶中实际测量的脉冲数量。
7.根据权利要求5所述的利用所述行程测量系统进行测量校验的方法，所述利用倾角度数计算斗轮高度的公式为：
Y＝SIN(a)·X+G-L
其中：Y为斗轮下沿距离地面高度，a为悬臂角度，X为悬臂长度，G为悬臂支点高度，L为斗轮半径。
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