CN110956232A - 一种基于无线射频技术的造船起重机定位系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于无线射频技术的造船起重机定位系统,包括信号发射装置、信号读写装置、编码装置与接线箱,所述信号发射装置为RFID磁钉,信号发射装置沿起重机轨道两旁地面埋设,信号发射装置内设置有集成电路模块,且集成电路模块包括处理单元、存储单元与信息数据发送单元,存储单元内存储有绝对位置信息编码;所述信号读写装置为RFID读写天线,其安装在起重机刚柔腿且贴近起重机轨道处,信号读写装置随起重机大车行走移动。本发明将RFID与传感器结合集成,不仅具有感知识别功能,还有传输和联网功能,将绝对位置信号整合,从下层的数字化设计,上升到网络化管理,实现高效率、高品质、高可靠性、高环境适应性的制造技术。
Description
技术领域
本发明涉及造船起重机定位技术领域,具体为一种基于无线射频技术的造船起重机定位系统。
背景技术
随着新一轮科技革命和产业变革的发展,世界各国都推出了未来科技制造战略计划,我国在《中国制造2025》中明确了智能制造为五大重点实施工程之一。智能制造装备中,特种设备数据是制造的核心,制造过程中包含的大量信息、数据、经验、采集、分析,有律可循并且具备极高的参考价值。
对于大跨度门式起重机,由于两侧行走驱动电机存在负载差异,运行过程中会产生偏斜,当偏斜超过机械结构允许范围,会影响正常使用甚至产生不良后果。因此,通过对运行状态的位置检测,将偏差值手动或自动控制在允许范围内,对于起重机的安全运行起着至关重要的作用。
当前检测方式的局限性:
(1)由于船厂作业条件较为恶劣,周边环境复杂多变,灰尘颗粒、雨水雾气等对传感器信号易产生干扰,直接影响到红外、激光等信号的可靠性,一旦产生干扰会导致报警及指令发送不及时,且难以提前预测此类故障。GPS信号也容易受到周围环境、卫星在空中定点等不可控因素的干扰,因此对于小距离的测量精度不能保证,而起重机对在轨道上运行的精度是有一定要求的。
(2)绝对值编码器的长期使用中,必然会产生累积使用误差,使得测量失去意义。目前通常在起重机刚腿、柔腿侧各装一只感应开关,轨道内侧合适处设置若干磁感应块,用以校验归零,作大车行走校准用。
(3)从定位分布上来看,编码器、传感器等相对认址定位方式只能检测线性数据,而厂区内各大型设备都为不规则分布,做当全局规划时,必须收集整个厂区的设备位置状态,此时需采集的信号数据是整个平面的,编码器无法实现。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于无线射频技术的造船起重机定位系统,以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种基于无线射频技术的造船起重机定位系统,包括信号发射装置、信号读写装置、编码装置与接线箱,所述信号发射装置为RFID磁钉,信号发射装置沿起重机轨道两旁地面埋设,信号发射装置内设置有集成电路模块,且集成电路模块包括处理单元、存储单元与信息数据发送单元,存储单元内存储有绝对位置信息编码;所述信号读写装置为RFID读写天线,其安装在起重机刚柔腿且贴近起重机轨道处,信号读写装置随起重机大车行走移动;所述信号读写装置与编码装置连接,信号读写装置包括相连接的读取模块、处理模块与信息反馈模块,读取模块沿大车行走移动并读取信号发射装置发送的绝对位置编码。
优选的,读取模块将绝对位置编码传输至编码装置并由编码装置进行处理,并由编码装置将处理后的编码数据传输至处理模块。
优选的,处理模块基于编码数据计算信号发射装置在信号读写装置下的确切位置,并以此测量出大车的绝对位置,处理模块将测量出的状态及绝对位置信息传输至信息反馈模块。
优选的,信号发射装置为全密封胶囊状结构,信号发射装置具有由耐腐蚀材料制成的外壳。信号发射装置可适用于各类外部环境,其每一粒直径约23毫米,长度约64毫米,体积小巧便于现场施工安装。由于信号容易受到金属物体的干扰,在安装中不可以紧贴起重机轨道及钢结构,同时应注意避开高压电缆至少1米。
优选的,接线箱具有电源模块与接口模块,且接口模块包括编码器信号接口与通讯接口,且编码装置通过编码器信号接口连接接线箱,信息反馈模块通过通讯接口通讯连接接线箱。
优选的,接线箱通过Profibus总线与起重机控制系统通讯连接,接线箱将测量出的状态及位置信息通过Profibus总线反馈给起重机控制系统。
本发明还提供了上述一种基于无线射频技术的造船起重机定位系统的定位方法,包括如下步骤:
S1:信号读写装置随起重机大车沿轨道行走移动,信号读写装置内的读取模块读取信号发射装置发送的绝对位置编码;
S2:编码装置对绝对位置编码进行处理,并在处理后的编码数据传输至处理模块;
S3:处理模块基于编码数据计算信号发射装置在信号读写装置下的确切位置,并以此测量出大车的绝对位置,处理模块将测量出的状态及绝对位置信息传输至信息反馈模块;
S4:信息反馈模块通过通讯接口将状态及位置信息传输至接线箱,接线箱基于Profibus总线将状态及位置信息反馈至起重机控制系统。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明将RFID与传感器结合集成,不仅具有感知识别功能,还有传输和联网功能。将绝对位置信号整合,从下层的数字化设计,上升到网络化管理,实现高效率、高品质、高可靠性、高环境适应性的制造技术。该系统方案能够对整个厂区的起重机都可以实现绝对认址定位,且发展符合行业的发展方向,推广应用具有广阔前景和一定的应用价值。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为本发明的结构框图。
图中:1、信号发射装置;101、处理单元;102、存储单元;103、信息数据发送单元;2、信号读写装置;21、读取模块;22、处理模块;23、信息反馈模块;3、编码装置;4、接线箱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1-2,本发明提供一种技术方案:一种基于无线射频技术的造船起重机定位系统,包括信号发射装置1、信号读写装置2、编码装置3与接线箱4,所述信号发射装置1为RFID磁钉,信号发射装置1沿起重机轨道两旁地面埋设,信号发射装置1内设置有集成电路模块,且集成电路模块包括处理单元101、存储单元102与信息数据发送单元103,存储单元102内存储有绝对位置信息编码;所述信号读写装置2为RFID读写天线,其安装在起重机刚柔腿且贴近起重机轨道处,信号读写装置2随起重机大车行走移动;所述信号读写装置2与编码装置3连接,信号读写装置2包括相连接的读取模块21、处理模块22与信息反馈模块23,读取模块21沿大车行走移动并读取信号发射装置1发送的绝对位置编码。
在本实施例中,为了便于调试,信号读写装置2最好安装在门腿的中心位置。当受限于安装条件无法安装在门腿正中心时,可根据相对偏移距离,在起重机plc控制系统中预先设定一个或正或负的偏心距离。
在本实施例中,读取模块21将绝对位置编码传输至编码装置并由编码装置3进行处理,并由编码装置3将处理后的编码数据传输至处理模块22。
在本实施例中,处理模块22基于编码数据计算信号发射装置1在信号读写装置2下的确切位置,并以此测量出大车的绝对位置,处理模块22将测量出的状态及绝对位置信息传输至信息反馈模块23。
在本实施例中,信号发射装置1为全密封胶囊状结构,信号发射装置1具有由耐腐蚀材料制成的外壳。信号发射装置1可适用于各类外部环境,其每一粒直径约23毫米,长度约64毫米,体积小巧便于现场施工安装。由于信号容易受到金属物体的干扰,在安装中不可以紧贴起重机轨道及钢结构,同时应注意避开高压电缆至少1米。
在本实施例中,信号发射装置1具体安装形式有三种:
1、当地下钢结构距离地面超过85毫米,可以采用直接埋设法;
2、当地下钢结构距离地面超过50毫米,不足85毫米时,采用蘑菇头附件进行安装,蘑菇头可将磁钉抬高出地面,在承受行人和船厂车辆碾压时,起到保护作用;
3、当不清楚地下情况时,采用挖磁钉坑的方式,预先切割直径230毫米,深度85毫米的安装坑,浇筑混凝土后钻孔埋设。安装坑的目的,是人为的制造出一个适合磁钉安装的最小无干扰环境。
信号发射装置1具体安装根据施工现场实际情况决定,且无论哪一种安装方式,两侧钢结构均必须距离磁钉外缘100毫米以上。
在本实施例中,接线箱4具有电源模块与接口模块,且接口模块包括编码器信号接口与通讯接口,且编码装置3通过编码器信号接口连接接线箱4,信息反馈模块23通过通讯接口通讯连接接线箱4。
在本实施例中,接线箱4通过Profibus总线与起重机控制系统通讯连接,接线箱4将测量出的状态及位置信息通过Profibus总线反馈给起重机控制系统。
本发明还提供了上述一种基于无线射频技术的造船起重机定位系统的定位方法,包括如下步骤:
S1:信号读写装置2随起重机大车沿轨道行走移动,信号读写装置2内的读取模块21读取信号发射装置1发送的绝对位置编码;
S2:编码装置3对绝对位置编码进行处理,并在处理后的编码数据传输至处理模块22;
S3:处理模块22基于编码数据计算信号发射装置1在信号读写装置2下的确切位置,并以此测量出大车的绝对位置,处理模块22将测量出的状态及绝对位置信息传输至信息反馈模块23;
S4:信息反馈模块23通过通讯接口将状态及位置信息传输至接线箱4,接线箱4基于Profibus总线将状态及位置信息反馈至起重机控制系统。
本系统通过profibus与起重机控制系统进行通讯,将状态及位置信息反馈给plc控制系统。一共三个字节,字节0和字节1包含位置信息,字节2显示系统状态。
当大车行走超过编码器最大间隔距离,没有读取到磁钉,则状态字00报红色故障,输出位置数值始终为“-1”,直至大车移动到磁钉上方并读取数据,位置数值重新更新;
当发生等级为黄色的故障,输出位置会继续保持更新。故障消除后,状态字恢复正常;
当编码器所传输的数据值,超出设定的参数区间,状态字01报故障,表示此时编码器出现问题,此时的位置信息精度仅靠扫描磁钉获得。
本系统中的磁钉属于无源器件,不需要供电电源,非常适合船厂应用。其内部集成电路通过RFID信号读写装置发送的电磁波进行驱动,当内部储能达到一定数值,被激活后向读写装置发回预先存储的位置信息数据。读写装置根据磁钉存储单元的数据,计算出目前起重机大车运行的精确位置。
本发明将RFID与传感器结合集成,不仅具有感知识别功能,还有传输和联网功能。将绝对位置信号整合,从下层的数字化设计,上升到网络化管理,实现高效率、高品质、高可靠性、高环境适应性的制造技术。该系统方案的发展符合行业的发展方向,推广应用具有广阔前景和一定的应用价值。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种基于无线射频技术的造船起重机定位系统,其特征在于,包括信号发射装置(1)、信号读写装置(2)、编码装置(3)与接线箱(4),所述信号发射装置(1)为RFID磁钉,信号发射装置(1)沿起重机轨道两旁地面埋设,信号发射装置(1)内设置有集成电路模块,且集成电路模块包括处理单元(101)、存储单元(102)与信息数据发送单元(103),存储单元(102)内存储有绝对位置信息编码;所述信号读写装置(2)为RFID读写天线,其安装在起重机刚柔腿且贴近起重机轨道处,信号读写装置(2)随起重机大车行走移动;所述信号读写装置(2)与编码装置(3)连接,信号读写装置(2)包括相连接的读取模块(21)、处理模块(22)与信息反馈模块(23),读取模块(21)沿大车行走移动并读取信号发射装置(1)发送的绝对位置编码。
2.根据权利要求1所述的一种基于无线射频技术的造船起重机定位系统,其特征在于,所述读取模块(21)将绝对位置编码传输至编码装置并由编码装置(3)进行处理,并由编码装置(3)将处理后的编码数据传输至处理模块(22)。
3.根据权利要求2所述的一种基于无线射频技术的造船起重机定位系统,其特征在于,所述处理模块(22)基于编码数据计算信号发射装置(1)在信号读写装置(2)下的确切位置,并以此测量出大车的绝对位置,处理模块(22)将测量出的状态及绝对位置信息传输至信息反馈模块(23)。
4.根据权利要求1所述的一种基于无线射频技术的造船起重机定位系统,其特征在于,所述信号发射装置(1)为全密封胶囊状结构,信号发射装置(1)具有由耐腐蚀材料制成的外壳。
5.根据权利要求1所述的一种基于无线射频技术的造船起重机定位系统,其特征在于,所述接线箱(4)具有电源模块与接口模块,且接口模块包括编码器信号接口与通讯接口,且编码装置(3)通过编码器信号接口连接接线箱(4),信息反馈模块(23)通过通讯接口通讯连接接线箱(4)。
6.根据权利要求5所述的一种基于无线射频技术的造船起重机定位系统,其特征在于,所述接线箱(4)通过Profibus总线与起重机控制系统通讯连接,接线箱(4)将测量出的状态及位置信息通过Profibus总线反馈给起重机控制系统。
7.根据权利要求1-6任一所述的一种基于无线射频技术的造船起重机定位系统的定位方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1:信号读写装置(2)随起重机大车沿轨道行走移动,信号读写装置(2)内的读取模块(21)读取信号发射装置(1)发送的绝对位置编码;
S2:编码装置(3)对绝对位置编码进行处理,并在处理后的编码数据传输至处理模块(22);
S3:处理模块(22)基于编码数据计算信号发射装置(1)在信号读写装置(2)下的确切位置,并以此测量出大车的绝对位置,处理模块(22)将测量出的状态及绝对位置信息传输至信息反馈模块(23);
S4:信息反馈模块(23)通过通讯接口将状态及位置信息传输至接线箱(4),接线箱(4)基于Profibus总线将状态及位置信息反馈至起重机控制系统。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20200403 |