CN112577413A - 一种斗轮式堆取料机堆场定位系统及定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种斗轮式堆取料机堆场定位系统及定位方法，所述定位系统包括行走距离检测单元、回转角度检测单元、俯仰角度检测单元、中央控制器和三维显示单元，所述行走距离检测单元、回转角度检测单元、俯仰角度检测单元和三维显示单元分别与中央控制器通讯连接。本发明可最大程度地适应散货堆场复杂恶劣的现场工况，且其管理、使用、保养及维修方便，投入少，性价比高；结合行走距离、回转摆动角度校正装置,可以在预设行走位置及回转0°位置对斗轮式堆取料机位置实时进行校验，可有效提高系统的可靠性，有效防止编码器误测；结合俯仰角度检测系统，可以精确测绘出斗轮式堆取料机的实时三维动态并在驾驶室和中控室内显示。

Description

一种斗轮式堆取料机堆场定位系统及定位方法

技术领域

本发明涉及定位系统技术领域，特别涉及一种斗轮式堆取料机堆场定位系统及定位方法。

背景技术

斗轮式堆取料机是散货码头堆场用于装、卸物料的特种设备，运行时，司机在司机室操机作业,听取堆场中控室的调度，在核定校对好堆场、货种及装船、卸船流程后方可作业。目前斗轮式堆取料机较多采用编码器、定位标签及卫星定位等方式用作堆场定位，其中为推进散货码头实现自动化的无人值守，卫星定位方式被较多的应用。卫星定位系统的组成一般包括：2组机上卫星信号收发装置、堆场位置校正装置、PLC中控器、驾驶室和中控室的显示装置等。但当堆场物料堆高较高时，卫星定位系统的定位信号会衰减，堆场位置校正信号也会受到干扰，从而容易造成定位偏差大或误测等情况，而且，散货码头现场环境恶劣，对卫星定位的使用也具有极大的限制，该定位系统的管、用、养、修费用也较为高昂。

随着自动化、智能化作业模式的快速发展，斗轮式堆取料机无人值守的推进工作已迫在眉睫，这要求需要精度更高、稳定性能更高、更能适应散货码头工况以及维护更加便捷的定位系统来满足对斗轮机自动化的需求。

发明内容

针对以上不足，本发明旨在提供一种可以满足现场复杂工况下的使用要求的斗轮式堆取料机堆场定位系统及定位方法，所述定位系统精度更高、稳定性能更好、使用更加便捷、投入费用更少，能够满足对斗轮式堆取料机堆场无人值守的需求。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种斗轮式堆取料机堆场定位系统，包括行走距离检测单元、回转角度检测单元、俯仰角度检测单元、中央控制器和三维显示单元，所述行走距离检测单元、回转角度检测单元、俯仰角度检测单元和三维显示单元分别与中央控制器通讯连接，行走距离检测单元用于获取斗轮式堆取料机在路轨上行走的脉冲信号并发送给中央控制器；回转角度检测单元用于获取斗轮式堆取料机相对于行进正方向的摆动角度的脉冲信号并发送给中央控制器，中央控制器用于将脉冲信号进行汇总处理，转化为斗轮式堆取料机在堆场中的实时位置，并于三维显示单元上显示。

作为一种优选的技术方案，所述行走距离检测单元包括行走编码器、行走距离校正装置、控制模块，所述行走编码器通过第一固定支架安装在斗轮式堆取料机的尾车行走机构从动轮上，所述控制模块通过数据传输线路接收和采集行走编码器、行走距离校正装置输入的脉冲信号，并与中央控制器通讯连接。

作为一种优选的技术方案，所述行走距离校正装置包括四个分别安装于斗轮式堆取料机大车尾车横梁上的电感式接近开关，其中一个电感式接近开关用于为斗轮式堆取料机门座中心点指定堆场位置的初始长度赋值，另三个电感式接近开关用于为斗轮式堆取料机门座中心点实时距离校正。

所述行走距离校正装置的电感式接近开关的感应金属挡铁安装于斗轮堆取料机地面的皮带输送机的支撑支架上(堆场指定位置)且与电感式接近开关唯一对应，当电感式接近开关在其有效感应量程范围内感应到对应的挡铁，其会向中央处理器发送一个脉冲信号，达到赋值或距离校正的目的。

所述行走距离校正装置中采用的电感式接近开关为方形(扁平型)，其额定电压为Ue＝12-48VDC,额定电流为Ie＝1.5-100mA,有效感应量程为Sn＝40mm(即最大感应距离为40mm)，防护等级达到IP65及以上。

作为一种优选的技术方案，所述第一固定支架包括固定平台、防护罩、耦合器，所述固定平台固定于斗轮式堆取料机行走轮轴承的固定端盖上，所述耦合器与行走编码器连接，固定平台上设有用于安装行走编码器的编码器安装支架，编码器安装支架的中间位置设有横槽，所述横槽可调节行走编码器与耦合器的连接位置，所述防护罩为上、下两片U型壳体，通过固定螺丝安装在固定平台上。

作为一种优选的技术方案，所述回转角度检测单元包括回转编码器、回转摆动角度校正装置、控制模块，所述回转编码器通过第二固定支架安装在斗轮式堆取料机的回转大轴承外齿圈上，所述控制模块通过数据传输线路接收和采集回转编码器、回转摆动角度校正装置输入的脉冲信号，并与中央控制器通讯连接。

所述回转摆动角度校正装置为一个安装于斗轮式堆取料机二级回转平台箱梁底下位于行进正方向中心点直线上(堆取料机悬臂平衡配重架中心点直线下方的箱梁上)的电感式接近开关，该电感式接近开关用于在斗轮式堆取料机大车行进正方向预设回转0°及回转摆动角度校验。

所述回转摆动角度校正装置的电感式接近开关的感应金属挡铁安装于斗轮堆取料机门座箱梁上的一级回转平台上表面的位于行进正方向中心点直线位置上(堆取料机悬臂平衡配重架中心点直线下方的箱梁上)，当电感式接近开关在其有效感应量程范围内感应到挡铁，其会向中央处理器发送一个脉冲信号，达到预设回转0°及回转摆动角度校验的目的。

所述回转摆动角度校正装置中采用的电感式接近开关为圆柱形，其额定电压为Ue＝10-30VDC,额定电流为Ie＝1.5-100mA,有效感应量程为Sn＝15mm(即最大感应距离为15mm)，防护等级达到IP66及以上。

作为一种优选的技术方案，所述第二固定支架包括联接支腿、防护罩、编码器安装平台、编码器安装支架、耦合器、直齿圆柱啮合齿轮，所述防护罩包括两个L型壳体，所述两个L型壳体通过防护罩固定螺丝安装连接，所述编码器安装平台设于防护罩内，通过编码器安装平台固定螺丝固定在联接支腿上，所述编码器安装支架设于编码器安装平台上，所述耦合器与回转编码器连接，所述直齿圆柱啮合齿轮设于耦合器的下方。

作为一种优选的技术方案，所述俯仰角度检测单元包括俯仰编码器，所述俯仰编码器通过第三固定支架安装在斗轮式堆取料机的俯仰钢丝绳卷筒低速轴延长段的小齿轮轴上，并通过数据传输线路与中央控制器连接。

作为一种优选的技术方案，所述第三固定支架包括耦合器、编码器固定座、编码器护罩，所述编码器护罩固定连接于斗轮式堆取料机的俯仰钢丝绳卷筒低速轴延长段的齿轮轴，所述耦合器与俯仰编码器连接，并通过编码器固定座安装在耦合器上。

作为一种优选的技术方案，所述编码器固定座包括编码器固定支腿，所述编码器固定支腿上设有用于固定编码器的编码器固定孔，编码器固定支腿的底部设有编码器支腿固定孔。

本发明还提供如上所述的斗轮式堆取料机堆场定位系统的定位方法，所述定位方法包括如下步骤：

(1)行走距离检测单元的行走编码器跟随斗轮式堆取料机的从动轮转动而输出脉冲信号，所述脉冲信号传输至中央控制器，中央控制器通过数据处理后得到斗轮式堆取料机行走的距离S₁；

(2)随着斗轮式堆取料机的回转和俯仰机构的动作，回转角度检测单元获取左/右回转摆动的角度±θ₀和上仰/下俯摆动的角度±θ₁，从而获得悬臂头部斗轮中心点的位置S₂：

S₂＝[L＊cos(±θ₁)]＊cos(±θ₀)；

上述L为斗轮堆取料机门座中心点至悬臂斗轮中心点的长度；

进而得到斗轮式堆取料机中心点的堆场位置S₃：

S₃＝S₁+S；

上述S为尾车轮行走编码器安装位置中心点至斗轮堆取料机门座中心点的长度；

斗轮式堆取料机头部斗轮落料/取料点的位置S₀：

S₀＝S+S₂。

本发明的有益效果在于：

本发明可最大程度地适应散货堆场复杂恶劣的现场工况，且其管理、使用、保养及维修方便，投入少，性价比高；结合行走距离、回转摆动角度校正装置,可以在预设行走位置及回转0°位置对斗轮式堆取料机位置实时进行校验，可有效提高系统的可靠性，有效防止因编码器损坏、打滑或者编码器与耦合器连接断开或者数据传输线路故障而引起的距离误测；结合俯仰角度检测系统，可以精确测绘出斗轮式堆取料机的实时三维动态并显示出来，满足无人值守模式下的智能化监测和高精度建模。

附图说明

图1是本发明斗轮式堆取料机堆场定位系统的组成示意图；

图2(a)是本发明第一固定支架及第一固定支架上各部件的结构示意图(俯视状态)；

图2(b)是本发明行走编码器固定支座及支座上各部件的结构示意图(正视状态)；

图2(c)是本发明行走编码器固定支座的结构示意图(俯视状态)；

图3(a)是本发明第二固定支架及第二固定支架上各部件的结构示意图(侧视状态)；

图3(b)是本发明L型防护罩壳体的侧视结构示意图；

图4(a)是本发明回转编码器安装支架及支架上各部件的结构示意图(正视状态)；

图5是本发明第三固定支架及第三固定支架上各部件的结构示意图(俯视状态)；

图6是本发明俯仰角度检测单元的编码器固定座的正视图；

图7是本发明斗轮式堆取料机堆场定位系统的工作原理示意图；

图8是本发明行走距离校正装置安装支座各部件的结构示意图(正视图)；

图9是本发明行走距离校正装置的一电感式接近开关挡铁支座结构示意图(正视图)；

图10是本发明回转摆动角度校正装置各部件的结构示意图(正视图)；

图11是本发明回转摆动角度校正装置的电感式接近开关挡铁支座结构示意图(正视图)。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的内容、特点及功效，兹举例以下实施例，并配合附图详细说明如下。需要说明的是，以下实施例是描述性的，不是限定性的，不能由此限定本发明的保护范围。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一特征和第二特征直接接触，或第一特征和第二特征通过中间媒介间接接触。而且第一特征在第二特征“之上”、“上方”、“上面”可以是第一特征在第二特征的正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”、“下面”可以是第一特征在第二特征的正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。

文中所称一个元件与另一个元件“固定”时，它可以直接固定到另一个元件上或者也可以通过媒介元件固定。当一个元件被描述为与另一个元件“连接”时，它可以是直接连接到另一个元件或者通过媒介元件连接。本文所使用的术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶部”、“底部”、“左侧”、“右侧”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

一种斗轮式堆取料机堆场定位系统，如图1所示，包括行走距离检测单元、回转角度检测单元、俯仰角度检测单元、中央控制器(本实施例中央控制器采用PLC中控器)和三维显示单元(包括安装于中控室的三维显示装置和安装于司机室的三维显示装置)，所述行走距离检测单元、回转角度检测单元、俯仰角度检测单元和三维显示单元分别与中央控制器(PLC中控器)通讯连接。行走距离检测单元用于获取斗轮式堆取料机在路轨上行走的脉冲信号并发送给中央控制器；回转角度检测单元用于获取斗轮式堆取料机相对于行进正方向的摆动角度的脉冲信号并发送给中央控制器，中央控制器(PLC控制器)用于将脉冲信号进行汇总处理，转化为斗轮式堆取料机在堆场中的实时位置，并于三维显示单元上显示。

使用时，PLC中控器(中央控制器)通过行走距离检测单元的检测获得斗轮式堆取料机在路轨上行走的脉冲信号，通过回转角度检测单元的检测获得斗轮式堆取料机相对于行进正方向的摆动角度的脉冲信号，通过俯仰角度检测系统的检测获得斗轮式堆取料机相对于水平方向的上仰或下俯角度的脉冲信号，并将脉冲信号进行汇总处理，转化为斗轮式堆取料机在堆场中的实时位置，然后在三维显示系统上显示出来，以此指导司机操作堆料和取料作业，同时可让中控人员以此为依据指导及协调散货码头的装船和卸船作业，从而提高生产的流畅性和作业的效率。

本实施例中，行走距离检测单元包括行走编码器、行走距离校正装置、控制模块，所述行走编码器通过第一固定支架安装在斗轮式堆取料机的尾车行走机构的从动轮上，安装于此位置可降低因主动轮打滑而引起的测量误；所述控制模块通过数据传输线路接收和采集行走编码器、行走距离校正装置输入的脉冲信号，并与中央控制器通讯连接。

数据传输线路包括profibus通讯电缆(采用9.6Kbps－12Mbaud速率的特性阻抗为150Ω的双绞屏蔽电缆，堆取料机一个区段的最大电缆长度小于100米，传输速率可高达12Mbaud)、船用多股传输软电缆，其中profibus通讯电缆传输脉冲信号，可防止信号干扰或衰减；而船用多股传输软电缆用于现场供给行走编码器、行走距离校正装置电源，确保电源的稳定，减少因电源线路破损或老化带来的测量误报。

所述行走距离校正装置包括四个分别安装于斗轮式堆取料机大车尾车横梁上的电感式接近开关，其中一个电感式接近开关用于为斗轮式堆取料机门座中心点指定堆场位置的初始长度赋值，另三个电感式接近开关用于为斗轮式堆取料机门座中心点实时距离校正，采用“3+1”模式，可确保行走距离检测的准确度和精确率，提高系统的可靠性。

如图2(a)所示，所述第一固定支架4包括固定平台41、防护罩42、耦合器43，所述固定平台41固定于斗轮式堆取料机行走轮轴承的固定端盖上，所述耦合器43与行走编码器44连接，固定平台41上设有用于安装行走编码器44的编码器安装支架411，编码器安装支架411的中间位置设有横槽，所述横槽可调节行走编码器44与耦合器43的连接位置，防护罩42为上、下两片U型壳体，通过固定螺丝421安装在固定平台41上，所有固定螺丝421均采用内六角螺丝。

如图2(b)-2(c)，所述行走编码器固定支座45包括编码器固定底板451、编码器固定螺丝孔452以及用于与编码器安装支架411连接的固定螺丝孔453，所述行走编码器固定支座45通过与编码器安装支架411连接的固定螺丝孔453固定，编码器通过编码器固定螺丝孔452固定在编码器固定支座45上。所有固定螺丝均采用内六角螺丝。

第一固定支架4采用全不锈钢制作，具有拆装轻便且耐腐蚀的特点。

行走编码器44为多圈加减绝对值编码器，其输出的脉冲信号为BCD代码，绝对值编码器的最大分辨率为4096圈(0.05度)，采用格雷二进制计数。

绝对值编码器在记忆量程范围内的任何角度和圈数不受其是否上电的影响，绝对位置信息不丢失或失真。

绝对值编码器的防护等级为IP66以上，可以最大程度地适应散货码头复杂恶劣的工作环境，具有制约因素少、检测稳定性好的优势。

如图8所示，所述行走距离校正装置7的安装支座包括联接支腿71、支座底板72、赋值电感式接近开关73、第一校正电感式接近开关74、第二校正电感式接近开关75、第三校正电感式接近开关76、以及用于固定各电感式接近开关的固定螺丝77，所述联接支腿71采用5#槽钢，规格为50mm＊37mm＊4.5mm，其通过焊接固定与斗轮式堆取料机尾车横梁上,支座底板72采用厚度为6mm钢板，规格为500mm＊50mm＊6mm,且其与联接支腿71焊接，四个电感式接近开关均匀分布与支座底板上，所有固定螺丝均采用内六角螺丝。

如图9所示，所述行走距离校正装置的电感式接近开关感应挡铁支座8包括类似S形的支撑座82以及感应挡铁81，所述支撑座82与感应挡铁81焊接，所述感应挡铁81采用厚度为6mm钢板，规格为50mm＊50mm＊6mm，所述感应挡铁支座8共有四个，分别焊接在斗轮堆取料机地面的皮带输送机的支撑支架上与特定的行走距离校正装置的电感式接近开关唯一对应的位置上，不存在相互干涉而导致误测、误报问题。

本实施例中，所述回转角度检测单元包括回转编码器、回转摆动角度校正装置、控制模块，所述回转编码器通过第二固定支架安装在斗轮式堆取料机的回转大轴承外齿圈上，所述控制模块通过数据传输线路接收和采集回转编码器、回转摆动角度校正装置输入的脉冲信号，并与中央控制器通讯连接。

数据传输线路包括profibus通讯电缆(采用9.6Kbps－12Mbaud速率的特性阻抗为150Ω的双绞屏蔽电缆，堆取料机一个区段的最大电缆长度小于100米，传输速率可高达12Mbaud)、船用多股传输软电缆，其中profibus通讯电缆传输脉冲信号，可防止信号干扰或衰减；而船用多股传输软电缆用于现场供给回转编码器、回转摆动角度校正装置电源，确保电源的稳定，减少因电源线路破损或老化带来的测量误报。

PLC中控器接收行走距离校正装置及回转摆动角度校正装置在预设位置的校正输入信号，若实测堆场位置与校正输入信号位置在系统误差允许的范围内，则允许在三维显示单元上显示，以此指导司机及中控调度人员堆、取物料；否则，三维显示单元将会发出预警并用输入校正位置取缔堆取料机在堆场中的实时位置并显示出来，指导司机及中控调度人员及时纠正位置。行走距离校正装置的感应位置设置在斗轮机行走方向的皮带廊道的前、中、后位置。回转摆动角度校正装置安装于回转一级平台上，用于检测校正检验。

如图3(a)-(b)、图4(a)所示，所述第二固定支架5包括联接支腿51、防护罩52、编码器安装平台53、编码器安装支架54、耦合器55、直齿圆柱啮合齿轮56，所述防护罩52包括两个L型壳体，所述两个L型壳体通过防护罩固定螺丝521安装连接，所述编码器安装平台53设于防护罩52内，通过编码器安装平台固定螺丝531固定在联接支腿51上，所述编码器安装支架54设于编码器安装平台53上，所述耦合器55与回转编码器连接，所述直齿圆柱啮合齿轮56设于耦合器55的下方。

如图4(a)所示，所述回转编码器安装支架54包括编码器固定底板541、编码器固定螺丝孔542以及用于与编码器安装平台53连接的固定螺丝孔543，所述安装支架54通过所述固定螺丝孔543与编码器安装平台53连接，编码器通过编码器固定螺丝孔542固定于编码器安装支架54上。所有固定螺丝均采用内六角螺丝。

如图10所示，所述回转摆动角度校正装置9的安装支座包括联接支腿91、支座底板92、回转摆动角度校正电感式接近开关93以及用于固定所述回转摆动角度校正电感式接近开关93的圆柱形电感式接近开关固定螺丝94，所述联接支腿91采用5#槽钢，规格为50mm＊37mm＊4.5mm，焊接在斗轮式堆取料机二级回转平台箱梁底下位于行进正方向中心点的直线上(堆取料机悬臂平衡配重架中心点直线下方的箱梁上),支座底板92采用厚度为6mm钢板，规格为70mm＊50mm＊6mm,且其与联接支腿91焊接。

如图11所示，所述回转摆动角度校正装置的电感式接近开关感应挡铁支座10包括支撑座102及感应挡铁101，所述支撑座102焊接于斗轮堆取料机门座箱梁上的一级回转平台上表面的位于行进正方向中心点的直线位置上(堆取料机悬臂平衡配重架中心点直线下方的箱梁上)，所述感应挡铁101焊接在支撑座102上，且感应挡铁101采用厚度为6mm的钢板，规格为20mm＊20mm＊6mm。

上述回转编码器为多圈加减绝对值编码器，其输出的脉冲信号为BCD代码，绝对值编码器的最大分辨率为4096圈(0.05度)，采用格雷二进制计数。

绝对值编码器在记忆量程范围内的任何角度和圈数不受其是否上电的影响，绝对位置信息不丢失或失真。

绝对值编码器的防护等级为IP66以上，可以最大程度地适应散货码头复杂恶劣的工作环境，具有制约因素少、检测稳定性好的优势。

本实施例中，所述俯仰角度检测单元包括俯仰编码器，所述俯仰编码器通过第三固定支架安装在斗轮式堆取料机的俯仰钢丝绳卷筒低速轴延长段的小齿轮轴上，并通过数据传输线路与中央控制器连接。

数据传输线路包括profibus通讯电缆(采用9.6Kbps－12Mbaud速率的特性阻抗为150Ω的双绞屏蔽电缆，堆取料机一个区段的最大电缆长度小于100米，传输速率可高达12Mbaud)、船用多股传输软电缆，其中profibus通讯电缆传输脉冲信号，可防止信号干扰或衰减；而船用多股传输软电缆用于现场供给俯仰编码器电源，确保电源的稳定，减少因电源线路破损或老化带来的测量误报。

如图5、图6所示，所述第三固定支架6包括耦合器62、编码器固定座63、编码器护罩65，所述编码器护罩65包括两个L形壳体，两壳体之间通过编码器护罩固定孔64连接，编码器护罩65固定连接于斗轮式堆取料机的俯仰钢丝绳卷筒低速轴延长段的齿轮轴61，所述耦合器62与俯仰编码器66连接，并通过编码器固定座63安装在耦合器62上。

所述编码器固定座63包括编码器固定支腿631，所述编码器固定支腿631上设有用于固定俯仰编码器66的编码器固定孔632，编码器固定支腿631的底部还设有编码器支腿固定孔633。

上述俯仰编码器为多圈加减绝对值编码器，其输出的脉冲信号为BCD代码，绝对值编码器的最大分辨率为4096圈(0.05度)，采用格雷二进制计数。

绝对值编码器在记忆量程范围内的任何角度和圈数不受其是否上电的影响，绝对位置信息不丢失或失真。

绝对值编码器的防护等级为IP66以上，可以最大程度地适应散货码头复杂恶劣的工作环境，具有制约因素少、检测稳定性好的优势。

本发明采用绝对值编码器进行实时测距及角度测量，结合第一固定支架、第二固定支架、第三固定支架可有效提高检测的精确度和稳定性，可最大程度地适应散货堆场复杂恶劣的现场工况，且其管理、使用、保养及维修方便，投入少，性价比高；结合行走距离校正装置和回转摆动角度校正装置，可以在预设行走位置及回转0°位置对斗轮式堆取料机的位置实时进行校验，可有效提高系统的可靠性，有效防止因编码器损坏、打滑或者编码器与耦合器连接断开或者数据传输线路故障而引起的距离误测；结合俯仰角度检测单元，可以精确测绘出斗轮式堆取料机的实时三维动态并显示出来，满足其无人值守模式下的智能化监测和高精度建模。

绝对值编码器的工作原理：绝对值编码器可通过耦合器与被测物标直接或间接连接，被测物标的转动带动绝对值编码器转动并输出计量脉冲，每个计量脉冲为编码器读取其光码盘上的光通道刻线获得的一组从2的零次方到2的(n-1)次方的唯一的二进制格雷码，且编码器读取的数值对应的每一个被测物标位置的脉冲都具有唯一性，其只受光电码盘的机械位置决定，依靠内部计数设备来记忆位置，当编码器不动或停电时，其记忆位置不变。编码器分辨率由位数决定，如12位的多圈绝对编码器，360度圆周能读出1¹²个码，角分辨率即为：

多圈绝对值编码器的优势包括：测量范围广，用于长度、角度测量时，余量较大，调试简单；而且分辨率高，完全适用于对速度和位置精度要求都非常高的场合。

绝对值编码器防护等级较高，达到IP66及以上，可满足散货堆场复杂工况下的使用需求；其抗干扰能力强，可提供高质量的反馈脉冲信号；支持多种通信协议，如RS485协议、ModbusRTU协议、SSI/模拟输出等。

电感式接近开关的工作原理：电感式接近开关的正常运行基于电磁感应原理，其主要是由振荡器、开关电路及放大电路组成，振荡器是交变磁场发生器，当金属物标靠近这交变磁场会引起磁场发生变化(振荡衰减或停振)，而放大电路会将这变化放大并加以处理，然后转化为开关信号(脉冲信号)；当金属物标与电感式接近开关的感应面的直线距离在其有效感应范围Sn内，可达到非接触式的检测及触发驱动控制器件的目的。

电感式接近开关的优点有：结构简单、安装方便，内无主动电接点，检测可靠，寿命长；具有很高的灵敏度和分辨率，可满足煤炭、矿砂或粉尘较多的恶劣环境下的检测、控制要求；动态响应快，可便捷实现非接触金属物标测量；防护等级较高，达到IP65及以上，可满足散货堆场复杂工况下的使用需求。

如图7所示，上述的斗轮式堆取料机堆场定位系统的定位方法包括如下步骤：

(1)行走距离检测单元的行走编码器跟随斗轮式堆取料机的从动轮转动而输出脉冲信号，所述脉冲信号传输至可配置PLC中控器(中央控制器)，可配置PLC中控器(中央控制器)通过数据处理后得到斗轮式堆取料机行走的距离S₁；

(2)随着斗轮式堆取料机的回转和俯仰机构的动作，回转角度检测单元获取斗轮式堆取料机左/右回转摆动的角度±θ₀和上仰/下俯摆动的角度±θ₁，从而获得悬臂头部斗轮中心点的位置S₂：

S₂＝[L＊cos(±θ₁)]＊cos(±θ₀)

(其中L为斗轮堆取料机机门座中心点至悬臂斗轮中心点的长度)；

进而得到斗轮式堆取料机中心点的堆场位置S₃：

S₃＝S₁+S；

上述S为尾车轮行走编码器安装位置中心点至斗轮堆取料机门座中心点的长度；

斗轮式堆取料机头部斗轮落料/取料点的位置S₀：

S₀＝S+S₂。

斗轮式堆取料机行进方向的皮带廊道上设置有上述“3+1”模式的行走距离校正置数装置，所使用的接近开关为施耐德公司生产的扁平型电感式接近开关，每当所述电感式接近开关动作，堆取料机行走距离便自动校正或置数，形成冗余的校正体系，多重检验校正，确保实时行走距离的精确率及系统的稳定性、可靠性。每次回转摆动至行进方向中心点时，回转摆动角度校正装置安装于1级回转平台的角度校正电感式接近开关(所使用的接近开关为IFM公司生产的圆柱形电感式接近开关)动作，即时对回转测量角度校正及置数；可配置PLC中控器通过数据传输线路与斗轮式堆取料机的驾驶室三维显示装置进行信息交互，并将堆取料机在堆场中的实时位置建模显示，且可配置PLC中控器还可通过三维显示装置的无线通讯网络将堆取料机的实时位置在中控室内三维显示，以方便中控室工作人员对作业流程进行指导。

本发明的斗轮式堆取料机堆场定位系统充分综合散货煤矿堆场粉尘大、湿度大、作业环境复杂等制约因素，采用了较为简单的多圈绝对值编码器测量定位，以及多重检测校验方式，确保定位系统的稳定性、可靠性以及定位的精确度；三维显示装置可以在司机室及中控室清晰地显示堆取料机在堆场中的实时位置，为司机及中控调度指挥人员提供可靠参考数据，以指导生产，提高生产效率，防止出现“错堆”、“错取”等生产事故。

经实测：在250米的堆场上，本发明的斗轮式堆取料机堆场定位系统的行走测量精度约为200/4096米，即达到厘米级精度，而堆取料机工作的回转角度为-110°至+110°，故其角度测量精度可达到0.05°。

本发明的斗轮式堆取料机堆场定位系统还可进一步结合超声波料位仪、摄像机、环境温度探测传感器等设备实现堆取料机在无人值守下完成堆场料堆及设备三维建模显示工作，实现散货码头自动化、智能化作业，加速推动智能化散货码头建设进程。

以上所述，仅为本发明的较佳的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种斗轮式堆取料机堆场定位系统，其特征在于，包括行走距离检测单元、回转角度检测单元、俯仰角度检测单元、中央控制器和三维显示单元，所述行走距离检测单元、回转角度检测单元、俯仰角度检测单元和三维显示单元分别与中央控制器通讯连接，行走距离检测单元用于获取斗轮式堆取料机在路轨上行走的脉冲信号并发送给中央控制器；回转角度检测单元用于获取斗轮式堆取料机相对于行进正方向的摆动角度的脉冲信号并发送给中央控制器，中央控制器用于将脉冲信号进行汇总处理，转化为斗轮式堆取料机在堆场中的实时位置，并于三维显示单元上显示。

2.根据权利要求1所述的斗轮式堆取料机堆场定位系统，其特征在于，所述行走距离检测单元包括行走编码器、行走距离校正装置、控制模块，所述行走编码器通过第一固定支架安装在斗轮式堆取料机的尾车行走机构从动轮上，所述控制模块通过数据传输线路接收和采集行走编码器、行走距离校正装置输入的脉冲信号，并与中央控制器通讯连接。

3.根据权利要求2所述的斗轮式堆取料机堆场定位系统，其特征在于，所述行走距离校正装置包括四个分别安装于斗轮式堆取料机大车尾车横梁上的电感式接近开关，其中一个电感式接近开关用于为斗轮式堆取料机门座中心点指定堆场位置的初始长度赋值，另三个电感式接近开关用于为斗轮式堆取料机门座中心点实时距离校正。

4.根据权利要求2所述的斗轮式堆取料机堆场定位系统，其特征在于，所述第一固定支架包括固定平台、防护罩、耦合器，所述固定平台固定于斗轮式堆取料机行走轮轴承的固定端盖上，所述耦合器与行走编码器连接，固定平台上设有用于安装行走编码器的编码器安装支架，编码器安装支架的中间位置设有横槽，所述横槽可调节行走编码器与耦合器的连接位置，所述防护罩为上、下两片U型壳体，通过固定螺丝安装在固定平台上。

5.根据权利要求1所述的斗轮式堆取料机堆场定位系统，其特征在于，所述回转角度检测单元包括回转编码器、回转摆动角度校正装置、控制模块，所述回转编码器通过第二固定支架安装在斗轮式堆取料机的回转大轴承外齿圈上，所述控制模块通过数据传输线路接收和采集回转编码器、回转摆动角度校正装置输入的脉冲信号，并与中央控制器通讯连接。

6.根据权利要求5所述的斗轮式堆取料机堆场定位系统，其特征在于，所述第二固定支架包括联接支腿、防护罩、编码器安装平台、编码器安装支架、耦合器、直齿圆柱啮合齿轮，所述防护罩包括两个L型壳体，所述两个L型壳体通过防护罩固定螺丝安装连接，所述编码器安装平台设于防护罩内，通过编码器安装平台固定螺丝固定在联接支腿上，所述编码器安装支架设于编码器安装平台上，所述耦合器与回转编码器连接，所述直齿圆柱啮合齿轮设于耦合器的下方。

7.根据权利要求1所述的斗轮式堆取料机堆场定位系统，其特征在于，所述俯仰角度检测单元包括俯仰编码器，所述俯仰编码器通过第三固定支架安装在斗轮式堆取料机的俯仰钢丝绳卷筒低速轴延长段的小齿轮轴上，并通过数据传输线路与中央控制器连接。

8.根据权利要求7所述的斗轮式堆取料机堆场定位系统,其特征在于,所述第三固定支架包括耦合器、编码器固定座、编码器护罩，所述编码器护罩固定连接于斗轮式堆取料机的俯仰钢丝绳卷筒低速轴延长段的齿轮轴，所述耦合器与俯仰编码器连接，并通过编码器固定座安装在耦合器上。

9.根据权利要求8所述的斗轮式堆取料机堆场定位系统，其特征在于，所述编码器固定座包括编码器固定支腿，所述编码器固定支腿上设有用于固定编码器的编码器固定孔，编码器固定支腿的底部设有编码器支腿固定孔。

10.一种如权利要求1～9任一项所述的斗轮式堆取料机堆场定位系统的定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)行走距离检测单元的行走编码器跟随斗轮式堆取料机的从动轮转动而输出脉冲信号，所述脉冲信号传输至中央控制器，中央控制器通过数据处理后得到斗轮式堆取料机行走的距离S₁；

(2)随着斗轮式堆取料机的回转和俯仰机构的动作，回转角度检测单元获取左/右回转摆动的角度±θ₀和上仰/下俯摆动的角度±θ₁，从而获得悬臂头部斗轮中心点的位置S₂：

S₂＝[L＊cos(±θ₁)]＊cos(±θ₀)；

上述L为斗轮堆取料机机门座中心点至悬臂斗轮中心点的长度；

进而得到斗轮式堆取料机中心点的堆场位置S₃：

S₃＝S₁+S；

上述S为尾车轮行走编码器安装位置中心点至斗轮堆取料机门座中心点的长度；

斗轮式堆取料机头部斗轮落料/取料点的位置S₀：

S₀＝S+S₂。

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