CN1132893C - 焦炉四大车对位联锁控制系统 - Google Patents

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张明华
徐鹏
黄勤学
王纯政
程建平
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Abstract

本发明涉及一种焦炉四大车对位联锁控制系统，焦炉四大机车包括推焦车、拦焦车、熄焦车、装煤车，四大车的对位联锁控制系统由焦炉炉号识别和四大车之间的相互通信两个系统组成。本系统采用全球卫星定位系统(GPS)和车速传感器及电子地图相结合的技术解决焦炉炉号识别的问题，而通过无线局域网来解决GPS的数据链路及四大车之间的通信问题，该项技术可用于焦炉及类似的移动设备的定位控制系统中。

Description

焦炉四大车对位联锁控制系统
本发明属于焦炉生产的控制设备，具体地讲是一种焦炉四大车对位联锁控制系统。
焦炉四大机车包括推焦车、拦焦车、熄焦车、装煤车，四大车的对位联锁控制系统由焦炉炉号识别和四大车之间的相互通信两个系统组成。本发明采用全球卫星定位系统(GPS)和车速传感器及电子地图相结合的技术解决焦炉炉号识别的问题，而通过无线局域网来解决GPS的数据链路及四大车之间的通信问题，该项技术可用于焦炉及类似的移动设备的定位控制系统中。
焦炉四大车对位联锁控制系统(简称CELCS)，由四个子系统构成，它们分别是GPS卫星定位系统、车速传感器补偿系统、电子地图匹配系统、无线扩频系统。
图1是本发明系统框图。
图2是本发明“差分GPS”现有定位系统示意图。
图3是目前“差分GPS”系统中的数据链
图4是本发明采用的数据链及解算方案框图。
图5是本发明车速感器补偿系统框图。
下面结合附图进一步说明本发明。
图1中：推焦车、拦焦车、装煤车、熄焦车的GPS天线及GPS和基站的GPS天线及GPS构成卫星定位系统。虚线框内为无线扩频系统，车速传感器补偿系统及电子地图匹配系统包含在微机系统中，下面分别予以说明：
一、GPS卫星定位系统
全球卫星定位系统(GPS)广泛用于运动及静止物体的定位与导航。该方法是GPS卫星以L1(1.575GHZ)，L2(1.228GHZ)两种频率的无线电波发射其轨道数据和高精度时钟信号，GPS卫星沿轨道运动时其位置相对于地面上的静止点是不断变化的，GPS接收机测量出GPS卫星信号从卫星到接收机需要的时间，根据光速与时间的乘积进而计算出它与各个GPS卫星的距离。确定GPS接收机的空间位置需要求解三个未知量(经度、纬度和高程)，另外GPS接收机内部时钟的误差作为一个时间未知量也需要求解，GPS卫星轨道位置已知的，所以只需要借助4个GPS卫星就可以计算出地球上接收机的四个未知量，从而达到定位的目的。当然，GPS卫星共有24颗，更多的卫星有助于提高解算速度和定位精度。由于GPS信号在传播过程中要穿越电离层及大气层，无线电波在电离层及大气层中的传播速度会变慢，因而造成其视到距离比实际距离变长，这种单台GPS接收机的定位方法叫做单点定位法，只能达到约±100米的精度，这一精度对于许多应用领域是不够的。目前，采用以下方法提高定位精度，先由一个位置坐标精确已知的GPS接收机作为参考点(此接收机称为基站)，通过基站求出信号传播过程中的误差值并送出校正数据，运动中的GPS接收机(此接收机称为移动站)利用接收到的校正数据来校正它所测得的GPS测量数据，这一方法称为差分接收技术。利用这种办法可以达到以厘米级的定位精度，这一精度已可适用于大部分的控制领域。
对于基站中测定的校正数据，目前都是通过无线电广播机构的发射台来发射的，移动站GPS接收机采用相应的无线电接收机来接收。这一发射接收机构在差分接收系统中称为数据链路。
本系统采用无线局域网方式来解决差分接收中数据链的问题。基站和四大机车的计算机组成无线局域网，基站上的GPS接收机将校正数据存到基站微机系统中，各移动站上的微机通过局域网从基站微机中取得校正数据，再送到与移动站相连的GPS接收机中进行差分计算，也可以在移动站微机中直接取得移动站GPS信号和基站校正数据直接进行差分计算，求得移动站的座标。根据座标变换，进而解算出移动站到基站的基线长度，再通过换算确定机车所在位置的炉号，从而完成炉号识别的功能。
图2中移动站上的GPS接收机根据接收到的GPS信号11、21、31、41确定其空间坐标，精度约为±100米，通过建立基站组成差分GPS系统后，由于基站坐标精确已知，固定安装在基站中的GPS接收机根据其收到的GPS信号10、20、30、40以及已知的位置座标不断地计算出位置校正值并按标准数据格式构成校正数据，该数据通过电台实时地传送给移动站的GPS接收机，由移动站测得的瞬时位置座标通过校正数据效正到厘米级的定位精度。基站的效正信号通过无线电台发射。
移动站通过无线电接收机接收基站发射的差分数据，再结合移动站的GPS接收机的信号求得瞬时坐标。
基站上GPS接收机测得校正数据放到与基站相连的计算机中。
移动站上的计算机通过无线局域网从基站微机中取得校正数据，通过以下两种方法进行差分计算。
方法之一：是移动站计算机将从基站微机中取得的校正数据送到移动站的GPS接收机中，通过GPS接收机进行差分，从GPS接收机中输出校正后的测量座标。
方法之二：是移动站计算机一方面从基站微机中取得校正数据，另一方面也从移动站GPS接收机中取得测量信息，在移动站计算机中进行差分求得校正后测量座标。
移动站座标确定后再通过座标转换及基线换算，确定机车所在位置的炉号，完成炉号识别。
二、车速传感器补偿系统
四大机车的作业过程属于“走走停停”的工作方式，首先机车在某一炉号停下，开始推焦作业，作业完成后移动到另一炉号又开始作业，如此反复工作，所以在机车停止走行，开始推焦作业时是处于相对静止的状态，此时通过GPS可精确确定其位置座标，机车开始走行后，通过车速传感器测得机车精确的移动距离，通过推算软件，确定机车是否到达指定的炉号。
车速传感器安装在机车驱动装置的某一传动环节上(具体位置可以在走行轮上，传动轴上或其它可以感知机车移动速度的环节上)，当机车移动时，车速传感器发出相应脉冲，脉冲通过采集板送入计算机中，计算机测定脉冲数量即可知道机车移动的距离，从而为整个对位联锁系统提供实时信息，提高系统精度和实时性，待机车到过确定炉号后，又根据GPS系统来校正其精确座标并进行换算系统的初始化。
三、电子地图匹配系统
由于焦炉是一个固定的实体，各炉号的位置相对不变，通过电子地图显示四大机率动态地理位置，由于炉号位置的座标是精确测定的，所以通过电子地图的匹配，可以提高系统的定位精度和准确性。
四、无线扩频系统
通过高速无线网桥，无线网卡将四大机车微机同基站微机连成一个局域网，一方面完成上述的GPS数据链路，另一方面实现各移动站之间的通信，完成联锁控制的功能

Claims (7)

1、一种焦炉四大车对位联锁控制系统是利用卫星定位系统确定机车工作位置，车速传感器进行动态补偿，电子地图匹配及无线局域网完成数据链路及通讯工作，其特征在于：至少一台基准站，其精确位置座标已知，基站不断接收到GPS信号，并和已知的位置坐标进行计算，求出校正数据。
2、依据权利要求1所述的焦炉四大车对位联锁控制系统，其特征在于：基准站通过局域网同移动站进行数据通讯，解决差分计算中的数据链路问题。
3、依据权利要求1所述的焦炉四大车对位联锁控制系统，其特征在于：设置在机车上的GPS接收机，通过局域网获得基准站有差分信号进行差分处理，有两种办法实现差分计算：
(1)在移动站的GPS接收机中进行差分处理；
(2)在移动站的计算机中进行差分处理。
4、依据权利要求1所述的焦炉四大车对位联锁控制系统，其特征在于：移动机车上安装车速传感器，对GPS接收机进行动态位置的补偿，机车停止走行进行作业时，由GPS确定推算系统的起始值，移动时根据车速传感器进行动态位置的计算来补偿GPS信息。
5、依据权利要求1所述的焦炉四大车对位联锁控制系统，其特征在于：通过GPS接收机和车速传感器共同确定的基线向量换算成焦炉的炉号，从而完成炉号识别的工作。
6、依据权利要求1所述的焦炉四大车对位联锁控制系统，其特征在于：通过电子地图的匹配获得机车的更精确的坐标，同时动态显示所有机车的动态位置。
7、依据权利要求1所述的焦炉四大车对位联锁控制系统，其特征在于：通过局域网方案解决GPS数据链问题及四大车的通信问题。
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