CN205793389U - 燃煤火力发电厂数字化煤场uwb无线电定位系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种燃煤火力发电厂数字化煤场UWB无线电定位系统，用于定位煤场中的堆取料机、推煤机、运煤车辆或工作人员的位置，包括设置于煤场四周的固定基站、移动标签和定位系统服务器，固定基站、移动标签和定位系统服务器通过通信网络连接；移动标签用于发出UWB信号；固定基站用于接收UWB信号并将UWB信号传输到定位系统服务器，定位系统服务器用于判定移动标签的位置；本实用新型的定位系统具备极强的抗干扰能力，具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、低截获能力、系统复杂度低、能提供数厘米级的定位精度等优点。

Description

燃煤火力发电厂数字化煤场UWB无线电定位系统

技术领域

本实用新型涉及一种燃煤火力发电厂数字化煤场无线电定位系统，尤其涉及一种采用UWB技术的燃煤火力发电厂数字化煤场无线电定位系统。

背景技术

目前，国内燃煤火力发电厂来煤情况复杂，运输方式多样，锅炉基本上采用优、劣煤混配掺烧的方式，以达到降低火力发电成本的目的。由于煤场管理技术水平有限，不同品质的燃煤堆放混乱，因此无法准确知晓各煤种的精确堆放位置、堆放时间、库存量及品质信息，从而直接影响锅炉配煤掺烧、资产核算和效益分析的准确性。堆取料机是输煤系统中取煤和堆煤的重要设备之一，堆取料机定位的准确性是数字化煤场管理系统的关键环节。

传统堆取料机普遍采用编码器定位方式，个别电厂也采用GPS定位方式，但是这些定位方式都存在问题。编码器定位是通过在台堆取料机的行程、旋转、俯仰机构上分别安装相应编码器，实现堆取料机主机位置、大臂旋转角度、大臂俯仰角度的定位，其主要缺点为：1）编码器在室外环境下长距离使用时，存在较大的累计误差，定位精度差；2）安装现场电磁环境复杂，易发生信号干扰。GPS定位方式是通过接收GPS卫星信号实现定位，其主要缺点为：1）某些电厂建设位置偏僻，存在无信号或弱信号的情况，同时信号受天气影响比较大，无法保证定位精度；2）随着环保要求进一步提高，新建电厂要求同步建设干煤棚，现有电厂要求对煤场进行干煤棚改造，而GPS定位无法在有煤棚的煤场中使用。

针对目前堆取料机定位存在的缺点，有必要选用更准确及可靠的定位方式来实现堆取料机的高精度定位。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有技术中存在的问题，提供一种采用UWB无线电定位技术的定位系统，能有效提高定位精度。

本实用新型为解决上述技术问题所提出的技术方案为：一种燃煤火力发电厂数字化煤场UWB无线电定位系统，用于定位煤场中的堆取料机、推煤机、运煤车辆或工作人员的位置，包括设置于煤场四周的固定基站、移动标签和定位系统服务器；所述固定基站、移动标签和定位系统服务器通过通信网络连接；所述移动标签安装在堆取料机、推煤机、运煤车辆上或由工作人员携带，用于发出UWB信号；所述固定基站用于接收UWB信号并将UWB信号传输到定位系统服务器；所述定位系统服务器用于处理UWB信号，判定移动标签的位置。

对上述技术方案的进一步改进为：所述固定基站至少设有三个。

对上述技术方案的进一步改进为：还包括同步控制器，该同步控制器分别与各固定基站和定位系统服务器连接，用于向固定基站发送同步控制命令，并协调定位时序，汇集固定基站定位数据传输到定位系统服务器；所述固定基站通过单模光纤与同步控制器连接，所述同步控制器通过单模光纤与定位系统服务器连接。

对上述技术方案的进一步改进为：还包括远程监控上位机，所述远程监控上位机通过以太网与定位系统服务器连接，远程监控上位机可将定位信息通过二维图模拟显示。

上述技术方案中移动标签可安装在堆取料机、推煤机和运煤车辆上，或者可固定于工作人员身上，也可由工作人员手持，这样就可以定位在煤场内的设备和人员的位置信息，并将定位信息通过二维图模拟显示，做到对设备和人员的实时监控。

本实用新型技术方案的技术效果为：

采用UWB无线电定位技术，对煤场的堆取料机、推煤机、运煤车辆、工作人员等位置的定位精度可达到5～10cm，且不易受现场环境影响，具备极强的抗干扰能力，具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、低截获能力、系统复杂度低等优点；同时通过远程监控上位机将设备和人员的定位信息通过二维图模拟显示，可远程实时监控。

附图说明

图1为实施例1中固定基站、移动标签布置示意图；

图2为实施例2固定基站、移动标签布置示意图；

图3为TDOA算示意图；

图4为本实用新型的网络拓扑图。

图中：1-同步控制器，21-低处固定基站，22-高处固定基站，3-移动标签，4-待定位堆取料机。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例1

本实施例的燃煤火力发电厂数字化煤场UWB无线电定位系统，包括设置于煤场四周的固定基站、移动标签、同步控制器、定位系统服务器和远程监控上位机，移动标签用于发出UWB信号，固定基站用于接收UWB信号并将UWB信号传输到定位系统服务器，固定基站通过单模光纤与同步控制器连接，同步控制器通过单模光纤与定位系统服务器连接；同步控制器用于向固定基站发送同步控制命令，协调定位时序，汇集固定基站定位数据并传输到定位系统服务器，远程监控上位机通过以太网与定位系统服务器连接，远程监控上位机可将定位信息通过二维图模拟显示。

如图1所示，本实施例以条形煤场为例，选用的移动标签3，其UWB信号发送距离为150米，固定基站信号接收范围为120米，移动标签3设置于待定位堆取料机4上。

本实施例中煤场大小为300米（长）×120米（宽），煤堆最大高度约12米，煤场储量为20万吨。为保证待定位堆取料机4定位精度，移动标签3发出的UWB信号需要在任意位置同时被3个或3个以上固定基站所接收，固定基站与移动标签之间的距离不能超过100米。

固定基站均匀分布在煤场周边，共设有12台，其中低处固定基站21设有8台，架设高度应不低于12米；高处固定基站22设有4台，架设应结合堆取料机以及支臂最高上升高度而定，一般不低于16米；同步控制器1用量为1台。固定基站通过U型卡件直接固定在安装支架上，有煤棚的煤场，固定基站安装在煤棚上；有挡煤墙的煤场，安装在挡煤墙上方；对于四周无任何安装支点的煤场，通过立杆的方式安装固定基站。

本实施例为获取待定位堆取料机4的堆取料位置信息和姿态信息，在待定位堆取料机4大臂前端、主体适当位置各安装一个移动标签。

实施例2

如图2所示，本实施例以圆形煤场为例，煤场直径为110米，煤堆最大高度约14米，煤场储量为14万吨，选用的移动标签UWB信号发送距离为150米，固定基站信号接收范围为120米。

本实施例中固定基站用量为5台，其中低处固定基站21设有4台，架设高度应不低于14米；高处固定基站22设有1台，安装于棚顶，高度约为20米；同步控制器1用量为1台。移动标签3安装在待定位堆取料机4的堆料臂、取料臂的前端。

上述各实施例中，为了进一步提高定位精度，定位系统服务器还可以采用TDOA算法来计算移动标签的坐标位置。

上述各实施例中，同步控制器协调整个定位网络，配有光纤口，用于连接固定基站的同步口，每个端口最多可串接10个固定基站，因此一台同步控制器可控制40台固定基站；另外一个预留口是用于连接通用的标准口，将Reader传送来的到达时间差（TDOA）数据包转给定位系统服务器，使固定基站以及定位软件协同工作，使得整个定位网络工作在一个同步状态。

同步控制器用于向全网固定基站发送同步控制命令，协调定位时序；汇集各固定基站定位数据并传输到定位系统服务器；发送定位系统标识信号唤醒入网标签并动态设置标签参数；发送定位控制指令至各工作标签，安排标签定位时序；接收各工作标签传输数据；接收各固定基站传输的数据并发送给定位引擎，供定位引擎计算并移动标签。

TDOA算法原理如图3所示，目标发出的电磁波信号被一组观测站所接收，它们所得到的波达时间的差异。由于有着传播时间相减的过程，不需要被测移动站（Ms）与观测基站（Bs）之间时间同步，仅需要多个观测基站（Bs）之间时间同步。TDOA描述的目标移动站的可能位置（R），是目标到两个观测基站恒定时间差所能形成的双曲线，多组TDOA能够提供多组双曲线的交点，从而定出目标的位置。同样，在实际情况下，交点不会完全重合，这就有了定位算法中的最优估计问题。TDOA由于巧妙设计的求差过程，会抵消其中很大一部分的时间误差和多径效应带来的误差，因而可以大大提高定位的精确度。

如图4所示，固定在煤场四周的固定基站通过光纤网络接入到同步控制器的同步口，同步控制器的另外一个标准RJ45通信口，通过光纤接入到位于机房的定位系统服务器，远程监控上位机通过以太网连接定位系统服务器。

上述各实施例中定位系统服务器上还安装有定位引擎软件，通过该软件可以很方便的对UWB无线高精度定位系统的定位情况映射在煤场模型中的相对位置，将煤场模型以二维地图的形式展示在界面上，该软件系统除了可以高清晰度的动态展示，还可设定系统的相关参数、管理定位系统内的固定基站和移动标签等。

定位引擎软件功能中包括实时定位功能、标签管理功能、固定基站坐标系设置功能以及延时设置功能等。实时定位功能是本软件的核心功能，能够将用户需要实际定位区域平面图的动态定位情况实时的显示在该软件上，从而能够清晰的查看该定位系统的工作情况；标签管理功能主要是对整套定位系统中标签的ID号、名称等进行设置管理；固定基站坐标系设置功能是对系统中的固定基站的实际物理坐标进行设置；固定基站延时设置功能是对固定基站相对于某一个参考位置的固定基站在实际定位过程中的延时进行修正。

上述各实施例中在堆取料机司机室内还安装堆取料指导应用终端，实时获取定位系统服务器的移动标签的定位信息，在应用终端显示屏上显示堆取料机在煤场范围内的空间位置和姿态，直观展现给运行人员进行堆取料操作，提高堆煤和取煤精度。输煤程控室通过网络下发堆取料作业任务，堆取料机驾驶人员接收到任务作业单后进行作业，作业过程通过堆取料机定位系统实时在输煤程控室显示，整个过程在有效的监督下进行，使得堆取料机堆取料作业形成“下达—执行—监督反馈—记录”的完整管控程序。

上述各实施例中还可将移动标签安装于推煤机、运煤车辆或人员上，可实现对进出煤场的设备和人员进行实时定位，通过动画的形式在远程监控上位机上展示，做到进出煤场的设备和人员位置可控，进而确保人员和设备的安全。

上述各实施例对煤场的堆取料机、推煤机、运煤车辆、工作人员的定位精度可达到5～10cm，且不易受现场环境影响，具备极强的抗干扰能力，具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、低截获能力、系统复杂度低等优点；同时通过远程监控上位机将设备和人员的定位信息通过二维图模拟显示，可远程实时监控。

本实用新型的燃煤火力发电厂数字化煤场UWB无线电定位系统不局限于上述各实施例，凡采用等同替换方式得到的技术方案均落在本实用新型要求保护的范围内。

Claims (5)

1.一种燃煤火力发电厂数字化煤场UWB无线电定位系统，用于定位煤场中的堆取料机、推煤机、运煤车辆或工作人员的位置，其特征在于：包括设置于煤场四周的固定基站、移动标签和定位系统服务器；所述固定基站、移动标签和定位系统服务器通过通信网络连接；所述移动标签安装在堆取料机、推煤机、运煤车辆上或由工作人员携带，用于发出UWB信号；所述固定基站用于接收UWB信号并将UWB信号传输到定位系统服务器；所述定位系统服务器用于处理UWB信号，判定移动标签的位置。

2.根据权利要求1所述的燃煤火力发电厂数字化煤场UWB无线电定位系统，其特征在于：所述固定基站至少设有三个。

3.根据权利要求2所述的燃煤火力发电厂数字化煤场UWB无线电定位系统，其特征在于：还包括同步控制器，该同步控制器分别与各固定基站和定位系统服务器连接，用于向固定基站发送同步控制命令，并协调定位时序，汇集固定基站定位数据传输到定位系统服务器。

4.根据权利要求3所述的燃煤火力发电厂数字化煤场UWB无线电定位系统，其特征在于：所述固定基站通过单模光纤与同步控制器连接，所述同步控制器通过单模光纤与定位系统服务器连接。

5.根据权利要求4所述的燃煤火力发电厂数字化煤场UWB无线电定位系统，其特征在于：还包括远程监控上位机，该远程监控上位机通过以太网与定位系统服务器连接。