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　　目前堆取料机位置检测大多采用的是人眼定位、光电编码器装置（光码盘）、激光位移传感器、行走限位开关、RFID方式。光电编码器装置，整套装置安装在驱动电机前部的一个金属壳体内，由盘状齿轮与定位车齿条啮合，通过驱动轴驱动编码器。盘状齿轮的圆周与定位车驱动小齿轮的圆周相同。编码器由传动齿轮自下而上通过减速机、联轴节驱动，实现定位车的位置检测。这几种检测位置的方式均存在一定缺陷，具体表现如下：

1) 人眼定位受制于眼睛健康状况和精神状态，环境影响比较大，作业时间长；

2) 光电编码器装置在车轮打滑就会形成累计误差, 相对定位的机械接触工作方式；

3) 激光位移传感器在不洁净环境会失去作用，轨道沉降导致车辆走行抖动会使反光板靶位不准，亦会导致位置检测不准；

4) 行走限位开关由于是点定位，对连续性位置检测存在盲区；

5) RFID方式是无线点定位，存在漏读现象, 延时较大；

　　故这几种传感器在检测位置时多数为机械式、灵敏度低、寿命短、故障率高、可靠性低，操作繁锁，而且存在溜放环节(即失控区)，致使半自动操作难以可靠稳定运行。由于堆取料机是较大的设备，其惯性较大，在启动和停止时也是硬性的，所以在工作过程中会产生很大的撞击和震动，噪音污染严重，严重影响其安全性和有关零部件的寿命，易于损坏设备，由此设备精确位置控制显得尤为重要。

1.3 悬臂采用的检测技术

　　通常的悬臂空间位置反馈都是采用行走、旋转、俯仰三个旋转编码器的数值计算得出的，对悬臂的空间位置计算过程非常复杂，该计算过程需要结合行走、俯仰、旋转三个编码器的数值进行空间建模，而这三个编码器都有不同程度的误差，这就造成累积误差，故悬臂空间坐标的准确性不高。现有的防碰撞方法是根据两台堆取料机是否处于同一个场垛进行判断，如果两台堆取料机不在同一个场垛就可以正常作业。两台堆取料机进入一个场垛进行作业时，就对两台堆取料机同时进行锁定，使其不能工作，由此避免堆取料机之间发生碰撞，这严重影响了堆取料机的同场作业。

　　由于以上原因，当前都采用人工监控的方法来避免空间碰撞事故。现有的防碰撞方法无法有效避免堆取料机空间防碰撞问题，使得两台堆取料机无法同时在同一个堆场中安全作业，严重影响效率。

1.4 本系统采用的GNSS定位技术

　　本系统采用在堆场合适位置建立基准站，在堆取料机的回转中心和悬臂中部或者头部中心点安装GPS流动站。通过GPS的位置信息和空间几何算法，得出两台堆取料机之间的最小距离，从而可以判断出堆取料机发生碰撞的可能性，使得作业人员进行相应处理。本系统可以实时计算出堆取料机悬臂的相对位置和距离，实现多台堆取料机在同一个场垛中安全作业。该系统包括：大机及悬臂位置反馈系统、空间数据算法系统、空间防碰撞预警控制系统。

第2章 GNSS定位系统

2.1 GNSS系统组成

　　GNSS是全球卫星导航系统的总称,包括GPS（美国）、GLONASS（俄罗斯）、伽利略（欧盟）、北斗（中国）总共四套导航系统。而目前在轨运行并能真正实现民用定位功能的只有GPS和GLONASS两套定位系统。

　　主要特点：具有全球覆盖、全天候、高精度、实时导航定位等优点。

2.2 GNSS系统介绍

　　GNSS系统主要由三部分构成：空间卫星部分、地面监控部分、用户GNSS接收机部分。

  卫星部分主要是再轨运行的专门用于导航的卫星，目前GPS和GLONASS在轨运行的卫星总共有60多颗，每颗卫星均在不间断地向地球播发调制在两个频段上的卫星信号。在地球上任何一点，均可连续地同步观测至少4颗GNSS卫星，从而保障了全球、全天候的连续地三维定位，而且具有良好的抗干扰性和保密性。地面监控部分主要是控制卫星姿态、参数设置等得主控站和测控站，都是有政府部门控制的。第三部分就是我们用户接收机部分，这部分就是我们通常所说的GPS接收机。

2.3 GNSS定位原理

　　一般来说，在平面上要确定某点的位置，需要两个要素。而在空间上，要确定某点的位置，就需要三个要素。GNSS定位空间上的某一点，首先我们可以得到GPS卫星的位置；其次，我们又能准确测定我们所在地点A至卫星之间的距离，那么A点一定是位于以卫星为中心、所测得距离为半径的圆球上。进一步，我们又测得点A至另一卫星的距离，则A点一定处在前后两个圆球相交的圆环上。我们还可测与第三个卫星的距离，就可以确定A点只能是在三个圆球相交的两个点上。根据一些地理知识，可以很容易排除其中一个不合理的位置。但是由于GPS的干扰因素较多，所以定位空间上的某一点，至少需要五颗以上的卫星。

2.4 差分技术的应用

　　单台GNSS接收进行定位因为受到很多干扰因素的影响，精度很低，一般只有三四米左右。所以为了提高定位精度，我们引进了差分技术。差分GPS产品一般由基准站、流动站和数据链三部分构成，在测量时两台或多台GPS接收机同步观测GPS卫星。由基准站发射卫星的改正信息，流动站在收到GPS信号的同时接收到基准站的定位结果。

　　差分技术很早就被人们所应用。它实际上是在一个测站对两个目标的观测量、两个测站对一个目标的观测量或一个测站对一个目标的两次观测量之间进行求差。其目的在于消除公共项，包括公共误差和公共参数。安装和防护，不影响作业环境。

　　随着GPS技术的发展和完善，应用领域的进一步开拓，人们越来越重视利用差分GPS技术来改善定位性能。它使用一台GPS基准接收机和一台用户接收机，利用实时或事后处理技术，就可以使用户测量时消去公共的误差源。这样就可以大幅提高测量精度，可以达到厘米级精度。

第6章 系统实现功能效果

　　使用本系统后，进行数据采集和空间几何算法，再将计算结果传给PLC，进行大机精确位置检测和防碰撞控制的计算与报警，还可以检测悬臂旋转角度及俯仰角度，效果显著。不但解决了其它位移传感器检测大机位置不准确的问题，而且节省了检测悬臂旋转角度及俯仰角度的传感器，消除了数据检测中间转换的误差，提高了数据精准度。同时，计算过程简单、直观，可实现多台堆取料机同场同时作业，实时检测各个悬臂之间的最小距离，防止发生碰撞，提高了安全性和作业效率，可用于多种类型的堆取料机，提高同场作业效率达到80％左右，可以实现无人操作。

* 堆取料机走行位置、装卸位置精确检测；

* 可实现堆取料机自动走行，自动堆取料；

* 实现位置联锁，可以防止两端掉道或碰撞事故；

* 与堆取料机小皮带联锁控制，防止混料、错料、堵料事故；

* 可进行鳞状堆积预混匀作业，以提高原料成分的均匀度、减少粒度偏析；

* 实现堆取料机远程监控功能；

* 结合皮带秤数据对堆场堆存量数字化管理；

* 严格控制堆料形状和取料规律，可以大大提高料场的存储容量，提高料场的利用率;

* 变起点定终点工艺可将料堆截面堆成长方形，减少端部料的产生和浪费，也同时减少铲车进场的作业量。