梅钢抓斗全自动吊运系统

抓斗起重机无人值守

定位系统

目录

1系兼慨述.........................................................................3

[[品猊介绍3

1»21{-••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••»••••••••••••••••••

2系兼架构以l功能描述.............................................................6

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2.2.2吊车行程控制单元....................................................7

3系统组成.........................................................................8

31硬件段备Q

3.1.1库区地面设备........................................................8

3.1.2定位自控工业显控部分................................................9

3.1天车全自切系件・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・14

4使用就件描述......................................................................15

1系统概述

1.1系统介绍

抓斗车无人值守定位系统是计对大型冶金企业的各个工艺环节所设计的吊车

无人管理自动化系统,技系统利用激光测量技术自动检测天车的操作位置,并把该

信息与生产下发的天车作业命令一同显示给地面操作人员，实现整个作叱区的天车

全自动无人作业J力能，并将天车操作的实标情况传送给生产管理系统，实现全厂物

流的自动控制和统一管理。天车全自动激光定位导航系统能够根据用户的需要完成

上料、」料、制料等不同功能，同时可以处理临时的一些非正常指令和无指令明库

功能。并能将确认的操作数据传输到管理系统计算机。可以应用在矿山、炼铁、炼

制等各种工艺环节。

系统提供三维定位、吊车动态导航、通讯管理（包含与生产的接口等）、物料

外形识刖系统、作业命令处理、信息查询、数据统计、段备运行状态监控、异常信

息处理、报警切能、系统对时功能、系统配置、履历管理等功能。并具有库图，㈱

科、报警和履历等信息的查询功能，可以方便地追述事件，进行事故的查找和分析。

软件成熟可靠、界面友好、工作稳定、可扩展性强，方便用户隹用和扩充。每部天

车都具有多仲职能，根据不同的情况相互切换，来林同作业共同完成具体的工作。

天车上的车载终端负责数据采集，并通过无线局域网完成数据的传输。天车之间能

明彼此通讯，传输数据，从而实现实时性的监视同跨内各个天车的位置和工作状态，

从而有效的实现库存管理信息h

针对冶金行业的天车全自动控制系统采用PLC、变强词速、WiFi、溯先传感、视

题监控等技术，实现天车无人近距离全自动控制。测班传感器iliJPhfBus-DP总线

将数据传入PLC中，PLC根据常他传感器的位置数据进行采集处理,对数据进行优

化处理，计算出天车移动所需要的速度、距离、吊具的高度、物料提升的速度等物

理参数，PLC通过变魏器对天车的电机进行控制，从而实现天车精确定位的控制，

地面中心控制室对天车下达物料的位置信息和枷料库区作业的位置信息及枷料的属

性信息，天车会自动完成行走、定位、起吊、放下动作，地面人员还可以通过天车

的高清全方位摄像机进行监控，防止系统出现突发性失控故机为了实现系统的可

靠的紧急处理机制，中控室与天车采取硬接线方式控制电机的电源，以保证天车急

停的可靠的可行性，天车的控制电源采用UPS不间断电源作为天车在电源出现问题

时的能够做应急人工处理,同时保证了PLC正常的功能不出问题。为了保证天车系

统高安全性、高可靠性PLC控制系统采用双机冗余结机当主PLC出现异常时，另

一台无缝接入控制，从而实现了不间断的连续的可靠控制，系统具有完善的自动识

别判断I力能，当传感器、变频器、控制器、视Ml信号出现异常时，系统会自助退出

自动模式而进入人工干预模式，保证系统始哭处于安全可靠的控制状态下。为了保

证整个系统的安全性，整个库区和天车具有安全防护系统，此安全系统iOlOA、

B、C三类安全防护标准中最高安全等级标准。

本系统中装置选用先进的无线於端设备皿算机以太网微波通讯技札具有

抗震、防尘、耐高温特点，酬在通讯过程中具有弼的抗干扰能力，数据传输快、

稳定可靠（32G军用电子硬盘屋天车之间、天车与地面之间通过无线局域网有效

的结合在一起,使天车能迅速快捷的接收地血站所发的作业指令，进行有效作业。

系统稳定可靠，运行维护方便，充分实现了库区管理的精确以简单化、自动化。

通讯应用先进的直接序列扩展演措（DSSS、OFDM）技札这保证了足够的带宽和

高速的数据通讯。网络通讯采用IEEE802.11b/g标准自适应的无线方式。

•工作独段：2.410〜2.483GHz（无委会免申请）

•通讯梆议:IEEE802.11b/g

•工作模式：蜂窝结构，可自动漫游

•传送速率：11Mbps-54Mbps/160m-500mo

本系统在每圈设置的基站，覆盖整个工作区，确保区域内传输速率为24Mbps。

并使天车在整个工作以内无通ifl盲点，保证通讯的可靠性。

1.2库区情况及基站配置

库区情况

•分卷崎：1爵共2台抓斗起重机

声号区发天车数（台）长度（M）宽度（M）备注

01上料*1——1台基站

现场有上料抓斗桥式起重机1台，供卡车停留的物流通道，吊车具

备称重弱能。

系统主要分以下几部分:

吊车三维定位系城吊车自动行走系统

物料自加计量系用服务器硬件部分

物料外形打描系多吊车防摇摆系统

吊车防碰撞系统无线通讯系统

PLC控制部分软件部分

2系统架构以及功能描述

2.1系统示意图

2.2系统各单元实现过程描述

221激光三维定位单元功能

通iix/Y轴激光器以及z轴旋特编码器进行三维他商检测，从而换算出库区的三维定位图，

并快趴准确的实现三维高精度定位。通过数据转换中心将采集到的数据提供给人机交互单元

进行数据处理，并转换成可以直观显示的模拟2D图。

222吊车行程控制单元

通过对吊车PLC控制系维和变魏器进行优化控制，对大小车设备进行接口设置，并且通过

工业显控终端与服务修接口作业动作，依品内置的数据模型发出合理的吊车行走加作控制命令,

从而实现吊车自动行走耐作。

223吊车自动计量系统

通过对吊车计量设备的重量信号采集，配合天车的作业潦程，对每台天车以及每

次上料的重量进行统计，在原有人工计量的基砒上，混高了作业效率，并且有效的降

低了人力统计带来的数IE嵇硝等问机

224吊车防摇摆系统

该系赞通过可编程控制器和变版器，根据操作指令及起重机的实时运行状况计算出

能消除莪有摇摆的大小车运行速及，再通过变演盥根据所要求的速度驱前大车和小车

运行，从而实现消除跄重机载荷摇装现象。

2.2.5无线通讯系统

将车载心机界面接受到的作业指令以及完成的结果通过无线通讯的方式上传或者下行到

服务器瑞。设备采用带宽最大为108M的802.11b/g/n的无线通讯技术，具有更好的处理现场大

数据员网络变换的条件，以期达到稳定、高效的作业效果。并且配置稳定的车载巽瑞显示设备，

方便在设备维护、故障时采取人工操作，并且进行部分定位数据处理，分担服务器压力。

226夹具改造部分

需对夹具进行重量以及夹取信号等功能选行改造。

2.2.7矿粉局部外形尺寸打描系统

为了准确的识别虚Ifl库位的糊"外形信息以及物料的精附位置，除了需要高度创

量，还需要对糊料的实标形状进行自描和识刖，我fj选用TEKEMAS8210系列激光形状

识别器，该系列产品为室外型，可靠的抗干扰性能（通过内部滤波及多重回潴），大

保护他岗（最远80米的保护区域），内部具有自检功能等优点。其主要用于矿粉用轮

BSffio

TEKEMAS8210采用成熟的激光-时间飞fj原理及多重回波技术，非俵触式枪测，

采用小光点的激此能够较准确的副量物体的尺寸及距岗，是识别物料的酸隹选择。

•可以用于户外恶劣的天气情况

•采用多次回波拉术

•具有自枪功能

・测量精度1mm-15mm（根据测量机离）

■工作范围最远可达80米，打描角度60度

•IP67防护等级

・内部集成加热图

・采用1级激光

・通过以太网实时输出刈量数据

•工作电压：24VDC±15%/max.25w

•工作温度:储存温度：-30…70七/-35。…80七

3系统组成

3.1硬件设备

311库区地面设备

3.1.1.1服务器（仅供参考，需要根据现场情显

选用）

产品名称HPML110G7E3-1240

四核Inte®Xeon®E3-1240

处理器

(3.30GHz/4-core/8MB/80W,1333)8MB内置智能缓存

标84GB(2x2GB)PC3-10600E(无鬟冲内存)内存，最

内存

大可扩充至16GB

集成HPSmartArrayBl10iSATARAID控徜器(支持

货盘说明

RAID0,1,10);最多支持4块热插拔35SATA货盘

显卡64Mb共享内存，分辨率1600*1200

共4个PCI-E2.0插槽，1个PCI-Expressx1Genl

正展憎全高全长插憎,2个PCI-Exp「essx4全高全长插情,1

个PCI-Expressx16Gen2全高全长插梢

网络控制集成2个NC112i千兆口太网卡

电源类型标配

处理器高

8Mb英特尔智能高速缓存

速援存

标配iL03远程管理端口；16倍速SATADVD-ROM

其他

驱动器;10个USB2.0端口;350W电源，塔式(4U)；

31.1・2工业电控柜TEKEMAS2490

用于封装保护无线基站，防尘防水，根据不同的使用环境可以配装修

露温度监控器、加热器等。也可以用于封装光纤端接制、光电收发器等。

技术规格

♦类型：室外型

♦尺寸：480(H)x450(W)x210(T)mm

♦内置收标插座:2*三座16A

♦内置空气开关:VC65N-2P-C6A

♦防护等级：IP54

3.1.2定位自控工业显控部分

3.1.2.1工业地面终端TEKEMAS8615

选用英国TEKEMAS公司生产的TEKEMAS8615li

级车载终端,该终端使用操作方便的15英寸俄摸屏,

2G内存，32G的军用电子硬盘，完成定位数据处理以及

B作业指令的接收、显示等操作。

TEKEMAS8615非常适合在钢厂等恶劣的工业环境中使用，可以在-30七

〜70七的环境温度下正常工作，另外在设备的密封性、防水、防霁、施腐、

杭碰撞冲击等方面也满足工业要求，使用高分辨率及内置背光彩色XGA-TFT

显示屏，面板上可以配置凯能强和数字镀，耐久方便的触摸屏，支持通用

软键,配上符合IEEE802.11b/g标准的无线网卡可与无线局域网无缝的接。

适应各种恶劣环境要求，符合军用级杭震动、杭冲击和操作环境的高标准

要求。外部接口全封闭安装，冲类丰富多样。全金属铝镁外壳机身，散热

性能好。

技术规格

类型：工业车载式Computer

型号：TEKEMAS8615

CPU:Intel1.6GHzatonmCPU

内存：RAM2GB

外存：32GB军用电子硬盘

显示：WXGA1024x768分辨率，触摸屏

接口：2xRS232,1xEthernetRJ45,2x2.0USB,1xPS2

工作电淞DC24V-48V

ttft:30W

♦外壳材料：高强度用技

♦尺寸：319(w)x262(h)x99mm(d)

♦重量9.7kg

♦防护等级：IP66

♦温度：-30℃to70℃

♦湿度：10〜90%,无凝露

♦抗冲击抗振：1EC60721-3-5-class5M2

♦操作系统：WindowsXP中文版

♦操作方式：触摸式

3.122激光定位仪XI*

TEKEMAS品牌激光定位仪采用相位比较原理边

行测量。激光传感器发射不同颛率的可见激光束，

接收从被Ml物返回的散射激光，将接收到的激卷信

号与参考信号进行比较，最后，用微处理器计算出

相应相位偏移所对应的物体间距离。适用于任何工业场合

测量时间0.16s

激性发散角0.6mrad

激光等级Class1级，符合DINEN60825-1:2001-11(EC825-1)标注

-mW(红色)

工作温度-3CV60t

存储温度-4C七-70七

数据接口RS232/RS422（可转换）

波特率9600

可设置测量功能选择、单位、测量时间、输出

调量结果内部温度、错误代码、上电溺量方式等

模机量输出

对溯量范围可编程，4-20mA,负载阻抗400。，

测量精度+5mm里程

高反射目标自然目标300m100m

分箫率1mm

供电电压10V-30VDC

功耗待机时＜0.4W

测量时＜1.5W

重量850g

防护等级IP65,钳壳

3.123激光定位仪Y釉

多种测量模式,灵活可配置性高；最高的脉冲频率和数据刷

新率多抻通讯方式：RS232/RS485/4-20mA量程大，精度高适

应恶劣环境。

参数

波长905nm（红外瑞）

大眼安全Classl,7mm

(FDA,CFR21)Classlm

(IEC60825-1:2001)

发散角3毫弛度(30cm

@100m)

精度+5mm

量程

高反射目标自洪目标1700m500m

分得率1mm

通讯

RS232数据双向及供电，使用

酌机配送的4-94电缆

RS232波特率1200to115200（gg

1000个读数每秒）

RS485数据双向及供电,4-20

毫安模扭量使用12针

电缆

RS485波特率1200to230400（ft

2000个读数每秒）

供电

电压范围10-30伏直海

最大工作电流170毫安

捌理

尺寸（长宽高）13.5cmx12cmx6.3cm

重量800g

外壳6063f0合金

使用环境

防护等级IP66NEMA4

温度范围-40Cto+70C

3.124吊车行程模型控制器

通过工业控制终端与服务端接口作业动作，并通过内置的被揩模型控

制吊车自动完成作业任务。

该系统具有以下优势：

•提高生产效率超过50%；

•提高安全性

•减少操作人员的工作强度

•便于精确定位

•延长起重机的寿命

本套装置与吊车的阴碰撞系统进行交互，防止发生安全事故。

313天车全自动系统硬件功能

•测距定位现能

系统具有x轴、丫、z轴测距传感器，能够准确对天车位置进行精酬量，滑得的数据通过

工业控制总线进入PLC中，为天车的行走和起吊控制来提供控制数据，PLC控制器通过对数

据的自动精确处理来达到控制天M走的目的，X、丫、z轴采用激血1®的方法来获得天车

的三维平面坐标数队PLC可以通过测1®传感器的数据变化计算出天铺运行速度，对电机

实现了闭环控制的功能，保证了捏制的精度，提高了系境的可靠慎

•天车的自动控制功能

天车的自动控制主要有自动行走，行进的速度控制；故障的自动停车、故障的自动恢复等。

天车的控制系统采用主控制器（PLC）冗余架构，所有的控制单元都通过工业控制总线的方

式与PLC进行连接,

•作业指令处理U能

地面终端将作业指令发至天轧天车系统根据指令中的物料、起始位置、目的位置信息确定

天车的运行轨迹和控制参数，从而完成作业指令。当天车完成指令后再接收地面的下一条指

令，为了保证作业的正确性，天车系统只能每次处理一条指令。指令的储存和安排由地面终

瑞来完成。

•行走参数的自动生成功能

天车的控制参数可以根据天车的所在位置、物料位置、物料的移动终点位置来计算出所需要

速度（大车的速度、小车的速度）、力II减速度、路径等运动参数，控制器根据运动参数来控

制变额器的运行，从而控制电机的运行。

・吊车间防撞系统

当有两个天车甑离较近时,系统也会做出解让的控制,解免现车发生碰撞。

•地面及车上的操控功能

系统不但具有自动控制功能，还具有手动操控I力能，地面控制人员可以通过地面控制终端控

制天车的行走、起吊

4应用软件描述

系统命令包括自助规划行走招线