深圳乐鱼官网-智能燃料碼頭精確定位係統設計及應用分享
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摘要：為了提高大型燃料碼頭生產過程的安全性和效率，為燃料堆場管理提供可視化和智能化的監控手段；利用GNSS衛星定位和UWB無線定位技術與GIS係統相結合，實現大型機械的實時精確定位並提供可視化界麵，同時結合PLC程控係統的邏輯功能，實現多台大機同時作業的安全監控和防撞預警，從而降低安全事故發生率，優化生產調度。
引言
大型燃料碼頭在生產作業流程中會用到一些大型機械，其對生產作業安全性要求較高，因此對大型機械設備的實時位置及狀態的定位和追蹤先得尤為重要。幾種傳統的定位技術，例如編碼器定位和GPS定位，具有不同的限製。采用位置編碼器定位，由於需要通過PLC或計算機對位置進行解算，往往響應延遲和累積誤差都較大；而采用GPS定位，雖然延遲小，但由於GPS受地形、海拔及氣候條件，往往存在米級誤差，並且它無法解決封閉筒倉的定位問題，這具有一定的實施局限性。
為了提高燃料碼頭無線定位的準確度，減少工人的生產事故和勞動強度，進一步提高燃料碼頭的信息化水平和可視化管理水平，本文采用衛星導航應用技術和超寬帶無線定位技術等智能定位應用係統，實現對工作機械和散貨場的精確定位和可視化監控管理。
1、係統功能
本文采用衛星定位技術（GNSS），超寬帶無線定位技術（UWB），地理信息係統（GIS）和無線通信技術。可以實現作業機械設備的準確的位置定位以及實時的信息通訊，在原有的生產管理係統基礎上，建立燃料碼頭實時可視化運行監控，大大提高燃料碼頭安全生產管理水平。實現了散貨碼頭的 GIS圖形化展示，實現各類作業機械的準確定位與狀態的顯示，貨垛位與場內道路、地物等要素的準確位置顯示，同時保存位置信息，實現漫遊跟蹤、軌跡回放功能。針對堆場垛位的空間區域進行有效管理，實現跑垛的信息化與自動化，通過GNSS跑垛實時修改更新堆場垛位邊界信息。大型堆取料機上安裝有高精度定位姿態測量係統，有效堆取料機的工作位置和臂架位置，實時無縫連接PLC程序控製係統。
2、係統概述
大機的定位是依靠GNSS高精度雙頻定位測向實現，需要實時的 RTK差分數據，所以為了保證差分信號的穩定性，利用數傳電台（200M/400M）來進行差分播發。在大機的大臂結構上安裝兩個GNSS天線，利用雙天線的相對定位數據得到位置及大機的姿態數據。定位控製器集成ARM控製單元，並存儲場地與大車軌道GIS數據，通過定位信息與GIS數據的結合，定位控製器與大機的PLC連接，實時輸出大車在軌道的位置及懸臂的姿態角度給PLC，再轉發到控製中心，進行位置安全判斷，並將安全報警指令實時發給相關的大機PLC，通過司機的電子顯示屏給予警告，同時也實現 PLC的自動安全控製。
采用超寬帶無線定位技術，實現了封閉筒倉內堆取料機的高精度定位應用。通過係統檢測安裝在機身和懸臂上的定位標簽的位置，將設備的位置和姿態信息連接到安全監控係統。最終在監控終端上實現設備的位置與可視化展示。
3、係統組成
該係統分為幾個獨立的子係統：GNSS基站子係統，數據處理中心子係統，流動車輛移動站子係統，跑垛子係統，大機GPS移動站子係統，封閉式筒倉UWB定位子係統和可視化監控子係統，係統組成如圖1所示。
圖1 智能碼頭精確定位係統圖
4、分係統設計
4.1 GNSS基站子係統
GNSS基站子係統和GNSS數據處理中心子係統通過網絡進行實時數據交互，GNSS基站子係統負責生成差分校正信息，數據處理中心子係統負責向車載移動站定位子係統中的所有車輛移動站終端設備轉發。
為了保證係統差分信息的連續性和可靠性，提高GNSS定位精度，配置兩組相互冗餘的GNSS接收機。GNSS中心選擇一個基站作為主站，另一個基站作為熱備。當差分信息出現故障時，如主站基準站 GNSS接收機故障，或與主站的數據傳輸發生故障，係統將切換到另一個基站GNSS接收器作為主站，以確保係統穩定運行而不會出現嚴重故障。
4.2 數據處理中心子係統
數據處理中心子係統由GNSS基站軟件，數據處理中心軟件和GPRS通信服務軟件組成。，工作區域內被監控車輛的位置信息通過GPRS無線網絡廣播發送給現場監控子係統，同時存儲在GNSS數據庫中。
通過與生產管理係統的接口，GPRS無線網絡將作業調度命令的實時獲取發送到工作機的機載GNSS終端。並接收司機操作終端的確認操作回傳給生產管理係統，實現調度作業指令的實時上傳下達。
4.3 流動車輛移動站子係統
GNSS定位終端安裝在碼頭的堆取料機上，GNSS定位終端接收到GNSS差分校正信號後，實現高精度定位，精度可達0.5m(CEP)。同時，GNSS數據通過GPRS網絡將定位信息發送回數據處理中心子係統，進行車輛定位監控和數據存儲。並提醒司機到達後，回複調度操作指令並完成確認。GNSS定位終端將來自GNSS數據處理中心子係統轉發的調度操作信息、GIS信息和GNSS實時定位信息進行組合。根據作業計劃確定的作業範圍，進行位置校核，判定作業機械走垛是否正確，如果在錯誤跺位上司機操作終端確認作業則係統提示走跺錯誤，並且聲音報警。
4.4 跑垛子係統
跑垛子係統，即堆場內各垛位信息的更新與維護，結合GNSS、GIS信息，實現垛位管理精細化。通過采集和分析前一天位置的變化，生成新的跑垛列表，根據列表要求執行對應的操作，並在垛位邊界上確認位置，從而自動生成垛位邊界的準確數據。GNSS手持式定位終端安裝在港口區域的專用車輛中，利用高精度GNSS定位信息（精度達到分米級），運動車對垛位邊界的實時測量可以準確地獲得垛位邊界信息。
4.5 大機GPS移動站子係統
大機的定位和懸臂姿態計算為駕駛員提供了位置導航和操作過程的可視化，並提供了大機的信息。為大機配置一套移動GPS站台子係統，包括一套終端、一套IPC-VT定位控製設備、兩個GNSS天線和一個無線電天線。為防止戶外雷電幹擾及對設備的損壞可能，將避雷器串聯連接在定位控製裝置和GNSS天線之間。定位控製設備通過通訊接口接入大機的PLC係統中。司機室通過安裝人機界麵終端及電氣化操作台，加以與輸煤程控PLC的通訊相連，輸煤程控PLC係統通過獲取以上信息，比對生產調度指令，執行大機的安全操作以及作業垛位錯誤控製。
4.6 封閉式筒倉UWB定位子係統
超寬帶無線定位接收器放置在封閉筒倉的頂部的網格中，並且定位標簽放置在大型機械的多個部件上。標簽每秒最多可傳輸100次信號，定位接收器可實時接收標簽發送的信息，並將其轉發給定位處理器。定位處理器計算每個需要跟蹤的標簽的實時位置和運動軌跡。定位係統通過標簽上的唯一編號來區分不同標簽在同一時刻的位置。根據多個標簽的位置匯總，實時分析大型機械的位置和姿態，從而實現大型機械的定位。輸煤係統的監控中心實時監控大型機械運行的動態過程，將其與實時位置進行比較，如有不匹配則生成報警信息，並將其發送到大型機器的相應移動站或PLC係統。PLC係統根據報警信息提示駕駛員注意，在緊急情況下可實現大型機器的自動製動，避免事故發生。
4.7 可視化監控子係統
可視化係統可通過動態信息的采集，實現作業機械設備信息全程可視化，包括設備的實時位置信息、作業軌跡信息及跟蹤回放、設備作業流程區域漫遊等；實現堆垛信息全程可視化，包括貨物信息、垛位信息，進出信息，調度信息等；實現堆場管理可視化，包括設備作業監控、調度信息管理、走垛錯誤報警機查詢等。
5、結論
綜上所述，本文對燃料碼頭精確定位可視化係統進行了詳細介紹，對其各子係統進行了逐一介紹，並做出分析，最終實現堆場內作業設備的精確、快速定位，並實現漫遊及回放功能，對封閉料倉難以實現精確定位的難題提出解決方案，並實現整個區域可視化管控。不僅對大型機械設備做到安全管理，智能調度，同時實現燃料碼頭整體作業流程的高效運營，並很大程度上避免了人員安全事故隱患的發生。