基于差分GPS技术轮胎吊自动驾驶及箱位管理系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于差分ＧＰＳ技术轮胎吊自动驾驶及箱位管理系统，包括差分ＧＰＳ基站和安装在轮胎吊大车上的差分ＧＰＳ移动站，通过移动站的ＧＰＳ天线和无线电台接收ＧＰＳ信号和差分数据，得到实时的大车位置的经纬度数据，并将数据发送给控制器，控制器对大车编码器和整个轮胎吊的状态进行检测和记录，控制大车的运行。与现有技术相比，本发明专利技术实现了大车高性能、全天候的自动驾驶，定位准确可靠，提高了货物吞吐量，广泛适用于各集装箱码头中，具有极大的经济价值和市场前景。

Automatic driving and box management system of tire crane based on differential GPS Technology

The invention discloses a method based on differential GPS technology of tire crane autopilot and box location management system, including the differential GPS base station and installed in the tyre crane cart on differential GPS mobile station, the mobile station through the GPS antenna and wireless radio receiving GPS signals and differential data, get real-time cart position latitude the degree of the data, and sends the data to the controller, the controller for the detection and recording of the encoder and the entire tire crane, crane operation control. Compared with the prior art, the invention realizes the automatic driving of high performance, all-weather, accurate and reliable positioning, improve throughput, widely applicable to the container terminal, has great economic value and market prospect.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于集装箱码头自动化控制领域，涉及一种计算机工业检测和控制系统，具体地说是一种用于控制轮胎式龙门集装箱起重机(简称轮胎吊RTG)的自动驾驶和箱位管理系统。
技术介绍
目前GPS定位技术已应用在集装箱码头，采用的主要技术是差分GPS技术和轮胎吊大车编码器检测，用来确定轮胎吊大车的位置，辅助进行箱位管理。“实时载波相位差分GPS技术(RTK)”是GPS定位技术中的一种，它以一个固定的GPS基站作为差分基准，在一定的范围内(方圆20KM以内)，安装在移动物体上的移动站可以通过无线数据电台和基站进行信号差分，以取得较高的相对定位精度，其RTK FIX状态的定位精度可以达到1～2cm，高精度GPS数据的有效率在90％以上，各个地域由于自然和地理条件的影响而有所不同。“轮胎吊大车编码器检测”主要是对表征大车驱动电机马达的运转情况的编码器进行计数，以获得实时的大车驱动电机转动情况从而计算出大车轮胎的行进变化；在一定时间内来推算大车的行进情况，确定大车的大致位置。由于编码器推导有累积误差，所以其精度会越来越差。现有的系统通过安装在轮胎吊大车上的两个GPS天线和无线电台接收GPS信号和差分数据，安装在电气房的GPS接收器经过解算获得实时的大车位置的经纬度数据；接收器将这些数据发送给控制器；控制器对GPS数据进行转换和推算，计算出当前大车在码头坐标系统中的位置，根据这个位置可以确定轮胎吊大车所在位置的具体箱位，并通过另外一个无线电台和码头箱位总控进行通信，实现集装箱箱位管理。在GPS数据无效的情况下，通过检测大车编码器的变化推导大车的实时位置，代替GPS数据进行箱位管理，但不能实现自动纠偏、自动驾驶。在GPS数据稳定有效的情况下，现有系统能根据当前大车的位置计算出大车和实际轨道的偏差，将这个偏差送给大车电控PLC，PLC能够根据这个偏差调整大车的运行，实现自动纠偏功能。现有基于差分GPS技术轮胎吊自动驾驶及箱位管理系统存在的主要问题在于 1、只能实现箱位管理和简单的大车自动驾驶。目前系统的自动驾驶的稳定性较差，自动驾驶没有达到真正实用的要求，主要依赖GPS定位数据，没有实现高稳定性、全天候的自动驾驶，而码头需要的是全天候高稳定性的自动驾驶，这样可以很大的减轻驾驶员的操作负担，提高工作效率，并提高轮胎吊工作的安全性能。2、系统的稳定性不高。由于GPS的Fix有效性只有90％上下，单纯依靠GPS进行定位不能保证全天候有效；另外GPS数据经常产品短周期的跳动，目前的系统一旦碰到跳动就会停车，自动驾驶的有效性较差。3、不能适应轮胎吊大车自身状态的变化。如轮胎气压，换不同型号的轮胎，小车位置对轮胎造成的影响等等。4、对轮胎吊的安全控制较差。由于系统稳定性不高，不能实现全天候的安全控制(大车行使时的偏差控制)。三专利技术目的本专利技术的目的在于实现高性能、全天候的轮胎吊大车自动驾驶，同时提高箱位管理的功能和稳定性。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的一种基于差分GPS技术轮胎吊自动驾驶及箱位管理系统，包括差分GPS基站和安装在轮胎吊大车上的差分GPS移动站；所述差分GPS基站由基站GPS天线、基站电台天线、基站GPS接收器、基站电台和基站线性电源组成，基站GPS接收器一端与基站GPS天线连接，另一端与基站电台相连接，基站电台的另一端与用来发射差分数据的基站电台天线连接，基站GPS接收器和基站电台均与基站线性电源连接；差分GPS移动站由移动站GPS天线、移动站电台天线、移动站GPS接收器、移动站控制器、移动站电台和移动站线性电源组成，移动站GPS天线和移动站电台天线分别与移动站GPS接收器和移动站电台连接，移动站GPS接收器一端与移动站控制器相互连接，另一端与移动站电台连接，移动站GPS接收器、移动站控制器和移动站电台均与移动站线性电源连接；其特征是所述移动站控制器包括中央处理系统和编码器检测系统，用来对轮胎吊大车驱动电机编码器进行计数，并获得大车驱动电机转动情况和大车轮胎变化情况的编码器检测系统包括编码器双向计数模块、工业标准结构(ISA)总线通信控制模块、开关信号生成和控制模块、信号隔离模块；编码器双向计数模块和开关信号生成和控制模块的两端分别与工业标准结构总线通信控制模块和信号隔离模块相连接，工业标准结构总线通信控制模块与中央处理系统连接。本专利技术中，编码器双向计数模块包括清空接口、编码器A相输入接口、编码器B相输入接口、置零接口、计数值输出接口，清空接口、置零接口和计数值输出接口与工业标准结构总线通信控制模块连接；编码器A相输入接口和编码器B相输入接口与信号隔离模块连接，其中，计数值输出接口用来计量主电机转动数据，可分为两个输出端，并通过数据总线与工业标准结构总线通信控制模块连接；编码器产生的方波信号通过编码器A相输入接口和编码器B相输入接口与信号隔离模块连接。在本专利技术中，移动站控制器设有根据大车的自身特性和大车历史运动轨迹以及驱动电机的动力作用推导出的大车下一时间段的运动趋势模型。本专利技术中，移动站控制器根据大车的实时位置数据计算出前后电机应有的转速，通过变频器直接对大车电机转速进行控制。在本专利技术前大车的电控方式为GPS控制器计算出大车左右偏移量，将这个偏移量送给PLC，由PLC根据大车的状态和命令计算出应该采用的前后转速送给电机进行控制。它采用的是GPS定位部分和PLC纠偏控制部分分离的控制方式，GPS控制模块无法实时利用大车电机的反馈数据；由于PLC的局限性，很难实现对大车运行轨迹和行进历史数据的运用，无法实现大车运动建模，也无法实现自动学习功能，所以系统的整体运行效率不高。本专利技术采用直接控制电机转速的方式，GPS控制器从PLC读取大车状态、行走命令，根据实时大车的位置数据计算出前后电机应有的转速，通过PLC送给变频器进行控制。可以记录大车的运动轨迹，进行运动建模、编码器推导等；而且还实现了部分的自动学习功能。整个系统实现了比老系统通过PLC控制要快速稳定，并且能实现反馈式的自动控制，极大的提高了稳定性。解决了老系统的缺陷和问题，实现了完全实用的自动驾驶和高效的安全控制。本专利技术在差分GPS基站中设有对基站的运行状态进行实时控制的基站控制器，该基站控制器与基站GPS接收器和基站线性电源连接。基站控制器中保存基站的配置，在基站配置受损坏的时候自动恢复配置，减少基站不能工作的时间。基站控制器还能实时检测基站的运行状况，并将运行状态通过、指示灯警报等方式送给码头管理中心，以备管理人员监控。本专利技术可以在差分GPS移动站中设有两个移动站GPS接收器，分别安装在轮胎吊的两侧，也可以采用一个GPS接收器，安装在轮胎吊的小车中央。两个GPS接收器的系统比一个GPS的系统在稳定性和自动驾驶的效率上有一定的提高，但是成本较高。本专利技术可使用一个基站配合多个移动站工作。与现有技术相比，本专利技术通过安装在轮胎吊大车上的GPS天线接收GPS信号，同时通过无线电台接收基站电台发出的差分数据，安装在电气房的GPS接收器经过解算获得实时的大车位置的经纬度数据，GPS接收器的数据更新率在1Hz以上；接收器将这些数据发送给控制器，控制器同时对大车编码器和整个轮胎吊的各有用状态进行检测和记录；控制器综合各种数据进行转换和推算，计算出当前大车在码本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于差分ＧＰＳ技术轮胎吊自动驾驶及箱位管理系统，包括差分ＧＰＳ基站（１）和安装在轮胎吊大车上的差分ＧＰＳ移动站（２）；所述差分ＧＰＳ基站（１）由基站ＧＰＳ天线（１１）、基站电台天线（１２）、基站ＧＰＳ接收器（１３）、基站电台（１４）和基站线性电源（１５）组成，基站ＧＰＳ接收器（１３）一端与基站ＧＰＳ天线（１１）连接，另一端与基站电台（１４）相连接，基站电台（１４）的另一端与用来发射差分数据的基站电台天线（１２）连接，基站ＧＰＳ接收器（１３）和基站电台（１４）均与基站线性电源（１５）连接；差分ＧＰＳ移动站（２）由移动站ＧＰＳ天线（２１）、移动站电台天线（２２）、移动站ＧＰＳ接收器（２３）、移动站控制器（２４）、移动站电台（２５）和移动站线性电源（２６）组成，移动站ＧＰＳ天线（２１）和移动站电台天线（２２）分别与移动站ＧＰＳ接收器（２３）和移动站电台（２５）连接，移动站ＧＰＳ接收器（２１）一端与移动站控制器（２４）相互连接，另一端与移动站电台（２５）连接，移动站ＧＰＳ接收器（２３）、移动站控制器（２４）和移动站电台（２５）均与移动站线性电源（２６）连接；其特征是：所述移动站控制器（２４）包括中央处理系统和编码器检测系统，用来对轮胎吊大车驱动电机编码器进行计数，并获得大车驱动电机转动情况和大车轮胎变化情况的编码器检测系统包括编码器双向计数模块、工业标准结构总线通信控制模块、开关信号生成和控制模块、信号隔离模块；编码器双向计数模块和开关信号生成和控制模块的两端分别与工业标准结构总线通信控制模块和信号隔离模块相连接，工业标准结构总线通信控制模块与中央处理系统连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李俊，
申请(专利权)人：李俊，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]