基于GPS精确授时的轨道式群吊同步系统及方法技术方案

本发明专利技术是一种控制装卸长轨的方法，具体是一种基于ＧＰＳ精确授时的轨道式群吊同步系统及方法。本系统包括ＧＰＳ设备、ＰＣ机和若干个终端模块。ＰＣ机与ＧＰＳ设备相连，通过ＧＰＳ设备获得当前标准时间。ＰＣ机还分别与各个终端模块相连，每个终端模块都连接一个吊车。本系统利用ＧＰＳ设备精确地对ＰＣ机授时，ＰＣ机将ＧＰＳ上的时间准确地传递到每个终端模块上，然后终端模块控制相应的吊车运行轨迹进而实现群吊的同步。整个系统在通信上采用应答的方式，具有可靠性高的优点。本发明专利技术的原理简便，使用灵活，实现起来非常简单而且成本很低，容易在实际长轨吊装系统中得到广泛的应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种控制装卸长轨(500m)的方法，具体是一种基于GPS精确授普通铁路是由25米长的短轨铺设而成的，由于铁路短轨的有缝接头和列车车轮撞击发出的声响，乘坐的列车不停地发出"嗒嗒、嗒嗒"的响声。采用长轨(铁轨长度约500米)铺设铁路可以大大减少了线路钢轨的焊接接头数量，减少了轮轨冲击、振动，提高了轨道铺设精度，保持了轨道的持续平顺，确保了轨道处于优良状态，具有铺设速度快、安全性能好、铺设精度高等特点。由于高速铁路对钢轨的要求特别高，铺设铁路时选用长轨。长轨在出厂后经由专门的列车运输至施工现场，通过长轨铺设机进行焊接。长轨在装入列车过程中需要多个起重设备(一般采用吊车)协同工作，若出现起重设备运动不同步的情况，则吊车间相互作用力会对铁轨或设备装置造成损坏。已有的系统一^般采用电磁方式进行运行装置的精确定位，但此种方案有设备成本高，计算复杂，维护成本高等问题。随着科学技术的发展，精确的时间同步需求越来越广泛。利用全球定位系统GPS(Global Positioning System)可进行高精度全球授时。不同设备将各自GPS接收机输出的时间信号修正成标准时间，便可使不同设备之间的时间精确统一，其精度可以达到几十纳秒。随着技术的不断发展，GPS接收机的集成度越来越高，价格越来越低。因此，GPS已经成为目前应用最广泛的主动式高精度卫星授时手段。本专利技术提供了一种基于GPS精确授时的轨道式群吊同步系统及方法，在铺设长轨时，该方法可以有效的控制群吊系统的同步，并且具有较高的精确度。本专利技术涉及一种利用GPS精确地授时，通过PC机与终端模块通信，通信模块控制群吊的前进速度进而实现群吊的同歩。其具体技术方案如下本系统
技术介绍

技术实现思路
包括GPS设备、PC机和若干个终端模块。其中PC机与GPS设备相连，通过GPS设备获得当前标准时间。PC机分别与各个终端模块相连，每个终端模块都连接有一个吊车。本专利技术利用GPS设备精确地对PC机(上位机)授时，通过PC机与终端模块(下位机)通信将GPS (Global Position System,全球定位系统)上的时间准确地传递到每个终端模块上，然后终端模块控制其相应的吊车运行轨迹从而实现群吊的同歩。基于GPS精确授时的轨道式群吊同歩系统及方法的实现，其具体实现歩骤如下1) PC机通过GPS获取当前的标准时间，并将获取的标准时间依次发送给各个终端模块；2) PC机依次向所有终端发送吊车启动的绝对时间；3) 绝对时间到达，所有吊车同时启动；4) 吊车启动后，PC机仍然通过GPS获取当前的标准时间，并将获取的标准时间发送给各个终端模块，各终端模块依据接收到的标准时间通过与吊车相连接的变频器来调整吊车的速度，进而使各个吊车同歩运动；5) )当所有吊车都到达了目的地址时，PC机停止给终端模块发布当前的标准时间，群吊结束。本系统在满足精度的前提下采用一种时间同步的方法解决多个吊车在装卸长轨运动中的同步问题，整个系统在通信上采用的是应答方式，具有可靠性高的优点。附图说明图l系统拓扑结构图2终端模块的结构示意图3系统流程图4软件启动流程图，其中i的初始值为30，即吊车的总个数图5软件同歩流程图，其中K初始化为吊车个数，x为用于判断终端k是否匕经停止运行的数组，(初始值为l，停止为0);图6行走过程的速度变化图。4具体的实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明本系统的结构如图l所示，包括GPS设备、PC机和30个终端模块。GPS 通过USB接口与PC机相连，PC机通过RS485同各个终端模块相连接，其中 每个终端模块都有其独一无二的地址。每个终端模块都连接有一个吊车，控制 吊车的运行，在本系统中，要控制30个吊车同步性的问题，即就是PC机要与 30组终端模块进行通信。在装卸长轨的过程中，首先会给所有的吊车一个相同 的绝对坐标位置(包括水平位置和垂直位置)，命令这些吊车运行到待起吊的目 标长轨的正上方。在吊车空载的过程中，并不要求所有吊车保持同步运行，本 专利技术主要是针对吊车在有负载的情况下，控制其运行的同歩性。本实施例中的终端模块包括通信模块、MCU模块、PLC模块和变频器模 块等。各模块之间的连接关系如图2所示，通信模块一端与PC机相连接，另 外一端与MCU模块以及PLC模块相连接；MCU模块另一端与PLC的I/O 口 相连接。变频器一端与PLC模块相连接，另一端与吊车相连接。通信模块的主 要作用是负责终端和PC机进行通信；MCU模块的主要作用是获取吊车运行过 程中的一系列参数(如通信状态，吊钩的实时拉力等)以及给PLC模块发送计 数脉冲PLC模块的主要作用是控制变频器以实现吊车行走速度的实时调整。 PC机与GPS设备连接并通过GPS获得当前标准时间(格林尼治时间)。本实施例中，控制所有吊车同步的具体歩骤如下1) 在吊车启动前，PC机通过GPS实时地读取标准时间，并通过报文的方 式，为每个终端模块进行精确授时。通信过程采用应答方式，可以保证每个终 端设备得到当前的GPS设备的时间。PC机通过命令控制终端模块在某个绝对 时间后同时启动，终端模块依据这个时刻换算为相应的时间后启动运行机构， 即吊车，这样可以控制多个吊车的同步启动，软件启动流程图如图4所小。在 30个吊车的系统中，启动滞后时间为2秒；2) 在终端模块收到PC机的启动数据包后，所有终端根据命令选择同一种 运行模式(比如采用如图6所示的速度变化模式)。该运行模式把绝对时间与模 块运行的距离关联起来；3)在运行过程中，PC机向终端模块循环的发布GPS获取的当前实时的时 间，当终端模块收到PC机传递的实时GPS时间后，据此时间通过变频器相应 的调整其各自吊车的运行速度；如图5所不，在行走的过程中，控制所有吊车同步的主要含有以下歩骤i) 初始化终端运行状态所构成的x数组，所有的x均为l，其中在 本系统中k的取值范围为0 29;ii) 初始化终端的个数i (i为30);iii) 不停的循环给所有终端发送当前的标准时间；iv) 判断终端状态，即其是否到达目的地。当所有的吊车都到达了目的位置时，PC机停止通过GPS取时间，同时也 停止想终端模块发送GPS所取得的时间。最终可以在PC机不干预的情况下保 持多个吊车的同步运行。PC机与终端通信的报文格式如下一、协议基本格式1. 1字节格式每字节含8个数据位，传输时加上l个起始位(0)、 l个停止位(1)，共 10位。先传低位，后传高位。上、下行波特率为19200BPS。通信协议说明<table>table see original document page 6</column></row><table>(1) 帧起始符68H:标识一帧信息的开始，其值为68H=01101000B。(2) 地址域Addr:地址域由1个字节构成,当地址为99H时，为广播地址。(3) 协议类型T: 0X00为下行数据，0X01为上行数据，其它数据为错误状态，具体见错误状态定义。(4) 命令格式C:用于表征本包数据的功能。(5) 数据域长度L: L为数据域的字节数。L=0表示无数据域。(6) 数据域DATA:数据域包括下行协议的数据等(7) 校验码BCC(bl本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于ＧＰＳ精确授时的轨道式群吊同步系统，其特征在于：包括ＧＰＳ设备、ＰＣ机和终端模块；其中：ＰＣ机与ＧＰＳ设备相连，通过ＧＰＳ设备获得当前标准时间；ＰＣ机分别与各个终端模块相连，每个终端模块都连接有一个吊车。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈东升，王啸，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]