天車定位與自動稱重系統設計

柴 賦，胡祝兵

(1.河北省承德市文物局，河北 承德 067000；2.承德石油高等專科學校 電氣與電子系，河北 承德 067000)

天車又稱橋式起重機、行車等，被廣泛地應用于冶金、煤炭、電力等各行業的室內外倉庫、廠房、碼頭和露天貯料場等處。近年來各大鋼鐵企業為了完善了企業信息化管理水平，提升了管理工作水平，加快了ERP、MES信息管理系統的應用[1-3]，積極開展天車信息化建設，以實現鋼廠生產物流信息的自動傳遞[4-6],滿足煉鋼廠內天車位置以及稱重信息的自動跟蹤,實現天車大、小車的位置定位與吊鉤的電子稱重，實現了天車位置與起吊物品重量的實時顯示[7-9]。本課題是基于某鋼廠的要求而開展研究的。

1 主要功能和性能指標

1)天車自動稱重功能。能實現主鉤和副鉤的實施重量檢測，并將數據實時傳送給車間大屏幕，滿足現場監測要求。稱重精度能夠達到1/1 000，數據傳輸延遲小于100 ms。

2)天車超載報警功能，即天車起重量限制器功能。報警精度要求達到1/100;

3)天車定位控制系統。天車定位控制需實時確定天車的大車和小車位置坐標及吊鉤高度。大車和小車的位置控制精度一般不高于20 cm，吊鉤精度不高于10 cm即能滿足控制要求。

4)數據無線傳輸功能。數據傳輸延遲要求小于100 ms。

5)系統具備一定的擴展功能和良好的適應性。

2 系統整體結構

基于主要功能，設計了系統整體結構，主要由定位模塊、稱重模塊和數據處理與顯示模塊組成，如圖1。

3 天車定位系統組成

RFID系統由電子標簽(Tag)、讀寫器(Reader)和天線(Antenna)三部分組成。將電子標簽放置在平行于大、小車運行軌道的專門支架上，分別在大、小車上放置2臺閱讀器。本系統采用無源標簽，其能量全部通過天線來提供。工作原理是將位置信息編碼寫進電子標簽，大、小車運動時，其上安裝的讀寫器通過天線不間斷發射出射頻信號，大、小車當運動到某個位置電子標簽進入到射頻信號范圍時，標簽會自動接收讀寫器的射頻信號并獲得能量，激活標簽內的電路而發出存儲在芯片上的信息，讀寫器讀取信息并進行調制、解調與解碼，發送至中央處理器進行進行數據處理，就完成了一次位置檢測。通過對不同位置上電子標簽位置信息的讀取，閱讀器便依序接收解讀數據,并通過RS232傳送到智能儀表中，獲得大車和小車的位置信息。此位置信息經過處理后顯示在天車操控室的液晶顯示屏幕上。另一路通過RS485傳輸到無線數傳電臺，無線傳送到地面主站監控室等。這樣就實現了對天車當前位置信息的實時監測，構成一套基于RFID射頻技術的天車智能定位系統。技術原理見圖2。

3.1 標簽與讀寫器的布放

本系統對大車X、小車Y兩個運動方向定位，因此分別在大車運行軌道X軸和小車運行軌道Y軸方向上布置標簽。因為需要分別讀取大車、小車的位置信息，因此天車上要安裝兩部讀寫器，讀取X、Y兩個方向的位置標簽信息。讀寫器、標簽的安裝要確定其位置。

3.2 大、小車定位模塊

當帶有RFID標簽的載體進入射頻讀寫設備感應范圍內時，由安裝在大車和小車內的射頻讀寫設備讀取射頻標簽內容，并將標簽內的數據進行處理后，分別通過兩路RS232傳輸到智能儀表，智能儀表對數據進行處理，獲得位置信息，一路連接操作室的顯示屏，將位置信息顯示在顯示屏上；另一路通過Rs485與無線數傳電臺連接，由無線電臺將位置信息無線傳出，供地面主站監控室等接收使用。定位模塊結構框圖如圖4。

3.3 稱重模塊

本系統采用電阻式應變壓力傳感器，通過CS5530ADC進行信號放大和A/D轉換，然后通過CPU處理由Rs485傳輸到智能儀表，其重量信息一路傳輸到顯示屏顯示重量信息；另一路由Rs485傳輸到無線數傳電臺將重量信息無線傳出，由地面主站監控室等接收。

3.4 數據處理與顯示模塊

此模塊由單片機、液晶顯示屏、DA7612、無線數傳電臺等組成，主要實現以下功能：

1)接收來自天車大、小車讀寫器傳輸的位置信息；

2)接收重量傳感器傳輸的重量信息；

3)將接收信息處理后，在液晶顯示屏顯示位置信息和重量信息。

該模塊包括3路輸入串口，分別接收來自定位和稱重模塊的數據，其中2路采用RS232串口分別與兩路RFID讀寫器通訊，接收大車和小車的位置數據；一路RS485對大車的重量信息進行采集。輸出包括三路，一路通過RS485數據輸出串口連接無線數傳電臺，將位置與重量信息無線傳出；第二路連接顯示屏，將重量數據和天車位置信息顯示在天車操控室的顯示屏上；第三路通過DA7612數模轉換，兩路模擬量分別輸出大車位置、小車位置。模塊結構圖如圖6。

4 應用效果

本課題設計的天車智能定位系統可以應用于煉鋼車間的天車、發電廠車間、碼頭物流等管理系統中。該系統運行穩定，未出現過任何故障，現場滿意度100%。定位精度達到20 cm，定位距離最大500 m(理論距離無限制，且能實現曲線位移測量)，稱重精度達1/10 000，數據傳輸延遲不超過50 ms。與其他天車定位系統相比，雖然定位精度稍差，但系統可靠性好，維護工作量小，半年多來未更換過任何器件，且定位卡片在灰塵較大時系統仍能夠可靠工作；另外，價格也有明顯優勢，在控制精度要求不高的場合，具有很強的競爭力。