格雷母线在门机走行定位综合监控系统中的应用
第一章  概述
门式起重机(简称门机)是水力发电厂(站)不可缺少的设备,水电站闸门的启闭是电站的重要运行部分，而闸门的开启和关闭主要是依靠移动式门机来完成的，用于操作进水塔拦污栅、检修门以及塔内的其它设备的安装和检修。门机在走行的过程中需要定位，而现在大多采用落后的人工操作方式——即人眼定位，人工通信（吹哨或对讲机通信），定位的准确度完全靠操作人员对现场的把握，一般司机在听到地面人员的喊话后采取启动，停止..启动，停止这两个动作只到基本确定位置状态，这种工作方式极大耗损工作人员的体力，而且对设备的磨损是不可避免的，减少了设备使用寿命。如果定位不准确就对闸门进行启闭，会造成闸门和门机的双向损坏。这种方式存在很多安全隐患：在大雨、大雾、大风等恶劣气候条件下，人眼很难准确定位。这些问题都直接影响着整个电厂的安全运行,因此有必要对现行的控制系统进行重新设计,增加门机走行定位控制系统,提高自动化程度。
格雷母线在门机走行定位控制系统中具有定位精度高、显示数据准确，控制系统可靠，抗干扰能力强，人机界面友好，可按菜单提示进行各参数设定，操作简便易懂等优点。具有无可比拟的优越性，从而为水电站安全生产提供了有效的保障。
第二章  系统实现的功能
1、门机走行位置检测:
门机走行位置通过安装在轨道旁的格雷母线检测到，由此得到门机坐标，检测精度5毫米，可防止门机碰撞。
2、门机走行自动控制:
与PLC、变频调速器相结合可完成门机走行自动控制,控制门机运行到指定位置对闸门进行启闭。
3、闸孔位置检测：
通过格雷母线可以精确测定闸孔位置，检测精度5毫米，保证门机在指定区域内对闸门进行启闭。
4、实现门机车地间双向数据交换：
格雷母线电缆中增加两对感应环线用于数据感应通信，地面站感应通信单元直接与地面监控系统计算机相连，车上感应通信单元与门机上PLC相连,通过感应通信方式实现门机与地面监控系统计算机的双向数据通信。
5、实现门机与自动抓梁设备间联锁控制：
  只有当门机定位准确后自动抓梁设备才能动作，同时只有自动抓梁设备对闸门操作完毕确认后门机才能走行。
6、门机远程监控:
在调度室对门机下达命令，实现门机远程操作。能实时显示及记录门机工作状态和工作位置。
 7、车上语音提示功能：
在车上驾驶室内安装语音提示系统，由PLC直接控制。系统可以根据检修计划给出语音提示，提醒司机按时、准确操作；对于相邻门机距离过近给出防撞报警信号。
8、智能显示功能：
在车上驾驶室内安装触摸屏，以动画、数字或“指示灯”的形式显示各门机的实时位置和即将到达的闸孔号，其它相关功能显示。
第三章  技术指标
? 分辨率：5mm
? 非接触间隙：30mm～300mm
? 偏摆容差：±50mm
? 适应速度：≤200m/min
? 测量时间：0.8ms
? 输出形式： RS232、RS485、SSI、Profi-bus、I/O、Modbus、        
RJ45等
? 环境温度：－25℃～＋120℃（室外设备），0℃～＋50℃（室 
内设备）
? 环境湿度：≤95%（室外设备），≤85%（室内设备）
? 防护等级：IP54(可用于水下)
第四章  工作原理
格雷母线将电磁感应原理应用于位置检测和数据通信领域。格雷母线以相互靠近的扁平状的电缆和天线箱之间的电磁耦合来进行通信，并在通信的同时检测到天线箱在格雷母线长度方向上的位置。格雷母线由一对基准线（R线）和多对地址线（G线）按格雷码规律编排构成。地址线每隔一定步长交叉一次，构成格雷码规律编排的感应环线，基准线在整段格雷母线中不交叉。
1、格雷母线具有位置检测和数据通信两种功能：
①、格雷母线位置检测单元工作原理
格雷母线位置检测单元包括地址发射单元、天线箱、地址检测单元、格雷母线及安装辅件等部分。如下图以一对地址线和一对基准线组成的格雷母线加以说明：
     利用最简单的单匝线圈的感应原理,当天线箱线圈中通入交变电流时，在天线箱附近会产生交变磁场。格雷母线近似处在一个交变的、均匀分布的磁场中,每对格雷母线芯线会产生感应电动势。发射单元地址信号通过电磁耦合方式传送到格雷母线的感应环线上。地址检测单元对接收到的信号进行相位比较。交叉线的信号相位与平行线的信号相位相同，地址为“0”；交叉线的信号相位与平行线的信号相位相反，地址为“1”，这样感应的地址信息是格雷码排列,永不重复，由此确定移动站在格雷母线长度方向上的位置。
②、格雷母线数据通信单元工作原理
格雷母线数据通信单元包括发信机、天线箱、收信机、感应环线等部分。
在格雷母线中增加两对感应环线用于数据通信，通过电磁耦合在发信机和收信机之间传送信息，信息使用频率键控(FSK)方式调制，使用相干解调，标准通信速率4800bps或9600bps，通信误码率：10-7。
2、格雷母线位置检测有两种方式：
①、地上检测方式特点：移动站天线箱1为地址信号“发射天线”，固定站格雷母线芯线为地址信号“接收天线”；地址编码接收器在地面站，由固定站检测移动站的地址。
②、车上检测方式特点：固定站格雷母线芯线为地址信号“发射天线”，移动站天线箱1为地址信号“接收天线”；地址编码接收器在移动站上，移动站直接得到本机车的地址。
3、格雷母线位置检测的特点：
①、非接触工作方式：非接触工作方式，不怕抖动，无滑脱和磨损等故障，使用寿命长；
②、绝对位置检测：能够连续地、高精度地检测绝对地址，位置检测精度达5毫米，无滑差、抖动误差、可以实现移动机车自动行走和全自动操作；
③、通信适用范围广：通过电磁耦合来进行通信,不受环境条件限制，接收灵敏度高。例如在隧道内空间电磁波便很难传送 ，格雷母线能实现通信；
④、不受无管会管制；数据通信的载频为低频，所产生的电磁场只限于几米范围，辐射比工厂使用高频无线电通信系统容许的级别低，不需要向无管会申请即可使用；
⑤、兼容性好：位置检测和数据通信可以合用一根格雷母线电缆，施工方便、安装维护简单，占空间小，不影响现场外观，不改变现场设备；
⑥、抗干扰能力强：使用交叉扭绞结构及相位检测技术，天线箱与格雷母线两者间隙从30毫米到300毫米均可正常工作，不受环境噪音和接收信号电平波动的影响，能够在诸如铁矿石场等恶劣环境条件中长期可靠的工作。
⑦、适用于恶劣的工业环境：安装在室外的格雷母线电缆、天线箱、始端箱、终端箱和段间箱采用非金属材料制作而且采用密封工艺，耐酸、碱腐蚀，防护等级IP54，使用寿命长,可长期在日光和雨淋环境下使用。
第五章  系统应用领域
主要用于散状物料处理、矿山系统、堆场系统、矿石处理、装载系统，输送系统以及港口，电厂设备系统中门机精确定位和自动控制，如：港口料场堆取料设备定位装卸和集中监控；厂区料场、烧结厂、耐火厂门机的精确定位装卸和集中监控；焦化厂配煤盘、翻车机、叶轮给煤机的定位联锁；其它有轨移动设备的精确定位和集中监控。
第六章  系统描述
1、产品外观及构成
格雷母线位置检测系统包括地址编码发射器、地址编码接收器、格雷母线、天线箱四个部分。
2、格雷母线
格雷母线外形图如下：
 格雷母线标准规格有三种：AFC-ECG01-204每根204.8米,AFC-ECG01-102每根102.4米, AFC-ECG01-051每根51.2米；多根格雷母线可以连接起来达到所需的工程长度。
型号：AFC-ECG01-204/ AFC-ECG01-102/ AFC-ECG01-051
技术参数：
长度： 204.8/102.4/51.2米 
工作温度:－25℃～120℃；
重量：1.5公斤/米；
尺寸：宽147*厚17（mm）；
3、地址编码发生器
型号：AFC-AGO02-031/AFC-AGO02-039
AFC-AGO02-046/AFC-AGO02-062
技术参数：
工作频率：31 KHz；39 KHz；46KHz；62KHz；功率：5w
4、天线箱
型号：AFC-AGB02-31/AFC-AGB02-39
AFC-AGB02-46/AFC-AGB02-62
技术参数：
位置检测感应距离：水平方向30～300mm;上下方向±50mm；
工作频率：31KHz；39KHz；46KHz；62KHz；工作温度：－25℃～120℃；
天线箱尺寸为：高×宽×深=200*140*30(mm)；安装方式：悬挂式。
5、地址编码接收器
型号：AFC-AGA01-31-B/AFC-AGA01-39-B
AFC-AGA01-46-B/AFC-AGA01-62-B
技术参数：
输出接口：RS232/485；
适应速度：≤200M/min；
位置检测精度≤±5mm；
6 、始端箱、段间箱和终端箱
置于格雷母线的两端和中间。
型号：AFC-BXS01/AFC-BXS02；AFC-BXD01/AFC-BXD02；AFC-BXZ01/AFC-BXZ02
技术参数：
大小尺寸：高×宽×深=320*230*120（mm）;
7 、触摸屏
    安装在司机操作室，以动画、数字或“指示灯”的形式显示各门机的实时位置和即将到达的闸孔号，其它相关功能显示。
型号：MT510TV3   产地：台湾
8、上位机
    21寸液晶显示器及奔腾电脑主机，用于现场的集中监控和管理。在调度室对门机下达命令，实现门机远程操作。能实时显示及记录门机工作状态和工作位置。
9、工作示意图
发电厂供两台门机位置检测系统采用先进、可靠、成熟的格雷母线位置检测装置来实现。位置检测系统设备主要由二套地上控制系统、二套车上控制系统、二套位置检测天线、一套格雷母线（可以共用）、一套始端箱和一套终端箱等组成。发振装置的发振调制频率设计为31KHz；39KHz可调。其发振频率对其他电气设备不产生干扰。格雷母线采用格雷氏码编制而成，其绝对地址信息真实可靠，不会有误码，格雷母线位置检测系统设备分辨率5mm，格雷母线工作温度可达120℃，格雷母线的规格长度要充分考虑现场的施工条件。系统的结构图如下图所示：
 发电厂供两台门机门机的位置检测系统结构图
①、车载站：由地址编码发生器、天线箱等组成。
地址编码发生器：地址编码载波信号的发生和功率放大。
天线箱：天线箱将信号送给格雷母线标准线、交叉线。
②、地面站：由格雷母线、地址检测单元、通信转换单元等组成。
格雷母线：通过互感耦合检测地址编码载波信号；
地址检测单元：完成门机的位置地址信号的解码，并将解码后信号传到通信转换单元；
通信转换单元：完成485到RJ45(TCP/IP协仪)转换，并将转换后信号传到系统PLC。
第七章  交付文件及技术服务
所交付文件包括:
? 技术说明书:
? 技术方案;
? 操作说明书;
? 培训教材;
? 随设备一起的附带说明书;
? 与设备和工厂部分有关的文件;
? 安装资料;
技术服务包括:
? 设备操作及维护培训;指导安装.
第八章  使用案例
1、部分已使用厂家
? 济南钢铁第二烧结厂
? 宝钢股份1580热轧钢卷库及板坯库
? 武钢股份三炼钢行车无线数传系统
? 上海振华轨道式龙门起重机位置检测系统
? 邢台钢铁公司焦化厂
? 邯郸钢铁公司焦化厂
? 上海焦化有限公司
? 南钢炼铁新厂
2、其它现场图片
 第九章  采购指南
     用户可根据现场工矿和我公司销售人员进行交流，如：现场有几台门机？行程有多少米？要求定位精度多少毫米？信号传输距离？PLC品牌？系统接口方式？控制室是否需要上位机？司机室是否需要触摸屏？需要说明的是一条格雷母线可以供多台门机使用，由此可以节约费用。