专利名称：：基于gps精确授时的轨道式群吊同步系统及方法
技术领域：
：本发明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(GlobalPositioningSystem)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。本发明提供了一种基于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。本发明涉及一种利用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
背景技术：
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发明内容包括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。本发明利用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(GlobalPositionSystem,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。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[k]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发明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，本发明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[k]数组，所有的x[k]均为l，其中在本系统中k的取值范围为029;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>tableseeoriginaldocumentpage6</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(blockcheckcharcter):从帧起始符开始(包括帧起始符)到校验码之前的所有各字节的异或校验。二、协议具体内容1、查询终端设备的自检状态命令字0x30数据域长度下行为0，上行为1下行68HXXH00H30H00HBCC上行68HXXH01H30H01H**HBCC通信方式轮询应用设备工作前的状态检查注:XXH表示终端终端号;BCC为校验码，下行数据总长度为8字节(bytes);上行数据中16进制的**代表当前终端设备的状态，其中0X00表示正常；OX01表7JS机械故障；0X02代表电器故障。2、设置终端运行速度命令字0x31数据域长度下行为2，上行为l下行68HXXH00H31H02H$$H##HBCC上行68HXXH01H31H01H**HBCC通信方式轮询应用设置终端设备的运行速度注:XXH表示终端终端号;BCC为校验码，下行数据总长度为10字节(bytes),其中数据位为2bytes，发送给终端速度值，单位是毫米/秒，具体为高字节在前，低字节在后；上行数据中16进制的^代表当前PLC设备的状态，其中OXOO表示正常；OX01表示机械故障；0X02代表电器故障。3、设置PLC设备目标位置命令字0x32数据域长度下行为2，上行为l，单位字节。下行68HXXH00H32H02H$$H##HBCC上行68HXXH01H32H01H**HBCC通信方式轮询应用控制终端设备回归起始位置，做吊装前的准备，终端设备归位后发上行消息。注XXH表示终端终端号;BCC为校验码，下行数据总长度为8字节(bytes)，其中数据位为2bytes，发送该终端的目标位置，单位是毫米，具体为高字节在前，低字节在后；上行数据中16进制的"代表终端设备执行命令结果，其中0X00表示正确执行；OX01表示机械故障；0X02代表电器故障。4、设置终端设备启动命令字0x33数据域fc度下行为2，上行为l，单位字节。下行68HXXHOOH33H02H$$H##HBCC上行68HXXH01H33H01H**HBCC通信方式轮询应用控制终端设备启动注XXH表示终端终端号;BCC为校验码，下行数据总长度为8字节(bytes)，其中数据位为2bytes，发送该终端设备同时启动的时间，单位是毫秒，具体为高字节在甜，低字节在后上行数据中16进制的**代表终端设备执行命令结果，其中OXOO表示正确执行；OX01表示机械故障；0X02代表电器故障。5、读取终端设备当前的位置命令字0x34数据域长度下行为O字节，上行为3字节。下行68HXXHOOH34HOOHBCC上行68HXXH01H34H02H**H**HBCC通信方式轮询-应用读取终端设备当前的位置注XXH表示终端终端号；BCC为校验码，下行数据总长度为O字节(bytes),上行数据域为2bytes，^H,^H代表各个终端设备位置的坐标，单位是毫米，高字节在前，低字节在后。6、同歩终端设备报文命令字0x35数据域长度下行为2，上行为l，单位字节。下行68HXXH00H35H02H$$H##HBCC上行68HXXH01H35H01H**HBCC通信方式轮询应用提示终端设备的同步信息注BCC为校验码，下行数据总长度为8字节(bytes)，其中数据位为2bytes，$$11,糾H代表各个最新读取的GPS设备当前的时间，单位是毫秒，高字节在前，低字节在后。权利要求1、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。2、利用权利要求1所述的基于GPS精确授时的轨道式群吊同步系统进行群吊的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤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机继续通过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，进而使各个吊车同步运动；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。2、利用权利要求1所述的基于GPS精确授时的轨道式群吊同步系统进行群吊的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤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机继续通过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。全文摘要本发明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。文档编号G05B19/418GK101520659SQ20091008080公开日2009年9月2日申请日期2009年3月20日优先权日2009年3月20日发明者啸王,陈东升申请人:北京工业大学