本實用新型涉及一種燃煤火力發(fā)電廠數(shù)字化煤場無線電定位系統(tǒng)，尤其涉及一種采用UWB技術(shù)的燃煤火力發(fā)電廠數(shù)字化煤場無線電定位系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，國內(nèi)燃煤火力發(fā)電廠來煤情況復(fù)雜，運輸方式多樣，鍋爐基本上采用優(yōu)、劣煤混配摻燒的方式，以達到降低火力發(fā)電成本的目的。由于煤場管理技術(shù)水平有限，不同品質(zhì)的燃煤堆放混亂，因此無法準(zhǔn)確知曉各煤種的精確堆放位置、堆放時間、庫存量及品質(zhì)信息，從而直接影響鍋爐配煤摻燒、資產(chǎn)核算和效益分析的準(zhǔn)確性。堆取料機是輸煤系統(tǒng)中取煤和堆煤的重要設(shè)備之一，堆取料機定位的準(zhǔn)確性是數(shù)字化煤場管理系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

傳統(tǒng)堆取料機普遍采用編碼器定位方式，個別電廠也采用GPS定位方式，但是這些定位方式都存在問題。編碼器定位是通過在臺堆取料機的行程、旋轉(zhuǎn)、俯仰機構(gòu)上分別安裝相應(yīng)編碼器，實現(xiàn)堆取料機主機位置、大臂旋轉(zhuǎn)角度、大臂俯仰角度的定位，其主要缺點為：1）編碼器在室外環(huán)境下長距離使用時，存在較大的累計誤差，定位精度差；2）安裝現(xiàn)場電磁環(huán)境復(fù)雜，易發(fā)生信號干擾。GPS定位方式是通過接收GPS衛(wèi)星信號實現(xiàn)定位，其主要缺點為：1）某些電廠建設(shè)位置偏僻，存在無信號或弱信號的情況，同時信號受天氣影響比較大，無法保證定位精度；2）隨著環(huán)保要求進一步提高，新建電廠要求同步建設(shè)干煤棚，現(xiàn)有電廠要求對煤場進行干煤棚改造，而GPS定位無法在有煤棚的煤場中使用。

針對目前堆取料機定位存在的缺點，有必要選用更準(zhǔn)確及可靠的定位方式來實現(xiàn)堆取料機的高精度定位。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種采用UWB無線電定位技術(shù)的定位系統(tǒng)，能有效提高定位精度。

本實用新型為解決上述技術(shù)問題所提出的技術(shù)方案為：一種燃煤火力發(fā)電廠數(shù)字化煤場UWB無線電定位系統(tǒng)，用于定位煤場中的堆取料機、推煤機、運煤車輛或工作人員的位置，包括設(shè)置于煤場四周的固定基站、移動標(biāo)簽和定位系統(tǒng)服務(wù)器；所述固定基站、移動標(biāo)簽和定位系統(tǒng)服務(wù)器通過通信網(wǎng)絡(luò)連接；所述移動標(biāo)簽安裝在堆取料機、推煤機、運煤車輛上或由工作人員攜帶，用于發(fā)出UWB信號；所述固定基站用于接收UWB信號并將UWB信號傳輸?shù)蕉ㄎ幌到y(tǒng)服務(wù)器；所述定位系統(tǒng)服務(wù)器用于處理UWB信號，判定移動標(biāo)簽的位置。

對上述技術(shù)方案的進一步改進為：所述固定基站至少設(shè)有三個。

對上述技術(shù)方案的進一步改進為：還包括同步控制器，該同步控制器分別與各固定基站和定位系統(tǒng)服務(wù)器連接，用于向固定基站發(fā)送同步控制命令，并協(xié)調(diào)定位時序，匯集固定基站定位數(shù)據(jù)傳輸?shù)蕉ㄎ幌到y(tǒng)服務(wù)器；所述固定基站通過單模光纖與同步控制器連接，所述同步控制器通過單模光纖與定位系統(tǒng)服務(wù)器連接。

對上述技術(shù)方案的進一步改進為：還包括遠(yuǎn)程監(jiān)控上位機，所述遠(yuǎn)程監(jiān)控上位機通過以太網(wǎng)與定位系統(tǒng)服務(wù)器連接，遠(yuǎn)程監(jiān)控上位機可將定位信息通過二維圖模擬顯示。

上述技術(shù)方案中移動標(biāo)簽可安裝在堆取料機、推煤機和運煤車輛上，或者可固定于工作人員身上，也可由工作人員手持，這樣就可以定位在煤場內(nèi)的設(shè)備和人員的位置信息，并將定位信息通過二維圖模擬顯示，做到對設(shè)備和人員的實時監(jiān)控。

本實用新型技術(shù)方案的技術(shù)效果為：

采用UWB無線電定位技術(shù)，對煤場的堆取料機、推煤機、運煤車輛、工作人員等位置的定位精度可達到5～10cm，且不易受現(xiàn)場環(huán)境影響，具備極強的抗干擾能力，具有對信道衰落不敏感、發(fā)射信號功率譜密度低、低截獲能力、系統(tǒng)復(fù)雜度低等優(yōu)點；同時通過遠(yuǎn)程監(jiān)控上位機將設(shè)備和人員的定位信息通過二維圖模擬顯示，可遠(yuǎn)程實時監(jiān)控。

附圖說明

圖1為實施例1中固定基站、移動標(biāo)簽布置示意圖；

圖2為實施例2固定基站、移動標(biāo)簽布置示意圖；

圖3為TDOA算示意圖；

圖4為本實用新型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。

圖中：1-同步控制器，21-低處固定基站，22-高處固定基站，3-移動標(biāo)簽，4-待定位堆取料機。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖以及具體實施例對本實用新型進行詳細(xì)說明。

實施例1

本實施例的燃煤火力發(fā)電廠數(shù)字化煤場UWB無線電定位系統(tǒng)，包括設(shè)置于煤場四周的固定基站、移動標(biāo)簽、同步控制器、定位系統(tǒng)服務(wù)器和遠(yuǎn)程監(jiān)控上位機，移動標(biāo)簽用于發(fā)出UWB信號，固定基站用于接收UWB信號并將UWB信號傳輸?shù)蕉ㄎ幌到y(tǒng)服務(wù)器，固定基站通過單模光纖與同步控制器連接，同步控制器通過單模光纖與定位系統(tǒng)服務(wù)器連接；同步控制器用于向固定基站發(fā)送同步控制命令，協(xié)調(diào)定位時序，匯集固定基站定位數(shù)據(jù)并傳輸?shù)蕉ㄎ幌到y(tǒng)服務(wù)器，遠(yuǎn)程監(jiān)控上位機通過以太網(wǎng)與定位系統(tǒng)服務(wù)器連接，遠(yuǎn)程監(jiān)控上位機可將定位信息通過二維圖模擬顯示。

如圖1所示，本實施例以條形煤場為例，選用的移動標(biāo)簽3，其UWB信號發(fā)送距離為150米，固定基站信號接收范圍為120米，移動標(biāo)簽3設(shè)置于待定位堆取料機4上。

本實施例中煤場大小為300米（長）×120米（寬），煤堆最大高度約12米，煤場儲量為20萬噸。為保證待定位堆取料機4定位精度，移動標(biāo)簽3發(fā)出的UWB信號需要在任意位置同時被3個或3個以上固定基站所接收，固定基站與移動標(biāo)簽之間的距離不能超過100米。

固定基站均勻分布在煤場周邊，共設(shè)有12臺，其中低處固定基站21設(shè)有8臺，架設(shè)高度應(yīng)不低于12米；高處固定基站22設(shè)有4臺，架設(shè)應(yīng)結(jié)合堆取料機以及支臂最高上升高度而定，一般不低于16米；同步控制器1用量為1臺。固定基站通過U型卡件直接固定在安裝支架上，有煤棚的煤場，固定基站安裝在煤棚上；有擋煤墻的煤場，安裝在擋煤墻上方；對于四周無任何安裝支點的煤場，通過立桿的方式安裝固定基站。

本實施例為獲取待定位堆取料機4的堆取料位置信息和姿態(tài)信息，在待定位堆取料機4大臂前端、主體適當(dāng)位置各安裝一個移動標(biāo)簽。

實施例2

如圖2所示，本實施例以圓形煤場為例，煤場直徑為110米，煤堆最大高度約14米，煤場儲量為14萬噸，選用的移動標(biāo)簽UWB信號發(fā)送距離為150米，固定基站信號接收范圍為120米。

本實施例中固定基站用量為5臺，其中低處固定基站21設(shè)有4臺，架設(shè)高度應(yīng)不低于14米；高處固定基站22設(shè)有1臺，安裝于棚頂，高度約為20米；同步控制器1用量為1臺。移動標(biāo)簽3安裝在待定位堆取料機4的堆料臂、取料臂的前端。

上述各實施例中，為了進一步提高定位精度，定位系統(tǒng)服務(wù)器還可以采用TDOA算法來計算移動標(biāo)簽的坐標(biāo)位置。

上述各實施例中，同步控制器協(xié)調(diào)整個定位網(wǎng)絡(luò)，配有光纖口，用于連接固定基站的同步口，每個端口最多可串接10個固定基站，因此一臺同步控制器可控制40臺固定基站；另外一個預(yù)留口是用于連接通用的標(biāo)準(zhǔn)口，將Reader傳送來的到達時間差（TDOA）數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)給定位系統(tǒng)服務(wù)器，使固定基站以及定位軟件協(xié)同工作，使得整個定位網(wǎng)絡(luò)工作在一個同步狀態(tài)。

同步控制器用于向全網(wǎng)固定基站發(fā)送同步控制命令，協(xié)調(diào)定位時序；匯集各固定基站定位數(shù)據(jù)并傳輸?shù)蕉ㄎ幌到y(tǒng)服務(wù)器；發(fā)送定位系統(tǒng)標(biāo)識信號喚醒入網(wǎng)標(biāo)簽并動態(tài)設(shè)置標(biāo)簽參數(shù)；發(fā)送定位控制指令至各工作標(biāo)簽，安排標(biāo)簽定位時序；接收各工作標(biāo)簽傳輸數(shù)據(jù)；接收各固定基站傳輸?shù)臄?shù)據(jù)并發(fā)送給定位引擎，供定位引擎計算并移動標(biāo)簽。

TDOA算法原理如圖3所示，目標(biāo)發(fā)出的電磁波信號被一組觀測站所接收，它們所得到的波達時間的差異。由于有著傳播時間相減的過程，不需要被測移動站（Ms）與觀測基站（Bs）之間時間同步，僅需要多個觀測基站（Bs）之間時間同步。TDOA描述的目標(biāo)移動站的可能位置（R），是目標(biāo)到兩個觀測基站恒定時間差所能形成的雙曲線，多組TDOA能夠提供多組雙曲線的交點，從而定出目標(biāo)的位置。同樣，在實際情況下，交點不會完全重合，這就有了定位算法中的最優(yōu)估計問題。TDOA由于巧妙設(shè)計的求差過程，會抵消其中很大一部分的時間誤差和多徑效應(yīng)帶來的誤差，因而可以大大提高定位的精確度。

如圖4所示，固定在煤場四周的固定基站通過光纖網(wǎng)絡(luò)接入到同步控制器的同步口，同步控制器的另外一個標(biāo)準(zhǔn)RJ45通信口，通過光纖接入到位于機房的定位系統(tǒng)服務(wù)器，遠(yuǎn)程監(jiān)控上位機通過以太網(wǎng)連接定位系統(tǒng)服務(wù)器。

上述各實施例中定位系統(tǒng)服務(wù)器上還安裝有定位引擎軟件，通過該軟件可以很方便的對UWB無線高精度定位系統(tǒng)的定位情況映射在煤場模型中的相對位置，將煤場模型以二維地圖的形式展示在界面上，該軟件系統(tǒng)除了可以高清晰度的動態(tài)展示，還可設(shè)定系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)、管理定位系統(tǒng)內(nèi)的固定基站和移動標(biāo)簽等。

定位引擎軟件功能中包括實時定位功能、標(biāo)簽管理功能、固定基站坐標(biāo)系設(shè)置功能以及延時設(shè)置功能等。實時定位功能是本軟件的核心功能，能夠?qū)⒂脩粜枰獙嶋H定位區(qū)域平面圖的動態(tài)定位情況實時的顯示在該軟件上，從而能夠清晰的查看該定位系統(tǒng)的工作情況；標(biāo)簽管理功能主要是對整套定位系統(tǒng)中標(biāo)簽的ID號、名稱等進行設(shè)置管理；固定基站坐標(biāo)系設(shè)置功能是對系統(tǒng)中的固定基站的實際物理坐標(biāo)進行設(shè)置；固定基站延時設(shè)置功能是對固定基站相對于某一個參考位置的固定基站在實際定位過程中的延時進行修正。

上述各實施例中在堆取料機司機室內(nèi)還安裝堆取料指導(dǎo)應(yīng)用終端，實時獲取定位系統(tǒng)服務(wù)器的移動標(biāo)簽的定位信息，在應(yīng)用終端顯示屏上顯示堆取料機在煤場范圍內(nèi)的空間位置和姿態(tài)，直觀展現(xiàn)給運行人員進行堆取料操作，提高堆煤和取煤精度。輸煤程控室通過網(wǎng)絡(luò)下發(fā)堆取料作業(yè)任務(wù)，堆取料機駕駛?cè)藛T接收到任務(wù)作業(yè)單后進行作業(yè)，作業(yè)過程通過堆取料機定位系統(tǒng)實時在輸煤程控室顯示，整個過程在有效的監(jiān)督下進行，使得堆取料機堆取料作業(yè)形成“下達—執(zhí)行—監(jiān)督反饋—記錄”的完整管控程序。

上述各實施例中還可將移動標(biāo)簽安裝于推煤機、運煤車輛或人員上，可實現(xiàn)對進出煤場的設(shè)備和人員進行實時定位，通過動畫的形式在遠(yuǎn)程監(jiān)控上位機上展示，做到進出煤場的設(shè)備和人員位置可控，進而確保人員和設(shè)備的安全。

上述各實施例對煤場的堆取料機、推煤機、運煤車輛、工作人員的定位精度可達到5～10cm，且不易受現(xiàn)場環(huán)境影響，具備極強的抗干擾能力，具有對信道衰落不敏感、發(fā)射信號功率譜密度低、低截獲能力、系統(tǒng)復(fù)雜度低等優(yōu)點；同時通過遠(yuǎn)程監(jiān)控上位機將設(shè)備和人員的定位信息通過二維圖模擬顯示，可遠(yuǎn)程實時監(jiān)控。

本實用新型的燃煤火力發(fā)電廠數(shù)字化煤場UWB無線電定位系統(tǒng)不局限于上述各實施例，凡采用等同替換方式得到的技術(shù)方案均落在本實用新型要求保護的范圍內(nèi)。