一、格雷母線技術(shù)
格雷母線將電磁感應(yīng)原理應(yīng)用于位置檢測(cè)和數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域。格雷母線以相互靠近的扁平狀的電纜和天線箱之間的電磁耦合來進(jìn)行通信，并在通信的同時(shí)檢測(cè)到天線箱在格雷母線長度方向上的位置。
格雷母線由一對(duì)基準(zhǔn)線（R線）和多對(duì)地址線（G線）按格雷碼規(guī)律編排構(gòu)成。地址線每隔一定步長交叉一次，構(gòu)成格雷碼規(guī)律編排的感應(yīng)環(huán)線，基準(zhǔn)線在整段格雷母線中不交叉。
格雷母線通信定位裝置由位置檢測(cè)單元和數(shù)據(jù)通信單元組成。
1、格雷母線位置檢測(cè)單元工作原理
格雷母線位置檢測(cè)單元包括地址發(fā)射單元、天線箱、地址檢測(cè)單元、格雷母線及安裝輔件等部分。
利用最簡單的單匝線圈的感應(yīng)原理,當(dāng)天線箱線圈中通入交變電流時(shí)，在天線箱附近會(huì)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。格雷母線近似處在一個(gè)交變的、均勻分布的磁場(chǎng)中,每對(duì)格雷母線芯線會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。發(fā)射單元地址信號(hào)通過電磁耦合方式傳送到格雷母線的感應(yīng)環(huán)線上。
地址檢測(cè)單元對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行相位比較。交叉線的信號(hào)相位與平行線的信號(hào)相位相同，地址為“0”;交叉線的信號(hào)相位與平行線的信號(hào)相位相反，地址為“1”，這樣感應(yīng)的地址信息是格雷碼排列,永不重復(fù)，由此確定移動(dòng)站在格雷母線長度方向上的位置。
2、格雷母線數(shù)據(jù)通信單元工作原理
格雷母線數(shù)據(jù)通信單元包括發(fā)信機(jī)、天線箱、收信機(jī)、感應(yīng)環(huán)線等部分。
在格雷母線中增加兩對(duì)感應(yīng)環(huán)線用于數(shù)據(jù)通信，通過電磁耦合在發(fā)信機(jī)和收信機(jī)之間傳送信息，信息使用頻率鍵控（FSK）方式調(diào)制，使用相干解調(diào)，標(biāo)準(zhǔn)通信速率4800bps或9600bps，通信誤碼率：10-7。
3、格雷母線通信定位裝置特點(diǎn)
（1）非接觸工作方式：非接觸工作方式，無滑脫和磨損等故障;
（2）絕對(duì)位置檢測(cè)：能夠連續(xù)地、高精度地檢測(cè)絕對(duì)地址，位置檢測(cè)精度達(dá)5毫米，可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)車自動(dòng)行走和全自動(dòng)操作;
（3）通信適用范圍廣：通過電磁耦合來進(jìn)行通信,不受環(huán)境條件限制，接收靈敏度高。例如在隧道內(nèi)空間電磁波便很難傳送 ，格雷母線能實(shí)現(xiàn)通信;
（4）不受無管會(huì)管制;數(shù)據(jù)通信的載頻為低頻，所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)只限于幾米范圍，輻射比工廠使用高頻無線電通信系統(tǒng)容許的級(jí)別低，不需要向無管會(huì)申請(qǐng)即可使用;
（5）兼容性好：位置檢測(cè)和數(shù)據(jù)通信可以合用一根格雷母線電纜，施工方便、安裝維護(hù)簡單，占空間小，不影響現(xiàn)場(chǎng)外觀，不改變現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備;
（6）抗干擾能力強(qiáng)：使用交叉扭絞結(jié)構(gòu)及相位檢測(cè)技術(shù)，天線箱與格雷母線兩者間隙從30毫米到300毫米均可正常工作，不受環(huán)境噪音和接收信號(hào)電平波動(dòng)的影響，能夠在諸如鐵礦石場(chǎng)等惡劣環(huán)境條件中長期可靠的工作;
（7）適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境：安裝在室外的格雷母線電纜、天線箱、始端箱、終端箱和段間箱采用非金屬材料制作而且采用密封工藝，耐酸、堿腐蝕，防護(hù)等級(jí)IP54，使用壽命長。
二、格雷母線位移傳感器
1、格雷母線位移傳感器部件
● 格雷母線電纜：
格雷母線電纜由芯線、模芯和護(hù)套構(gòu)成。護(hù)套使用氯丁橡膠材料，格雷母線電纜長度由25.6米、51.2米、102.4米、204.8米多種規(guī)格，多根格雷母線電纜可通過段間箱連接拼接以滿足工程需要。
● 地址編碼發(fā)射器：產(chǎn)生地址載波信號(hào)。內(nèi)含發(fā)振器、功率放大器、阻抗匹配器等，以同頻率分時(shí)方式分別將地址信號(hào)送給格雷母線基準(zhǔn)線和地址線。
● 地址編碼接收器：完成機(jī)車位置檢測(cè)和數(shù)據(jù)通信。內(nèi)含地址檢測(cè)單元、通信控制單元等，通過可編程邏輯電路全硬件方式實(shí)現(xiàn)地址解析，速度快，可靠性高。
● 天線箱：與格雷母線單匝線圈形成互感，完成地址檢測(cè)和感應(yīng)通信。格雷母線位移傳感器有兩類天線箱，天線箱1用于地址檢測(cè)，天線箱2用于感應(yīng)通信。
● 感應(yīng)通信單元：內(nèi)含發(fā)信機(jī)、收信器等，實(shí)現(xiàn)地面站和移動(dòng)站之間的雙向數(shù)據(jù)傳遞。信息使用頻率鍵控（FSK）方式調(diào)制，使用相干解調(diào)，標(biāo)準(zhǔn)通信速率4800bps或9600bps，通信誤碼率：10-7。
● 安裝輔件：用于現(xiàn)場(chǎng)固定格雷母線電纜
2 典型設(shè)備配置
地上檢測(cè)方式的特點(diǎn)：
① 移動(dòng)站天線箱1為地址信號(hào)“發(fā)射天線”，固定站格雷母線芯線為地址信號(hào)“接收天線”;
② 地址編碼接收器在地面站，由地面站檢測(cè)移動(dòng)站的地址。
車上檢測(cè)方式的特點(diǎn)：
① 固定站格雷母線芯線為地址信號(hào)“發(fā)射天線”，移動(dòng)站天線箱1為地址信號(hào)“接收天線”;
② 地址編碼接收器在移動(dòng)站上，移動(dòng)站直接得到本機(jī)車的地址。
三、格雷母線通信定位裝置用于起重機(jī)定位控制系統(tǒng)
1、格雷母線起重機(jī)通信定位裝置構(gòu)建模塊
（1）、起重機(jī)走行位置檢測(cè)： 格雷母線電纜安裝在起重機(jī)軌道旁，地址檢測(cè)采用車上檢測(cè)方式，地面站地址發(fā)射器通過格雷母線電纜芯線發(fā)射地址信號(hào)，起重機(jī)上的地址編碼接收器直接得到本機(jī)走行方向的位置;
（2）、起重機(jī)小車走行位置檢測(cè)：格雷母線電纜安裝在起重機(jī)小車軌道旁，地址檢測(cè)采用地上檢測(cè)方式，地址發(fā)射器和地址編碼接收器都安裝在起重機(jī)上，起重機(jī)直接得到本機(jī)起重機(jī)小車的位置。
地址檢測(cè)單元輸出與中控PLC系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)起重機(jī)自動(dòng)走行，自動(dòng)堆取料。同時(shí)可防止起重機(jī)兩端掉道，防止起重機(jī)發(fā)生碰撞等事故。
（3）、起重機(jī)感應(yīng)通信技術(shù)：格雷母線電纜中增加兩對(duì)感應(yīng)環(huán)線用于數(shù)據(jù)感應(yīng)通信，地面站感應(yīng)通信單元直接與遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)相連，車上感應(yīng)通信單元與起重機(jī)上PLC相連,通過感應(yīng)通信方式實(shí)現(xiàn)起重機(jī)與地面監(jiān)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的雙向通信。使用頻率鍵控（FSK）方式調(diào)制，使用相干解調(diào)，標(biāo)準(zhǔn)通信速率4800bps或9600bps，通信誤碼率<10-7。位置檢測(cè)和數(shù)據(jù)通信可以合用一根格雷母線電纜，施工方便、安裝維護(hù)簡單，占空間小，不影響現(xiàn)場(chǎng)外觀，不改變現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。
所有實(shí)時(shí)工況均在一臺(tái)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)屏幕上顯示，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)起重機(jī)的集中監(jiān)視和控制。
2、格雷母線起重機(jī)通信定位裝置的主要功能
（1）、實(shí)現(xiàn)起重機(jī)走行位置檢測(cè)和起重機(jī)小車走行位置檢測(cè);
（2）、可以實(shí)現(xiàn)起重機(jī)自動(dòng)走行，自動(dòng)堆取料;
（3）、實(shí)現(xiàn)起重機(jī)與地面計(jì)算機(jī)的雙向通信;
（4）、本起重機(jī)的位置指示，可防止起重機(jī)兩端掉道;
（5）、其他起重機(jī)的位置指示，防止起重機(jī)發(fā)生碰撞等事故。
3、系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)
（1）、適應(yīng)速度： 0-200m/min;
（2）、位置檢測(cè)精度：連續(xù)的絕對(duì)位置檢測(cè)，檢測(cè)精度10mm;
（3）、通信波特率：全雙工通信，9600bps;
（4）、通信誤碼率：<10-7;
（5）、信息調(diào)制方式：FSK方式;
（6）、工作溫度：-20℃～+70℃。
格雷母線起重機(jī)通信定位裝置，不僅適用于原料場(chǎng)移動(dòng)機(jī)的控制，而且對(duì)于無人操作的往返移動(dòng)機(jī)械的位置控制，如集裝箱堆場(chǎng)吊車，門式起重機(jī)，橋式起重機(jī)，卸船機(jī)，場(chǎng)橋，天車，吊車等有軌機(jī)車的自動(dòng)走行、自動(dòng)定位、掉道、防碰撞、集中監(jiān)視和控制等的場(chǎng)合。該裝置可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)車自動(dòng)行走和全自動(dòng)操作;
目前該系統(tǒng)已在武鋼工業(yè)港鐵礦石混勻堆料機(jī)安裝使用。使用本系統(tǒng)后，實(shí)現(xiàn)了堆取料機(jī)自動(dòng)走行，自動(dòng)堆料，效果良好。
四、格雷母線通信定位裝置用于列車運(yùn)行控制系統(tǒng)
1. 列車運(yùn)行控制系統(tǒng)構(gòu)成
完整的應(yīng)用格雷母線通信定位裝置構(gòu)成的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由管理層、操作層、執(zhí)行層3個(gè)層次組成：
應(yīng)用格雷母線通信定位裝置構(gòu)成的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)采用的是“移動(dòng)閉塞”技術(shù)，利用交叉感應(yīng)環(huán)線完成列車和地面信號(hào)設(shè)備間的雙向數(shù)據(jù)通信。地面信號(hào)設(shè)備可以得到每一列車連續(xù)的位置信息，并據(jù)此計(jì)算出每一列車的運(yùn)行權(quán)限，動(dòng)態(tài)更新發(fā)送給列車，列車根據(jù)接收到的運(yùn)行權(quán)限和自身的運(yùn)行狀態(tài)，計(jì)算出列車運(yùn)行的速度曲線，實(shí)現(xiàn)完全防護(hù)的列車運(yùn)行模式。
2. 感應(yīng)環(huán)線提供列車與地面信號(hào)設(shè)備的通信
感應(yīng)環(huán)線按一定間隔沿軌道鋪設(shè)（如25m），地面站感應(yīng)通信單元直接與地面信號(hào)設(shè)備相連，它記錄了速度限制、列車位置、列車速度、發(fā)車間隔等信息。車上感應(yīng)通信單元與車載設(shè)備控制器相連，使用頻率鍵控（FSK）方式調(diào)制，使用相干解調(diào)，標(biāo)準(zhǔn)通信速率4800bps或9600bps，通信誤碼率<10-7。施工方便、安裝維護(hù)簡單，占空間小，不影響現(xiàn)場(chǎng)外觀，不改變現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。
通過感應(yīng)通信方式實(shí)現(xiàn)列車與地面間的雙向通訊，列車在線路中的位置需要列車通過車載里程儀 （ 借助電纜環(huán)的交叉點(diǎn)同步） 測(cè)量后經(jīng)感應(yīng)通信送到車站控制設(shè)備，車站控制設(shè)備再將這一信息轉(zhuǎn)發(fā)給后續(xù)列車，后續(xù)列車知道了前行列車的位置，可根據(jù)事先定義的安全行車原則，保持行車間距，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)閉塞。
基于感應(yīng)環(huán)線通信的移動(dòng)閉塞系統(tǒng)，它可以實(shí)現(xiàn)列車自動(dòng)駕駛、定點(diǎn)停車、無人自動(dòng)折返及按列車時(shí)刻表自動(dòng)運(yùn)行等功能。系統(tǒng)的硬件設(shè)備簡單。具有列車定位精度更高，安裝調(diào)試簡單，利于擴(kuò)展，維修工作量小等特點(diǎn)。
3. 格雷母線通信定位裝置實(shí)現(xiàn)列車站臺(tái)精確定位
在車站上，格雷母線電纜安裝在軌道中間，檢測(cè)列車在車站的運(yùn)行地址，具有位置檢測(cè)精度高、檢測(cè)速度快、絕對(duì)地址可靠，不受外部環(huán)境影響等特點(diǎn)。采用格雷母線通信定位裝置，可以幫助調(diào)度人員和機(jī)車駕駛員掌握移動(dòng)列車實(shí)時(shí)精確地址，實(shí)現(xiàn)列車站臺(tái)精確定位，系統(tǒng)檢測(cè)精度0.25m。
格雷母線電纜中增加兩對(duì)感應(yīng)環(huán)線用于數(shù)據(jù)通信，地面站感應(yīng)通信單元直接與地面信號(hào)設(shè)備相連, 車上感應(yīng)通信單元與車載設(shè)備控制器相連,通過感應(yīng)通信方式實(shí)現(xiàn)列車與地面站間的雙向通訊。使用頻率鍵控（FSK）方式調(diào)制，使用相干解調(diào)，標(biāo)準(zhǔn)通信速率4800bps或9600bps，通信誤碼率<10-7。位置檢測(cè)和數(shù)據(jù)通信可以合用一根格雷母線電纜，施工方便、安裝維護(hù)簡單，占空間小，不影響現(xiàn)場(chǎng)外觀，不改變現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。
4、系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)
（1）、適應(yīng)速度： 0-100km/h;
（2）、位置檢測(cè)精度：連續(xù)的絕對(duì)位置檢測(cè)，檢測(cè)精度0.25m;
（3）、通信波特率：全雙工通信，9600bps;
（4）、通信誤碼率：<10-7;
（5）、信息調(diào)制方式：FSK方式;
（6）、工作溫度：-20℃～+70℃。
五、格雷母線通信定位裝置用于自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)
1、完整的應(yīng)用格雷母線通信定位裝置構(gòu)成的自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)
應(yīng)用格雷母線通信定位裝置構(gòu)成的自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)可分成三級(jí)，即系統(tǒng)級(jí)、管理監(jiān)控級(jí)和設(shè)備控制級(jí)。
系統(tǒng)級(jí)：通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為更高層的ERP系統(tǒng)提供生產(chǎn)和物流組織狀態(tài)及物資庫存信息，還能夠根據(jù)ERP系統(tǒng)下達(dá)的生產(chǎn)計(jì)劃和指令對(duì)生產(chǎn)和物流的組織進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。
管理監(jiān)控級(jí)：用于對(duì)自動(dòng)化立體倉庫系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度管理。采用流行的“客戶服務(wù)器”方式，服務(wù)器用來存儲(chǔ)倉庫貨物的各種信息，操作員以客戶機(jī)完成出入庫管理。
設(shè)備控制級(jí)：對(duì)各種自動(dòng)化立體倉庫設(shè)備進(jìn)行控制。管理監(jiān)控級(jí)將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的指令分解、下發(fā)給設(shè)備控制級(jí)，完成對(duì)物流系統(tǒng)底層設(shè)備的控制，設(shè)備控制級(jí)將現(xiàn)場(chǎng)物流信息通過管理監(jiān)控級(jí)上報(bào)系統(tǒng)級(jí)管理。
2、技術(shù)特點(diǎn)：
（1）、堆垛機(jī)格雷母線定位技術(shù)：包括行走方向的地址和提升方向的地址。
堆垛機(jī)行走方向的地址檢測(cè)：格雷母線電纜安裝在地面的軌道旁，采用車上檢測(cè)方式，地面站地址發(fā)射器通過格雷母線電纜芯線發(fā)射地址信號(hào)，堆垛機(jī)上的地址編碼接收器直接得到本機(jī)行走方向的地址;
堆垛機(jī)提升方向的地址檢測(cè)：格雷母線電纜安裝在堆垛機(jī)立柱上，采用地上檢測(cè)方式，地址發(fā)射器和地址編碼接收器都安裝在堆垛機(jī)上，堆垛機(jī)直接得到本機(jī)提升方向的地址。
行走方向的地址和提升方向的地址直接輸出到堆垛機(jī)PLC系統(tǒng)，地址檢測(cè)精度為5毫米，可以實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)自動(dòng)走行，自動(dòng)堆取貨物。
（2）、堆垛機(jī)感應(yīng)通信技術(shù)： 格雷母線電纜中增加兩對(duì)感應(yīng)環(huán)線用于數(shù)據(jù)通信，地面站感應(yīng)通信單元直接與地上計(jì)算機(jī)相連, 車上感應(yīng)通信單元與堆垛機(jī)上PLC相連,通過感應(yīng)通信方式實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)與地面計(jì)算機(jī)的雙向通訊。使用頻率鍵控（FSK）方式調(diào)制，使用相干解調(diào)，標(biāo)準(zhǔn)通信速率4800bps或9600bps，通信誤碼率<10-7。位置檢測(cè)和數(shù)據(jù)通信可以合用一根格雷母線電纜，施工方便、安裝維護(hù)簡單，占空間小，不影響現(xiàn)場(chǎng)外觀，不改變現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。
（3）、堆垛機(jī)控制技術(shù)：格雷母線定位裝置+變頻器閉環(huán)調(diào)速控制。
根據(jù)格雷母線定位裝置測(cè)量反饋的當(dāng)前速度信號(hào)適時(shí)調(diào)整變頻器的輸出驅(qū)動(dòng)頻率值，從而保證堆垛機(jī)能以要求的速度平穩(wěn)運(yùn)行;
根據(jù)格雷母線定位裝置測(cè)量反饋當(dāng)前堆垛機(jī)的距離信號(hào)及預(yù)先設(shè)定的控制方案適時(shí)調(diào)整變頻器的輸出驅(qū)動(dòng)頻率值，使堆垛機(jī)先以較高的速度運(yùn)行到接近目的地址的位置后將速度平穩(wěn)降到較低的速度下工作，并在目的地址處準(zhǔn)確制動(dòng)停準(zhǔn)。
3、系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)
（1）、適應(yīng)速度： 0-200m/min;
（2）、位置檢測(cè)精度：連續(xù)的絕對(duì)位置檢測(cè)，檢測(cè)精度5mm;
（3）、通信波特率：全雙工通信，9600bps;
（4）、通信誤碼率：<10-7;
（5）、信息調(diào)制方式：FSK方式;
（6）、工作溫度：-20℃～+70℃。
