GPS alkalmazása az építőiparban IV. – Építőgép - vezérlések elemei

Szakcikkek - 2009-12-16 11:29:19 nyomtatás cikk nyomtatása



Az építőipar területén elterjedt GPS rendszerek a dózer automatikus illetve manuális vezérlése mellett szkréperláda, marógép és kotrógép munkaszerelékének irányítására is alkalmazható.

A GPS rendszer elemei:

Egy bázisállomásból és annyi gépre telepítet rendszerből áll ahány gépre a munka során szükség van.



Bázisállomás: az állomás jellegzetesen statikus elhelyezésű, lehet ideiglenesen telepített is pl. a telephely tetejére szerelt egységekkel. Az állomás GPS vevőből antennából és rádió állomásból áll.

- GPS vevő, amit kifejezetten a nehéz körülmények között dolgozó építési területeken való munkához fejlesztettek ki. A 2 frekvenciát használó valós idejű kinematikus mérést végző (RTK) vevő cm-es pontosságot biztosít, a lehető legrövidebb várakozási idő alatt. A vevő telepítésekor automatikusan kiválasztja a megfelelő bázisállomás koordinátákat a felhasználói listából és automatikusan beállítja a kimeneteket és portokat (automatikus konfiguráció). Ez biztosítja a későbbi megszakítás nélküli működést és minimalizálja a hibalehetőséget a üzemelés ideje alatt.

- 2 frekvenciás antenna

- Adat rádió: ez az egység küldi el a GPS információkat a bázis állomástól a munkagépnek. Elérhetővé teszi majdnem minden civil alkalmazású frekvenciatartomány felhasználását. Alkalmas irányítási, tervezői adatok továbbítására is.

- Ismétlő rádióállomás: A bázis állomás rádiójelének hatósugara 20 km, ezen belül korlátlanul tudjuk a gépeket vezérelni, de ha ezen tartományon kívül is szükség van a jelek lefedettségének biztosítására akkor átjátszóállomást kell alkalmazni.

A munkagépre szerelt rendszer

5 fő részből áll:

- Kijelző, mely színes képernyővel és billentyűzettel van ellátva. Az egységen speciális szoftver fut, és adatkártya csatlakozással rendelkezik, mely a tervrajz fájlok bevitelét teszi lehetővé. Speciális fájlformátumot használ. Beépített szünetmentes tápegység garantálja az adatok tárolását a kijelző egység memóriájában.

- GPS vevő: kifejezetten az építőiparnak készült, különösen nagy igénybevételű felhasználói környezet számára. 2 antenna bemenettel rendelkezik , mely lehetővé teszi a pontos pozíció, a keresztirányú dőlés és a mozgás irányának meghatározását. A vevő a mérési adatok helyességét 20-30 mm pontossággal biztosítja.

- Eltérésjelző LED-sor: A kijelzők a bevágás/feltöltésnél és a vízszintes irányításnál nyújtanak segítséget a kezelő számára. A kijelzők a vezetőfülkébe vagy kívülre is szerelhetők. 2 darab lámpasor ad információt a vágóél helyzetéről bevágás vagy kiemelés közben. A 3. jelzősor a haladás egyenességétől való jobb/bal irányú eltérést mutatja.

- GPS antennák és árbocok: 2 db 2 frekvenciás GPS antennát (megegyező a bázisantennával) alkalmaznak, mely 2 nagy teherbírású tartóárbocra van szerelve. Ezek a vágólap e széléhez vannak felerősítve. A gyorscsatlakozó lehetővé teszi az antenna egyszerű eltávolítását és másik gépre illesztését.

- Adat rádió: Ez fogadja a bázisállomás GPS információit. A rádió elhelyezésének feltétele hogy a gép minél magasabb pontjára kerüljön, pl.: a vezetőfülke tetejére.

- Szenzor: félvezető elfordulásmérő szenzort alkalmaznak, mely nagy megbízhatóságú, strapabíró. 20 méteres mélységig víz alatt is dolgoztatható. 3 szenzoregység van telepítve: a gémre, a szárra és a puttony csatlakozási pontjára. A szenzorok a kanál vágóélének (fogvég) relatív helyzetét határozzák meg az ismert geometriai paraméterek felhasználásával.

Miért van szükség 2 antennára?

Így megállapítható a vágóél 2 végének pontos helyzete, meghatározható (igen pontosan) a keresztirányú dőlés és a magassági adatok származtathatók. Alkalmazása előnyös a dózerek tolólapjának vezérlésénél, valamint összetett, bonyolult felületek magas minőségi szintű kialakításánál.

A munka lépései

1. A koordináták kalibrálása: A GPS pozíciókat elhelyezzük a terület koordináta rendszerében. A kalibrációt egyszer kell elvégezni az adott helyen. A beállítást GPS segítségével végzi a földmérő vagy a tervező.

2. Rendszerkonfiguráció: Minden menüpontot és beállítást el tudnak rejteni vagy hozzáférhetővé tenni a kezelő számára. Ez a tulajdonság lehetővé teszi a rendszer egyszerűbb magtanulását és kezelését a tervezőnek és felhasználóknak egyaránt, rendszerfelügyelet mellett. A rendszer általában több nyelven elérhető, lehetőség van az SI és angolszász hosszmértékek beállítására, mértékegységek nagyságrendjének váltására.

3. Tervezési adatok: Minden terület rendelkezik egy tervezett felülettel, mely a mérnöki munka kiindulását jelenti. Ez lehet egy DTM= digitális terület modell a 3D tervrajz kiindulásaként, vagy lehet egy nyomvonal kijelölés útépítési modellnél. Ezen területi adatok a szoftver adatbázisába mentődnek, mely segítségével speciális fájlformátumba konvertálva kerülnek a munkagép rendszerére. Ez a fájlformátum lehetővé teszi csaknem korlátlan méretű felületek betöltését másodperc tört része alatti frissítés mellett. A tervezett felület bármelyike elküldhető vezeték nélküli összeköttetésen keresztül vagy adatkártyán tárolva, amit a kijelző egységbe lehet beilleszteni. Egyszerű felületeket a kijelző egység billentyűzetéről is be lehet vinni.
A tervezett felület minden pontban kiszámítódik, a hozzá tartozó bevágási és töltési szükséglettel együtt. Ugyancsak be tudunk tölteni háttér térképet a rendszerbe AutoCAD DXF formátumú fájlként. Ez a térkép körvonalrajz formájában jelenik meg a kijelzőn, mutatja a körvonalon belül meg nem munkált területsávokat , a vízszintes haladás sávját, az emelkedők vég és kezdőpontját illetve egyéb fontos vonalakat.

A vezérlő szoftverrel megvalósított funkciók

- Építőmérnöki tervek átkonvertálása és megtekintése arra alkalmas formátum segítségével
- A nagyméretű tervrajzok helyett kisseb darabokra bontás, a gyorsabb feldolgozás érdekében
- Létrehozás és irányítás adatkártyáról
- Pontosság szimulálása: 3D terepmodell megjelenítéssel munkaszimulációt végez
- Naplózza az adatokat, így lehetőség van az adatok teljes elemzésére, visszakeresésére.

Mozgás a terepen

A munka kezdetén a munkavezető behelyezi az adatkártyát a kijelző egység csatlakozójába. Amikor a gépkezelő beindítja a gépet, a kijelzőn megjelenik a munkagép pontos helyzete a területen. A kezelő váltani tud az alaprajztérkép és a keresztmetszeti kép között (tolólap pozíció) 1 gomb megnyomásával. Bizonyos géptípusoknál a profil nézet is megjeleníthető.



A nyomon követés folyamata: lefedettségi térkép módban kijelzi a szükséges járatszámot, árnyalja a megmunkált területet, naplózza a szintezés paramétereit, rögzíti az elvégzett munkapontok értékeit.







A GPS antenna

Integrált vevő és antenna egyben, külső felhasználásra. Úgy alakították ki, hogy lehetővé teszi a nagy pontosságú vágási felületek készítését a gépvezérlés és szintvezérlés által. Lc2 jel fogadására is alkalmassá tették a jobb vétel és működés érdekében. Fenntartja a maximális pontosságot az egyenletes vétel segítségével, megbízhatósága megnövekszik, növekszik a felhasználhatóság rugalmassága, csökkenti az árat és a telepítés bonyolultságát. A vevőnél a koaxális antennakábel helyett erős CAN kábelt használnak, melyet a szenzoroknál is alkalmaznak. A koax kábel lecserélése jobb GPS jelerősséget eredményez , és gyorsabb pozíciófrissítést tesz lehetővé. Továbbá csökkenti a diagnosztikai kábel sérülésének veszélyét és meghibásodását, kirázódását a csatlakozóból, és azonos eljárást használ a rendszer többi komponensével. A nem specializált rádió frekvenciás kábel rosszabb megbízhatóságot eredményez. Azok a felhasználók, akik több gépen is használják ugyanazt az egységet, könnyedén áttelepíthetik, mivel az antenna és a vevő egy házban van, és eszköz nélkül egy zárófül kioldásával eltávolítható.

Az L2C vételi jel támogatás:
- Megnövekedett jel/ zajszint viszony miatt L2-nél erősebb jelet biztosít
- Max multipath hiba csökkentés
- Magasabb rendű követés

Egyéb előnyök: robosztus, szállítható, rugalmas, sokoldalúan használható, magas élettartam.
Robosztusság: a nehéz munkakörülmények között nagy vibrációk, ütések érik a gépet, a tesztprogram ebben a munkaperiódusban fontos.
Hordozható, rugalmas: könnyű, gyorsan leszerelhető, átrakható másik gépre vagy
lézerrendszerre. Gyors kilincsmű oldással rendelkezik.

A GPS vevő

Megállapítja a pontos pozíciót szöget és sebességet RTK valós időben, dinamikus környezetben. A 2 antennás vevő. Mivel nem tartalmaz mozgó alkatrészt, így a kalibrálás és az ütemezett karbantartás elkerülhető.

Pontosság és válaszidő: A navigáció másodpercenként többször pillanatnyi helyzet és irányszög információt kíván. A pozícióadatokat eljuttatja a vezérlésnek 20X másodpercenként, bár a várakozási idő kisebb, mint 20 ms. Ez az érzékenység megfelel a vízszintes pontosságnál 2 cm -nek, magassági pontosságnál 3 cm -nek. Irány pontosság 0,03 fok, RMS-nél megvalósul 10x s-ként. Az RTK valósidejű mérés megadja a szögértéket anélkül,hogy differenciális korrekcióra lenne szükség. Pontos mérést garantál 90 fok/s forgási sebességig.

Interfész és konfiguráció: ipari szabvány NMEA üzenetet vagy tömörített bináris adatokat tudunk a kimeneten küldeni 3 kétirányú soros porton keresztül. Helyi dátum és transzformációs paramétereket tudunk betölteni közvetlenül a vevőbe. A vevő magában foglalja a CAN (Controller Area Network) ipari szabvány architektúrát (felépítést). Kezeli és elvégzi az RTCM formátumokat: DGPS korrekciós és a tömörített mérési eredmény formátumát. Ki tudja választani a legkedvezőbb forrást a hibátlan működés érdekében.

Technológia a pontosság, a frissítési gyakoriság és az elérési idő elérésére: speciális kialakítása lehetővé teszi a nagy igényű, pontosságú mozgási pozíció alkalmazását. Az alap kiépítés multibit gps jel technológiával és EVEREST magasabb szintű nyomkövetéssel rendelkezik, különösen a gyenge és alacsonyan levő műholdak vételének javítására. A 2 frekvenciás mérés megbízható, gyors és teljesen automatikus On-the-Fly beállítást tesz lehetővé.

A vevőhöz 2 darab 2 frekvenciás antenna is szükséges, mely szintén az L1 és L2 frekvenciájú jelek vételére alkalmas: ezek elnevezése a mikro-centered antenna, mely a képen létható.







A rádióantenna, és a program, amivel az antenna beállítható

MS windows alapú program, mellyel minden rádióelem beállítható: bázisállomás , ismétlő adó vagy gépen levő mozgó vevő. A konfiguráció tartalma:

1. PC csatlakozása a GPS rendszerhez: szervizkábel csatlakoztatás, az I/O DB-9 csatlakozóba csatlakoztatott szervizkábelt összekötjük a PC soros portjával vagy USB-n keresztül, fezsültséggel látjuk el a rádiót.

2. Beállítás a programmal: Start=> a PC- n megjelenik az ablak: kiválasztjuk a portot, és csatlakozunk a programmal az antennához, a program megkeresi a rádiót, ha felismerte akkor:
Hálózat beállítás: kiválasztása a listából. Mivel a beállítások egymástól függetlenek, ezért szabadon megváltoztatható.
Soros port átviteli sebesség és paritás: a rádió port beállítása, ahová a GPS vevő csatlakozik majd.

Módok:

- GPS bázis: ha bázis állomás vevőjéhez csatlakozik, mely a CMR korrekciós adatokat generálja
- Rover: ha a gépre van telepítve, amelyhez szintén vevő csatlakozik, ez generálja az RTK pozíciókat
- Jelismétlő: ha a lefedettség növelésére használjuk

A bázis antenna 4 ismétlőt tud ellátni, melyeknek külön jelei vannak (#1, #2, #3, #4). 2 ismétlő sorosan összefűzhető.
Beállíthatók a port és a rádió tulajdonságai, megtekinthetők az elvégzett beállítások, illetve frissíthetjük a szoftvert, új rádiókódokat, új fájlformátumokat tölthetünk bele.

Gépre szerelés: a minimális vibráció és behatás érdekében a kabin védett helyére kell telepíteni. Az egész antenna a tetővonal fölött legyen elhelyezve, biztosítva a zavartalan rálátást.

Jel zavarásának megszüntetése: az antennát minél távolabb helyezzük az egyéb rádióktól (pl. URH) rádió, villanó fénytől óvni kell (pl. villogó).

Gépre telepítési kit:
• Rádió tartó(felsőtag)
• Rádió tartó (alsó tag)
• Adapter lemez
• Rezgéscsillapító gumialátét



Csatlakoztatás

Gépen: táp és I/O kábel, 8 tűs bendix csatlakozóval mindkét végén.
A kábelt csatlakoztathatjuk a GPS vevő kimeneti tápcsatlakozójához.

Bázisállomáson: táp és I/O kábel, 8 tűs bendix csatlakozóval, y elágazásnál tápellátás, DBF-9 PC csatlakozás, + 12 tűs CON csatlakozóval.

Szervizkábel: 21 tűs bendix, Y elágazásnál csupasz táp, 2 DBF-9 csatlakozóval

DC táp adapter kábel krokodilcsipesszel

Telepítőkábel: 30m

Antenna változatok: alapból 0 dB-es alacsony antenna, de van 5 dB erősítésű 81 cm magas ostorantenna amit az alapra lehet szerelni.

Rádió- modem teljesítmény:
- Optimális:10 km
- Jellemző: 3-5 km(terep, munkafelületektől függően változó)
- Frekvenciatartomány: 902-928 MHz2
- Hálózat:10 felhasználói hálózat választható
- Adóteljesítmény: FCC szükséges 1W maximum kimenő teljesítmény
- Rádió adat méret: 128 kbps
- Üzemmód: Base/Repeater/Rover

Előnyök kotrógépnél:
- A bevágás szintezés gyorsabb
- Fennakadások elkerülése
- Csökkenti az újradolgozást
- Minimalizálja az állásidőt (a nem munkával foglalkozás ideje)
- Gyorsabb munkaciklus
- A befektetés kiválóan megtérül



Következő cikkünkben bemutatunk egy digitális terepmodell készítésére alkalmas szoftvert.

Magyar Gergely tanulmánya alapján
Konzulens: Dr. Balpataki Antal


A Szakcikkek rovat további cikkei:

Útrehabilitáció hidegmaró alkalmazásával IV.
Építőgépeken alkalmazott újszerű vezérlési módok XI.
Útrehabilitáció hidegmaró alkalmazásával III.
Földmunkagépek minőségi vizsgálata I.
Építőgépeken alkalmazott újszerű vezérlési módok X.



A gépnet.hu legfrissebb hírei:

Az SSAB öt új termékcsaládot vezet be az egyedi ügyféligények kielégítésére
Strenx acél: magasság határok nélkül
Melior Laser: beszállítói pozíció új iparágakban
Laser Plus: acél, ami tökéletes simaságot garantál
Ruukki Laser Plus – tökéletes sima felület a lézervágás után



Legolvasottabb a gépneten:

BOSCH DLE 50 digitális lézeres távolságmérő TESZT!
Prémium termékek és szolgáltatások prémium vevőknek
Új anyagtípus: bórral ötvözött acél
„Az év gépe 2010” választás nyertesei
Geotermikus hőerőmű Iklódbördöcén