本文介紹了焦爐煤塔電子秤結合高精度編碼板定位的技術(shù)應用。著(zhù)重介紹 了新型的高精度編碼板定位的原理以及整個(gè)系統的構成及其運行原理。

1.概述

焦炭是鋼鐵工業(yè)的重要原料，高爐煉一噸生 鐵大約需0.4t_0.6t的焦炭。隨著(zhù)我國鋼鐵產(chǎn)量的 逐年攀升，焦炭的需求量也相應增長(cháng)。而準確記 錄焦爐每一炭化室裝煤重量對于保證焦爐安全生 產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益有著(zhù)重要的意義。 自動(dòng)匹配裝煤重量與炭化室號，就要利用焦爐機 車(chē)的定位技術(shù)來(lái)實(shí)現。

目前全國焦化廠(chǎng)中，主要采用的焦爐機車(chē)定 位技術(shù)有旋轉編碼定位、紅外線(xiàn)定位、無(wú)線(xiàn)感應 編碼電纜定位與普通編碼板定位技術(shù)。在焦化廠(chǎng) 高溫、振動(dòng)、多粉塵、腐蝕性氣體、強電磁干擾 等惡劣的工況環(huán)境下，這些技術(shù)有著(zhù)較多的局限 性。特別針對這些問(wèn)題杭州錢(qián)江稱(chēng)重技術(shù)有限公 司開(kāi)發(fā)的高精度編碼板，相比于以上技術(shù)，有自身 獨特的優(yōu)點(diǎn)。國內外現有定位技術(shù)比較如表1所示。

隨著(zhù)焦爐安全生產(chǎn)要求以及焦爐機車(chē)自動(dòng)化 控制要求的不斷提高，高精度編碼板定位技術(shù)可 以較好的解決如何在焦化企業(yè)及其惡劣的工況環(huán) 境中，提高機車(chē)地址檢測的穩定性和抗干擾能力 等問(wèn)題。對于提高焦爐生產(chǎn)安全和自動(dòng)化水平有 著(zhù)極大的幫助。

本文以我們南京鋼鐵聯(lián)合有限公司燃料供應 廠(chǎng)3#、4#、5#焦爐為例進(jìn)行介紹。

2.系統總體設計

2.1焦爐煤塔電子秤采用無(wú)基坑不斷軌稱(chēng)重 結構；

2.2焦爐機車(chē)的定位采用高精度編碼板定位 技術(shù)，為無(wú)源絕對地址檢測方式；

2.3焦爐機車(chē)與中控室之間的數據交換系統 以無(wú)線(xiàn)技術(shù)為基礎，采用無(wú)線(xiàn)擴頻技術(shù)進(jìn)行通訊；

2.4上位機采用目前主流編程語(yǔ)言C#配合 3D軟件編寫(xiě)，畫(huà)面栩栩如生；

2.5遠程監控采用B/S (瀏覽器/服務(wù)器模 式，遠程計算機無(wú)須安裝客戶(hù)端，直接訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)頁(yè) 即可；

2.6車(chē)上控制部分采用昆騰系列PLC。

3.系統實(shí)現的功能

系統能實(shí)現如下功能：自動(dòng)匹配裝煤重量與 炭化室號的功能；自動(dòng)匹配毛重與皮重的功能； 四車(chē)聯(lián)鎖功能（摘門(mén)聯(lián)鎖功能、推焦聯(lián)鎖功能）； 數據通信功能；地址爐號對位功能；車(chē)上顯示功 能；車(chē)上語(yǔ)音提示功能；生產(chǎn)管理功能（計劃編 排和傳輸功能、自動(dòng)記錄、統計功能、記錄的查 詢(xún)功能、數據備份與恢復功能、動(dòng)畫(huà)顯示監控功 能、自適應功能、聯(lián)網(wǎng)功能、打印功能）；自動(dòng)走 行功能；自動(dòng)控制功能；緊急處理功能。

4 .系統結構

系統結構如圖1所示，這個(gè)系統可以分為兩 部分，車(chē)上部分和地面部分。車(chē)上部分主要完成 車(chē)輛位置信號的采集、解碼、爐號的識別以及接 收到地面上位機信號后的執行和顯示功能；地面 部分包括煤塔電子秤、上位機和地面通信單元。 煤塔電子秤獲得裝煤車(chē)的空重與滿(mǎn)重。地面通信 單元完成的是各車(chē)之間以及各車(chē)與上位機通信的 橋梁功能。上位機完成對各車(chē)信號的整理、判斷、 下發(fā)到各個(gè)車(chē)和相關(guān)報表的生成功能。

車(chē)載讀碼裝置通過(guò)對每個(gè)碳化室下安裝的編碼 板進(jìn)行掃描，得到一組位置編碼信息，通過(guò)地址 檢測單元的解碼形成相應的爐號位置信息并發(fā)送 到通訊控制器，通訊控制器與車(chē)載的交換機用網(wǎng) 線(xiàn)進(jìn)行連接實(shí)現位置信號經(jīng)過(guò)無(wú)線(xiàn)模塊發(fā)送到上 位的功能。車(chē)載PLC通過(guò)接收地面部分發(fā)來(lái)的位 置信息，和操作信息進(jìn)行相應的運算并執行相關(guān) 的動(dòng)作。

地面部分通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋接收車(chē)載部分解碼出的地址信息和推焦計劃運算出是否聯(lián)鎖和自動(dòng)走行等信息發(fā)送到車(chē)載部分進(jìn)行顯示和輸出到PLC進(jìn)行相關(guān)動(dòng)作。

5.系統硬件設計

5.1數據通信鏈路

車(chē)載部分的主要原理圖和數據通信鏈路如圖2所示，箭頭表示的是信號的流向。

讀碼裝置和解碼裝置主要完成的是地址信息的掃 描與解碼，通訊控制器完成車(chē)上部分通訊信息的 轉換與控制，交換機完成信息的共享功能。PLC是 車(chē)上相關(guān)信息的執行單元，通過(guò)判斷上位機發(fā)來(lái) 的信息，驅動(dòng)相關(guān)I/O進(jìn)行動(dòng)作和完成觸摸屏顯示 信息的處理和語(yǔ)音提醒。

5.2 高精度編碼板定位技術(shù)

普通編碼板只能檢測碳化室的大地址，而精 密地址需要配合旋轉編碼器才能生成。高精度編 碼板在普通編碼板的基礎上增加了精密地址的檢 測功能，實(shí)現了在無(wú)旋轉編碼裝置的配合下檢測碳 化室精密地址的功能，減少了車(chē)輪打滑帶來(lái)的地 址誤差。

高精度編碼板是對普通編碼板的改進(jìn)升級， 除了檢測機車(chē)所在的炭化室，更能精確檢測一定 范圍內的精密地址，該檢測范圍為0cm~216cm， 檢測精度為4mm。該型號的編碼板可以對512個(gè) 碳化室進(jìn)行單獨不重復的地址編碼?？梢酝耆珴M(mǎn) 足焦爐生產(chǎn)的需求。

系統工作原理如下：在機車(chē)軌道或滑線(xiàn)附近 以一定間隔敷設高精度編碼板，每塊編碼板具有 唯一的編碼。機車(chē)行駛時(shí)，通過(guò)車(chē)載激光掃描器 讀取編碼板信號到讀碼裝置，讀碼裝置分析編碼信號 后，解碼得出本車(chē)位置。通過(guò)接口轉換模塊，讀碼裝置將地址信息送到PLC系統中。而通過(guò)無(wú)線(xiàn)擴 頻通信模塊，可把本車(chē)地址傳至交換機室的服務(wù) 器，同時(shí)服務(wù)器也可把其他車(chē)輛的位置信息、生 產(chǎn)計劃等數據傳送至本車(chē)。

6.系統軟件設計

本系統軟件主要由上位機軟件，網(wǎng)頁(yè)監控程 序、下位機PLC程序、觸摸屏程序、地址檢測單 元程序以及通訊控制器程序組成。

上位機軟件，主要完成生成實(shí)時(shí)生產(chǎn)記錄、 計劃編排、產(chǎn)生各種統計報表等功能，并利用數 據庫實(shí)現數據長(cháng)期保存和調用，以動(dòng)畫(huà)的形式真 實(shí)反應生產(chǎn)現場(chǎng)裝煤車(chē)重量、各種作業(yè)機械的位 置、動(dòng)作情況、計劃執行情況、出錯信息、故障 報警等。

網(wǎng)頁(yè)監控程序通過(guò)遠程訪(fǎng)問(wèn)數據庫，對數據 庫中的信息進(jìn)行再處理，生成實(shí)時(shí)的現場(chǎng)生成動(dòng) 畫(huà)和相關(guān)報表記錄的查詢(xún)功能。

控制部分采用的是施耐德的昆騰系列PLC，其 軟件開(kāi)發(fā)工具為Concept，其編程語(yǔ)言豐富，有 LAD (梯形圖、STL (語(yǔ)句表）等，這些編程語(yǔ)言 都是面向用戶(hù)的，它使控制程序的開(kāi)發(fā)工作大大 簡(jiǎn)化，對用戶(hù)來(lái)說(shuō)，開(kāi)發(fā)、輸入、調試和修改極 為方便，為了使程序的具有更好的通用性、可移植性和可讀性，該項目采用大多數用戶(hù)都熟悉的 LAD 語(yǔ)言進(jìn)行編程。

觸摸屏采用的是施耐德Mgelis XBT GT系列 高端圖形終端，他可以對施耐德PLC進(jìn)行讀寫(xiě)操 作，可以在觸摸屏端實(shí)現一些參數的設置和記錄。 通訊控制器和地址檢測單元主要采用單片機控制， 結構簡(jiǎn)單。

7.安全設計

系統在安全設計上，也是從多方面考慮，保 證了系統的可靠性。

煤塔電子秤采用無(wú)基坑不斷軌稱(chēng)重結構，該 結構沒(méi)有過(guò)車(chē)時(shí)導致的沖擊振動(dòng)機械磨損，能保 證大噸位裝煤車(chē)長(cháng)時(shí)間安全穩定運行。

系統在自動(dòng)走行控制狀態(tài)下，如果檢測到相 鄰兩車(chē)距離小于安全值，會(huì )直接禁止車(chē)輛走行。

當機車(chē)在自動(dòng)走行狀態(tài)下，司機發(fā)現意外緊 急情況時(shí)，可直接扳動(dòng)手動(dòng)走行控制器，機車(chē)走 行則直接切換到手動(dòng)狀態(tài)，即遵循手動(dòng)優(yōu)先原則。

當系統出現故障時(shí)，處于自動(dòng)控制狀態(tài)下的 機車(chē)會(huì )停止動(dòng)作，即遵循故障導向安全原則。

8.結束語(yǔ)

將焦爐煤塔電子秤與高精度編碼板定位技術(shù)結 合已經(jīng)在焦爐現場(chǎng)實(shí)現了實(shí)際應用，根據使用情況 來(lái)看，其定位精度高、地址穩定、配對成功率高。 與其他系統相比較具有安裝調試簡(jiǎn)單、方便更換、 抗干擾能力強的特點(diǎn)，其性能可以完全滿(mǎn)足焦爐生 產(chǎn)及其他場(chǎng)合定位需求。該技術(shù)的廣泛應用必將帶 動(dòng)行業(yè)的自動(dòng)化、信息化的發(fā)展，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟 和社會(huì )效益，并具有廣闊的市場(chǎng)前景。