本文介紹了焦?fàn)t煤塔電子秤結(jié)合高精度編碼板定位的技術(shù)應(yīng)用。著重介紹 了新型的高精度編碼板定位的原理以及整個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)成及其運(yùn)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。隨著我國(guó)鋼鐵產(chǎn)量的 逐年攀升，焦炭的需求量也相應(yīng)增長(zhǎng)。而準(zhǔn)確記 錄焦?fàn)t每一炭化室裝煤重量對(duì)于保證焦?fàn)t安全生 產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益有著重要的意義。 自動(dòng)匹配裝煤重量與炭化室號(hào)，就要利用焦?fàn)t機(jī) 車的定位技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

目前全國(guó)焦化廠中，主要采用的焦?fàn)t機(jī)車定 位技術(shù)有旋轉(zhuǎn)編碼定位、紅外線定位、無(wú)線感應(yīng) 編碼電纜定位與普通編碼板定位技術(shù)。在焦化廠 高溫、振動(dòng)、多粉塵、腐蝕性氣體、強(qiáng)電磁干擾 等惡劣的工況環(huán)境下，這些技術(shù)有著較多的局限 性。特別針對(duì)這些問(wèn)題杭州錢江稱重技術(shù)有限公 司開發(fā)的高精度編碼板，相比于以上技術(shù)，有自身 獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有定位技術(shù)比較如表1所示。

隨著焦?fàn)t安全生產(chǎn)要求以及焦?fàn)t機(jī)車自動(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(jī)車地址檢測(cè)的穩(wěn)定性和抗干擾能力 等問(wèn)題。對(duì)于提高焦?fàn)t生產(chǎn)安全和自動(dòng)化水平有 著極大的幫助。

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

2.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1焦?fàn)t煤塔電子秤采用無(wú)基坑不斷軌稱重 結(jié)構(gòu)；

2.2焦?fàn)t機(jī)車的定位采用高精度編碼板定位 技術(shù)，為無(wú)源絕對(duì)地址檢測(cè)方式；

2.3焦?fàn)t機(jī)車與中控室之間的數(shù)據(jù)交換系統(tǒng) 以無(wú)線技術(shù)為基礎(chǔ)，采用無(wú)線擴(kuò)頻技術(shù)進(jìn)行通訊；

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

2.5遠(yuǎn)程監(jiān)控采用B/S (瀏覽器/服務(wù)器模 式，遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)無(wú)須安裝客戶端，直接訪問(wèn)網(wǎng)頁(yè) 即可；

2.6車上控制部分采用昆騰系列PLC。

3.系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)如下功能：自動(dòng)匹配裝煤重量與 炭化室號(hào)的功能；自動(dòng)匹配毛重與皮重的功能； 四車聯(lián)鎖功能（摘門聯(lián)鎖功能、推焦聯(lián)鎖功能）； 數(shù)據(jù)通信功能；地址爐號(hào)對(duì)位功能；車上顯示功 能；車上語(yǔ)音提示功能；生產(chǎn)管理功能（計(jì)劃編 排和傳輸功能、自動(dòng)記錄、統(tǒng)計(jì)功能、記錄的查 詢功能、數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)功能、動(dòng)畫顯示監(jiān)控功 能、自適應(yīng)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(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，這個(gè)系統(tǒng)可以分為兩 部分，車上部分和地面部分。車上部分主要完成 車輛位置信號(hào)的采集、解碼、爐號(hào)的識(shí)別以及接 收到地面上位機(jī)信號(hào)后的執(zhí)行和顯示功能；地面 部分包括煤塔電子秤、上位機(jī)和地面通信單元。 煤塔電子秤獲得裝煤車的空重與滿重。地面通信 單元完成的是各車之間以及各車與上位機(jī)通信的 橋梁功能。上位機(jī)完成對(duì)各車信號(hào)的整理、判斷、 下發(fā)到各個(gè)車和相關(guān)報(bào)表的生成功能。

車載讀碼裝置通過(guò)對(duì)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(cè)單元的解碼形成相應(yīng)的爐號(hào)位置信息并發(fā)送 到通訊控制器，通訊控制器與車載的交換機(jī)用網(wǎng) 線進(jìn)行連接實(shí)現(xiàn)位置信號(hào)經(jīng)過(guò)無(wú)線模塊發(fā)送到上 位的功能。車載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(yīng)的運(yùn)算并執(zhí)行相關(guān) 的動(dòng)作。

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

5.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

5.1數(shù)據(jù)通信鏈路

車載部分的主要原理圖和數(shù)據(jù)通信鏈路如圖2所示，箭頭表示的是信號(hào)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，通訊控制器完成車上部分通訊信息的 轉(zhuǎn)換與控制，交換機(jī)完成信息的共享功能。PLC是 車上相關(guān)信息的執(zhí)行單元，通過(guò)判斷上位機(jī)發(fā)來(lái) 的信息，驅(qū)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(cè)碳化室的大地址，而精 密地址需要配合旋轉(zhuǎn)編碼器才能生成。高精度編 碼板在普通編碼板的基礎(chǔ)上增加了精密地址的檢 測(cè)功能，實(shí)現(xiàn)了在無(wú)旋轉(zhuǎn)編碼裝置的配合下檢測(cè)碳 化室精密地址的功能，減少了車輪打滑帶來(lái)的地 址誤差。

高精度編碼板是對(duì)普通編碼板的改進(jìn)升級(jí)， 除了檢測(cè)機(jī)車所在的炭化室，更能精確檢測(cè)一定 范圍內(nèi)的精密地址，該檢測(cè)范圍為0cm~216cm， 檢測(cè)精度為4mm。該型號(hào)的編碼板可以對(duì)512個(gè) 碳化室進(jìn)行單獨(dú)不重復(fù)的地址編碼。可以完全滿 足焦?fàn)t生產(chǎn)的需求。

系統(tǒng)工作原理如下：在機(jī)車軌道或滑線附近 以一定間隔敷設(shè)高精度編碼板，每塊編碼板具有 唯一的編碼。機(jī)車行駛時(shí)，通過(guò)車載激光掃描器 讀取編碼板信號(hào)到讀碼裝置，讀碼裝置分析編碼信號(hào) 后，解碼得出本車位置。通過(guò)接口轉(zhuǎn)換模塊，讀碼裝置將地址信息送到PLC系統(tǒng)中。而通過(guò)無(wú)線擴(kuò) 頻通信模塊，可把本車地址傳至交換機(jī)室的服務(wù) 器，同時(shí)服務(wù)器也可把其他車輛的位置信息、生 產(chǎn)計(jì)劃等數(shù)據(jù)傳送至本車。

6.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

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

上位機(jī)軟件，主要完成生成實(shí)時(shí)生產(chǎn)記錄、 計(jì)劃編排、產(chǎn)生各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表等功能，并利用數(shù) 據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)長(zhǎng)期保存和調(diào)用，以動(dòng)畫的形式真 實(shí)反應(yīng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)裝煤車重量、各種作業(yè)機(jī)械的位 置、動(dòng)作情況、計(jì)劃執(zhí)行情況、出錯(cuò)信息、故障 報(bào)警等。

網(wǎng)頁(yè)監(jiān)控程序通過(guò)遠(yuǎn)程訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)數(shù)據(jù) 庫(kù)中的信息進(jìn)行再處理，生成實(shí)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)生成動(dòng) 畫和相關(guān)報(bào)表記錄的查詢功能。

控制部分采用的是施耐德的昆騰系列PLC，其 軟件開發(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 都是面向用戶的，它使控制程序的開發(fā)工作大大 簡(jiǎn)化，對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，開發(fā)、輸入、調(diào)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(xiàng)目采用大多數(shù)用戶都熟悉的 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(duì)施耐德PLC進(jìn)行讀寫操 作，可以在觸摸屏端實(shí)現(xiàn)一些參數(shù)的設(shè)置和記錄。 通訊控制器和地址檢測(cè)單元主要采用單片機(jī)控制， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

7.安全設(shè)計(jì)

系統(tǒng)在安全設(shè)計(jì)上，也是從多方面考慮，保 證了系統(tǒng)的可靠性。

煤塔電子秤采用無(wú)基坑不斷軌稱重結(jié)構(gòu)，該 結(jié)構(gòu)沒(méi)有過(guò)車時(shí)導(dǎo)致的沖擊振動(dòng)機(jī)械磨損，能保 證大噸位裝煤車長(zhǎng)時(shí)間安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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

當(dāng)機(jī)車在自動(dòng)走行狀態(tài)下，司機(jī)發(fā)現(xiàn)意外緊 急情況時(shí)，可直接扳動(dòng)手動(dòng)走行控制器，機(jī)車走 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(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，處于自動(dòng)控制狀態(tài)下的 機(jī)車會(huì)停止動(dòng)作，即遵循故障導(dǎo)向安全原則。

8.結(jié)束語(yǔ)

將焦?fàn)t煤塔電子秤與高精度編碼板定位技術(shù)結(jié) 合已經(jīng)在焦?fàn)t現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了實(shí)際應(yīng)用，根據(jù)使用情況 來(lái)看，其定位精度高、地址穩(wěn)定、配對(duì)成功率高。 與其他系統(tǒng)相比較具有安裝調(diào)試簡(jiǎn)單、方便更換、 抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，其性能可以完全滿足焦?fàn)t生 產(chǎn)及其他場(chǎng)合定位需求。該技術(shù)的廣泛應(yīng)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(jì) 和社會(huì)效益，并具有廣闊的市場(chǎng)前景。