本文介紹了焦爐煤塔電子秤結(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系統(tǒng)的構(gòu)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。隨著我國鋼鐵產(chǎn)量的 逐年攀升，焦炭的需求量也相應(yīng)增長。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)濟效益有著重要的意義。 自動匹配裝煤重量與炭化室號，就要利用焦爐機 車的定位技術(shù)來實現(xiàn)。

目前全國焦化廠中，主要采用的焦爐機車定 位技術(shù)有旋轉(zhuǎn)編碼定位、紅外線定位、無線感應(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、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)有著較多的局限 性。特別針對這些問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 獨特的優(yōu)點。國內(nèi)外現(xiàn)有定位技術(shù)比較如表1所示。

隨著焦爐安全生產(chǎn)要求以及焦爐機車自動化 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，提高機車地址檢測的穩(wěn)定性和抗干擾能力 等問題。對于提高焦爐生產(chǎn)安全和自動化水平有 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#焦爐為例進行介紹。

2.系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1焦爐煤塔電子秤采用無基坑不斷軌稱重 結(jié)構(gòu)；

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

2.3焦爐機車與中控室之間的數(shù)據(jù)交換系統(tǒng) 以無線技術(shù)為基礎(chǔ)，采用無線擴頻技術(shù)進行通訊；

2.4上位機采用目前主流編程語言C#配合 3D軟件編寫，畫面栩栩如生；

2.5遠程監(jiān)控采用B/S (瀏覽器/服務(wù)器模 式，遠程計算機無須安裝客戶端，直接訪問網(wǎng)頁 即可；

2.6車上控制部分采用昆騰系列PLC。

3.系統(tǒng)實現(xiàn)的功能

系統(tǒng)能實現(xiàn)如下功能：自動匹配裝煤重量與 炭化室號的功能；自動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；地址爐號對位功能；車上顯示功 能；車上語音提示功能；生產(chǎn)管理功能（計劃編 排和傳輸功能、自動記錄、統(tǒng)計功能、記錄的查 詢功能、數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)功能、動畫顯示監(jiān)控功 能、自適應(yīng)功能、聯(lián)網(wǎng)功能、打印功能）；自動走 行功能；自動控制功能；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(zhí)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通信的 橋梁功能。上位機完成對各車信號的整理、判斷、 下發(fā)到各個車和相關(guān)報表的生成功能。

車載讀碼裝置通過對每個碳化室下安裝的編碼 板進行掃描，得到一組位置編碼信息，通過地址 檢測單元的解碼形成相應(yīng)的爐號位置信息并發(fā)送 到通訊控制器，通訊控制器與車載的交換機用網(wǎng) 線進行連接實現(xiàn)位置信號經(jīng)過無線模塊發(fā)送到上 位的功能。車載PLC通過接收地面部分發(fā)來的位 置信息，和操作信息進行相應(yīng)的運算并執(zhí)行相關(guān) 的動作。

地面部分通過無線網(wǎng)橋接收車載部分解碼出的地址信息和推焦計劃運算出是否聯(lián)鎖和自動走行等信息發(fā)送到車載部分進行顯示和輸出到PLC進行相關(guān)動作。

5.系統(tǒng)硬件設(shè)計

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，通過判斷上位機發(fā)來 的信息，驅(qū)動相關(guān)I/O進行動作和完成觸摸屏顯示 信息的處理和語音提醒。

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(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 測功能，實現(xiàn)了在無旋轉(zhuǎn)編碼裝置的配合下檢測碳 化室精密地址的功能，減少了車輪打滑帶來的地 址誤差。

高精度編碼板是對普通編碼板的改進升級， 除了檢測機車所在的炭化室，更能精確檢測一定 范圍內(nèi)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 碳化室進行單獨不重復(fù)的地址編碼?？梢酝耆珴M 足焦爐生產(chǎn)的需求。

系統(tǒng)工作原理如下：在機車軌道或滑線附近 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。機車行駛時，通過車載激光掃描器 讀取編碼板信號到讀碼裝置，讀碼裝置分析編碼信號 后，解碼得出本車位置。通過接口轉(zhuǎn)換模塊，讀碼裝置將地址信息送到PLC系統(tǒng)中。而通過無線擴 頻通信模塊，可把本車地址傳至交換機室的服務(wù) 器，同時服務(wù)器也可把其他車輛的位置信息、生 產(chǎn)計劃等數(shù)據(jù)傳送至本車。

6.系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)軟件主要由上位機軟件，網(wǎng)頁監(jiān)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，主要完成生成實時生產(chǎn)記錄、 計劃編排、產(chǎn)生各種統(tǒng)計報表等功能，并利用數(shù) 據(jù)庫實現(xiàn)數(shù)據(jù)長期保存和調(diào)用，以動畫的形式真 實反應(yīng)生產(chǎn)現(xiàn)場裝煤車重量、各種作業(yè)機械的位 置、動作情況、計劃執(zhí)行情況、出錯信息、故障 報警等。

網(wǎng)頁監(jiān)控程序通過遠程訪問數(shù)據(jù)庫，對數(shù)據(jù) 庫中的信息進行再處理，生成實時的現(xiàn)場生成動 畫和相關(guān)報表記錄的查詢功能。

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，其編程語言豐富，有 LAD (梯形圖、STL (語句表）等，這些編程語言 都是面向用戶的，它使控制程序的開發(fā)工作大大 簡化，對用戶來說，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，該項目采用大多數(shù)用戶都熟悉的 LAD 語言進行編程。

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進行讀寫操 作，可以在觸摸屏端實現(xiàn)一些參數(shù)的設(shè)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(jié)構(gòu)簡單。

7.安全設(shè)計

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

煤塔電子秤采用無基坑不斷軌稱重結(jié)構(gòu)，該 結(jié)構(gòu)沒有過車時導致的沖擊振動機械磨損，能保 證大噸位裝煤車長時間安全穩(wěn)定運行。

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

當機車在自動走行狀態(tài)下，司機發(fā)現(xiàn)意外緊 急情況時，可直接扳動手動走行控制器，機車走 行則直接切換到手動狀態(tài)，即遵循手動優(yōu)先原則。

當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，處于自動控制狀態(tài)下的 機車會停止動作，即遵循故障導向安全原則。

8.結(jié)束語

將焦爐煤塔電子秤與高精度編碼板定位技術(shù)結(jié) 合已經(jīng)在焦爐現(xiàn)場實現(xiàn)了實際應(yīng)用，根據(jù)使用情況 來看，其定位精度高、地址穩(wěn)定、配對成功率高。 與其他系統(tǒng)相比較具有安裝調(diào)試簡單、方便更換、 抗干擾能力強的特點，其性能可以完全滿足焦爐生 產(chǎn)及其他場合定位需求。該技術(shù)的廣泛應(yīng)用必將帶 動行業(yè)的自動化、信息化的發(fā)展，帶來巨大的經(jīng)濟 和社會效益，并具有廣闊的市場前景。