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。隨著我國鋼鐵產(chǎn)量的 逐年攀升，焦炭的需求量也相應(yīng)增長。而準(zhǔn)確記 錄焦?fàn)t每一炭化室裝煤重量對于保證焦?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。 自動匹配裝煤重量與炭化室號，就要利用焦?fàn)t機(jī) 車的定位技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。

目前全國焦化廠中，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(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(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。國內(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)車地址檢測的穩(wěn)定性和抗干擾能力 等問題。對于提高焦?fàn)t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?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)，為無源絕對地址檢測方式；

2.3焦?fàn)t機(jī)車與中控室之間的數(shù)據(jù)交換系統(tǒng) 以無線技術(shù)為基礎(chǔ)，采用無線擴(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(shí)現(xiàn)的功能

系統(tǒng)能實(shí)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(jì)劃編 排和傳輸功能、自動記錄、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(jī)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(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)完成對各車信號的整理、判斷、 下發(fā)到各個車和相關(guān)報(bào)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(jìn)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(jī)用網(wǎng) 線進(jìn)行連接實(shí)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(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)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(jì)劃運(yùn)算出是否聯(lián)鎖和自動走行等信息發(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，通過判斷上位機(jī)發(fā)來 的信息，驅(qū)動相關(guān)I/O進(jìn)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(shí)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(jìn)升級， 除了檢測機(jī)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(jìn)行單獨(dú)不重復(fù)的地址編碼?？梢酝耆珴M 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，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(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)頁監(jiān)控程 序、下位機(jī)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(jī)軟件，主要完成生成實(shí)時生產(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)庫實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)長期保存和調(diào)用，以動畫的形式真 實(shí)反應(yīng)生產(chǎn)現(xiàn)場裝煤車重量、各種作業(yè)機(jī)械的位 置、動作情況、計(jì)劃執(zhí)行情況、出錯信息、故障 報(bào)警等。

網(wǎng)頁監(jiān)控程序通過遠(yuǎn)程訪問數(shù)據(jù)庫，對數(shù)據(jù) 庫中的信息進(jìn)行再處理，生成實(shí)時的現(xiàn)場生成動 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(xiàng)目采用大多數(shù)用戶都熟悉的 LAD 語言進(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單元主要采用單片機(jī)控制， 結(jié)構(gòu)簡單。

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。

煤塔電子秤采用無基坑不斷軌稱重結(jié)構(gòu)，該 結(jié)構(gòu)沒有過車時導(dǎo)致的沖擊振動機(jī)械磨損，能保 證大噸位裝煤車長時間安全穩(wěn)定運(yùn)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(dāng)機(jī)車在自動走行狀態(tài)下，司機(jī)發(fā)現(xiàn)意外緊 急情況時，可直接扳動手動走行控制器，機(jī)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(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，處于自動控制狀態(tài)下的 機(jī)車會停止動作，即遵循故障導(dǎo)向安全原則。

8.結(jié)束語

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)場實(shí)現(xiàn)了實(shí)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(qiáng)的特點(diǎn)，其性能可以完全滿足焦?fàn)t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(jì) 和社會效益，并具有廣闊的市場前景。