（機(jī)械電子工程專業(yè)論文）煉焦自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)及隨車控制器的研究.pdf

摘要 在參考和研究國(guó)內(nèi)外煉焦自動(dòng)化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，利用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、現(xiàn)代 電子、傳感器和無(wú)線通訊等方面的技術(shù)成果，開(kāi)發(fā)了一套煉焦自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t自動(dòng)化生產(chǎn)和焦?fàn)t三車的協(xié)調(diào)運(yùn)行。系統(tǒng)由主控計(jì)算機(jī)和安裝在焦車上 的隨車控制器組成，通過(guò)建立星形結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的通訊。 針對(duì)煉焦自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)建立的主要技術(shù)問(wèn)題爐號(hào)識(shí)別、三車對(duì)正以及系統(tǒng) 通訊進(jìn)行了詳細(xì)的論述。提出了編碼器方式實(shí)現(xiàn)爐號(hào)識(shí)別、構(gòu)建三燈對(duì)正檢測(cè)裝 置實(shí)現(xiàn)三車對(duì)正以及無(wú)線數(shù)傳模塊的方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無(wú)線通訊的方案。在系統(tǒng)主要 硬件平臺(tái)隨車控制器的設(shè)計(jì)中，采用了單片機(jī)和c p l d 相結(jié)合的方式，提高了系 統(tǒng)的集成度和可靠性。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)安裝框架和外觀做的相應(yīng)設(shè)計(jì)，使得最終的系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理，外形較美觀。 目前，系統(tǒng)已經(jīng)安裝調(diào)試完畢，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，并且 通過(guò)了驗(yàn)收。 關(guān)鍵詞：煉焦自動(dòng)化爐號(hào)識(shí)別三車對(duì)正無(wú)線通訊隨車控制器c p l d a b s t r a c t u n d e rt h es t u d yo ft h es y s t e mo fa u t o m a t i cc o n t r 0 1o fc o k i n gp l a n t a th o m ea n da b r o a d ，as u i to fs y s t e mo fa u t o m a t i ce x a m i n a t i o na n dc o n t r o l o fc o k i n gp l a n ti sd e v e l o p e d ，w h i c ht a k e sa d v a n t a g eo ft h et e c h n o l o g y p r o g r e s s i nt h ef i e l d ss u c h a s e l e c t r o n i c ，c o m p u t e r ，s e n s i n ga n d c o n t r o l l i n g t h es y s t e ma c c o m p l i s h e s a u t o m a t i c p r o d u c t i o n a n d c i r c u l a t i o no ft h r e e c a rc o k eo v e np r e c i s e l y t h es y s t e mi sc o m p o s e do f m a i nc o m p u t e ra n dc o n t r o lu n i te q u i p p e di nc o a l o v e nt h r e ec a r s a n dt h e d a t at r a n s m i s s i o ni sa c h i e v e db yc o n s t r u c t i n gn o n w i r en e t o v e nn u m b e r i d e n t i f i c a t i o n ，a c c u r a t ec o n t r a p o s i t i o na n dd a t a t r a n s m i s s i o na r et h ec r i t i c a l t e c h n o l o g i c a lp r o b i e m so ft h ei n t e r i o c k c o n t r o lo ft h r e e c a rc o k eo v e n t h ep a p e rd i s c u s s e st h et h e r ep r o b l e m s i nd e t a i l w ep r e f e r r e ds o l u t i o n sr e s p e c t i v e l y ：t h r e e 一1 i g h tp o s i t i o n i n g d e v i c e ，c o k eo v e nc o n t r o l l e ra n dr a d i ot r a n s m is s i o nn e t w o r k a st ot h e h a r d w a r e sd e s i g no fc o n t r o l l e r e q u i p p e di nc o a l o v e nt h r e ec a r s ，w e a d o p tt h es o l u t i o no fc o m b i n i n gs i n g l e c h i pc o m p u t e rt e c h n o l o g ya n dc p l d t e c h n o l o g y ，i n c r e a s i n gd e g r e eo fi n t e g r a t i o na n dr e l i a b i l i t yo ft h e s y s t e m t h ed e s i g no fs y s t e mi n s t a l l a t i o nt r u s sa n da p p e a r a n c em a k e sf i n a i c o n f i g u r a t i o ns i m p l ya n dp u l c h r i t u d e t h es y s t e mi n s t a l l e dr u n s s t a b l ya n da c h i e v e sp r e s u m e do b j e c t a t p r e s e n t ，i th a sp a s s e dt h ea p p r a i s a l k e y w o r d s ：c o k e - o v e na u t o m a tio d ：o v e rn u m b e rid e n tif ic a tio n ：t h r e ec a r s c o n t r a p o s i t i o n ；w ir e l e s sc o m m u n i c a t i o n ；c o k eo v e n c o n t r o i l e t ： c p l d 煉焦自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)及隨車控制器的研究 1 緒論 1 1 引言 中國(guó)是當(dāng)前世界上最大的焦炭生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，1 9 9 5 2 0 0 0 年期間，中國(guó)焦炭總產(chǎn) 量一直在1 2 1 - 3 億噸左右，占世界焦炭總產(chǎn)量的三分之一；2 0 0 2 年中國(guó)生產(chǎn)焦炭1 4 2 8 0 萬(wàn)噸，占世晃焦炭總產(chǎn)量的4 0 左右；中國(guó)鋼鐵工業(yè)是中國(guó)焦炭產(chǎn)品的主要用戶，冶金 用焦量每年為7 5 0 0 萬(wàn)噸左右。近l o 多年來(lái)，由于消費(fèi)焦炭的鋼鐵、機(jī)械及化工工業(yè)的 高速發(fā)展，我國(guó)焦炭總需求量翻了一番多。從1 9 9 3 年起，中國(guó)的焦炭需求量已連續(xù)居世 界第一位?？紤]到有色金屬及化工等行業(yè)對(duì)焦炭的消耗，2 0 0 3 年中國(guó)焦炭的總需求量將 超過(guò)1 6 億噸。同時(shí)中國(guó)亦是世界冶金焦炭的供應(yīng)基地，目前，全球海運(yùn)焦炭貿(mào)易量大 約1 8 0 0 萬(wàn)噸，日本、美國(guó)、巴西、比利時(shí)以及荷蘭仍然是中國(guó)焦炭的主要進(jìn)口國(guó)。中 國(guó)焦炭的生產(chǎn)在國(guó)內(nèi)乃至國(guó)際都有著舉足輕重的地位【2 】。 中國(guó)盡管是焦炭生產(chǎn)大國(guó)，但煉焦行業(yè)的工業(yè)設(shè)備、生產(chǎn)過(guò)程控制以及工藝水平較 低，生產(chǎn)出的焦炭產(chǎn)品強(qiáng)度不高、灰分偏大。為了確保焦炭產(chǎn)品的質(zhì)量和長(zhǎng)期穩(wěn)定的焦 碳出口貨源，并力爭(zhēng)在國(guó)際上樹(shù)立起中國(guó)焦炭產(chǎn)品的品牌，中國(guó)各大煉焦企業(yè)和貿(mào)易單 位正在積極地淘汰落后生產(chǎn)裝備，并已加強(qiáng)相互協(xié)調(diào)、進(jìn)行了總量控制，全力展開(kāi)了對(duì) 煉焦行業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整。 今年6 月2 2 2 3 日即將在北京召開(kāi)“第二屆中國(guó)煉焦技術(shù)及焦炭市場(chǎng)國(guó)際大會(huì)”將 對(duì)我國(guó)焦炭生產(chǎn)仍然面臨的諸多技術(shù)問(wèn)題做詳細(xì)的探討，這也側(cè)面反應(yīng)了我國(guó)對(duì)焦化行 業(yè)的重視。歐盟鋼鐵工業(yè)界的知名專家和學(xué)者針對(duì)未來(lái)的煉焦工業(yè)的發(fā)展方向問(wèn)題提出 以下四個(gè)建議：1 ，在減少煉焦生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的污染方面取得進(jìn)展。2 ，提高生產(chǎn)效率的連 續(xù)煉焦工藝。3 ，減少除煤氣以外的其他副產(chǎn)品。4 ，在煉焦煤料中，增加不粘結(jié)煤的比 例【3 】1 4 】。這也正是我國(guó)未來(lái)的煉焦技術(shù)的發(fā)展方向，因此加大煉焦技術(shù)方面探索和實(shí)踐 的力度是很有必要的。 可以看出，焦炭生產(chǎn)值得研究和探索方面非常多，涉及的領(lǐng)域也非常寬，在此我們 要討論的不是焦炭產(chǎn)品的生成問(wèn)題，也不是煉焦的化工工藝方面問(wèn)題，而是針對(duì)煉焦生 產(chǎn)的自動(dòng)化控制過(guò)程做一些探討，這也是符合我國(guó)當(dāng)前焦炭行業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀的。 1 ，2 煉焦生產(chǎn)過(guò)程的主要特點(diǎn) 在這里有必要先對(duì)焦炭生產(chǎn)的過(guò)程做一介紹，煉焦就是將焦煤置于在密閉的焦?fàn)t爐 室內(nèi)經(jīng)過(guò)1 4 - - - 18 個(gè)小時(shí)的干餾后得到紅焦，隨后通過(guò)焦?fàn)t的移動(dòng)機(jī)車將紅焦從爐室移出 送到熄焦室進(jìn)行熄炭。整個(gè)過(guò)程中共使用的焦車有推焦車、攔焦車、熄焦車和裝煤車。 具體步驟是：當(dāng)焦炭已經(jīng)煉成后，推焦車打開(kāi)爐室機(jī)側(cè)的爐門(mén)，攔焦車打開(kāi)同一爐室焦 側(cè)的爐門(mén)并把導(dǎo)焦柵插入爐室中，熄焦車位于攔焦車下側(cè)準(zhǔn)備接焦，當(dāng)三車都己準(zhǔn)備就 緒后，推焦車開(kāi)始進(jìn)行推焦操作，將紅焦推到熄焦車的熄焦罐中，由熄焦車運(yùn)送到熄焦 室；此后裝煤車從焦?fàn)t爐室頂部的裝煤口對(duì)空的爐室進(jìn)行裝煤，同時(shí)平煤桿會(huì)對(duì)爐室的 煉焦自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)及隨車控制器的研冤 煤堆平煤。 在實(shí)際的焦化廠現(xiàn)場(chǎng)中，粉塵，腐蝕性氣體較多，環(huán)境比較惡劣，焦?fàn)t四車的動(dòng)作 并不像上面所述的那樣簡(jiǎn)單。特別是在冬季和雨季，出焦時(shí)火焦的高溫將產(chǎn)生大量的水 蒸氣，迸一步影晌了現(xiàn)場(chǎng)操作人員的視線。加之車輛分散，活動(dòng)頻繁，運(yùn)行時(shí)自身震動(dòng) 大，使系統(tǒng)的準(zhǔn)確檢測(cè)與控制難以保證，相互間信息聯(lián)系不能及時(shí)而可靠的傳遞。而推 焦車、攔焦車和熄焦車在推焦操作前的對(duì)正鎖定于同一爐室( 以后我們簡(jiǎn)稱為“三車對(duì) 正”。) 對(duì)焦?fàn)t的安全生產(chǎn)是至關(guān)重要，因?yàn)槿噷?duì)正偏差而導(dǎo)致“紅焦落地”的嚴(yán)重事 故在國(guó)內(nèi)外也是屢見(jiàn)不鮮的。另外，焦?fàn)t一般使用年限較長(zhǎng)，焦?fàn)t老化是普遍存在的問(wèn) 題，隨之帶來(lái)爐室彎曲變形等問(wèn)題，使得焦車的停車對(duì)正精度需進(jìn)一步提高，根據(jù)目前 國(guó)內(nèi)焦?fàn)t的具體情況，l o r m n 的對(duì)正精度是比較適中的。當(dāng)前，存在煉焦生產(chǎn)中不利 因素主要有以下幾點(diǎn)。 1 粉塵大、腐蝕性氣體嚴(yán)重，環(huán)境溫度高，環(huán)境惡劣； 2 車輛分散，活動(dòng)頻繁，運(yùn)行時(shí)自身震動(dòng)大； 3 車輛定位難，準(zhǔn)確率低； 4 信號(hào)屏蔽和無(wú)線通訊干擾大； 5 焦?fàn)t的孔數(shù)不同； 6 焦?fàn)t的結(jié)焦時(shí)間不同； 7 爐齡不同，新舊爐同時(shí)使用； 8 焦?fàn)t的推焦計(jì)劃編制不同； 9 推焦車，攔焦車，熄焦車對(duì)正不精確； 1 0 采用交流載波方式實(shí)現(xiàn)大車連鎖，可靠性差，操作時(shí)耽誤時(shí)間 1 1 人工編制推焦計(jì)劃浪費(fèi)時(shí)聞，不精確； 總之，國(guó)內(nèi)大部分的焦化廠生產(chǎn)的自動(dòng)化控制程度較低，很多仍停留在焦車人工的 識(shí)別與定位，存在著嚴(yán)重的安全隱患。在自動(dòng)化控制管理方面非常落后，無(wú)論是生產(chǎn)設(shè) 備還是監(jiān)控管理軟件，都沒(méi)有形成一個(gè)完整成熟的體系。為改變我國(guó)焦化工業(yè)普遍落后 生產(chǎn)狀況，將工業(yè)測(cè)控技術(shù)應(yīng)用于焦?fàn)t生產(chǎn)的過(guò)程控制中便顯得極其重要。建立一套煉 焦自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)正是本課題研究的目標(biāo)。 1 3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 針對(duì)煉焦行業(yè)的現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題，如何能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確獲得焦車當(dāng)前所處的有效爐號(hào) 和使焦車能自動(dòng)停車定位在指定的爐號(hào)位置，是實(shí)現(xiàn)煉焦自動(dòng)控制的關(guān)鍵。國(guó)外研究開(kāi) 發(fā)的一些焦?fàn)t三車連鎖安全保障系統(tǒng)，一定程度上解決了焦?fàn)t自動(dòng)化生產(chǎn)管理方面的問(wèn) 題，并取得了很好的成績(jī)，但是國(guó)內(nèi)焦化廠從國(guó)外引進(jìn)來(lái)的三車連鎖系統(tǒng)，其建設(shè)費(fèi)用 和系統(tǒng)維護(hù)成本偏高。對(duì)于國(guó)內(nèi)研究的焦?fàn)t自動(dòng)化系統(tǒng)，具體應(yīng)用時(shí)控制精度、穩(wěn)定可 靠性都不是很高，投入到生產(chǎn)實(shí)際的還不是很多。 目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于煉焦自動(dòng)化的研究焦點(diǎn)主要也是集中在爐號(hào)識(shí)別和三車連鎖這兩 個(gè)問(wèn)題上，許多學(xué)者和工程技術(shù)人員對(duì)此提出了不少寶貴的方案，很有借鑒意義。下面 將對(duì)國(guó)內(nèi)外對(duì)此的研究成果做一些介紹。 在爐號(hào)識(shí)別方面，國(guó)內(nèi)最早的應(yīng)用是采用旋轉(zhuǎn)編碼器，安裝在車輪上用來(lái)檢測(cè)車輛 墮篁! 墊些些絲墨竺墨墮蘭笙型墨墮竺莖 運(yùn)行位置，通過(guò)對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的兩路脈沖進(jìn)行辨向，后接可逆計(jì)數(shù)器就能實(shí)現(xiàn)焦車 絕對(duì)位置的檢測(cè)。這種方式具有設(shè)計(jì)難度低、電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、成本低廉、安裝調(diào)試方便、 運(yùn)行維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)，很多設(shè)計(jì)方案都采用了這一思路。但是用編碼器的方式識(shí)別爐 號(hào)也存在一些缺點(diǎn)，焦車運(yùn)行時(shí)不可避免的會(huì)產(chǎn)生滑移，同時(shí)在常年高溫高熱的環(huán)境下 焦車軌道容易出現(xiàn)變形，也會(huì)產(chǎn)生檢測(cè)誤差和累積誤差。當(dāng)然，如果增加校正系統(tǒng)或誤 差補(bǔ)償裝置，是可以消除的。 干簧管方式是爐號(hào)識(shí)別又一方式，就是在焦?fàn)t機(jī)側(cè)每孔爐室設(shè)有一個(gè)干簧管，焦車 外壁漫有一個(gè)能吸合干簧管的電磁鐵。當(dāng)焦車與干簧管接近時(shí)，電磁鐵使干簧管導(dǎo)通， 從而檢測(cè)出焦車所在爐室的爐號(hào)。杭州鋼鐵廠應(yīng)用的是這種方法識(shí)別爐號(hào)。 感應(yīng)無(wú)線技術(shù)是發(fā)達(dá)國(guó)家七十年代末興起的一項(xiàng)新技術(shù)，目前僅曰本住友等幾個(gè)大 公司掌握該技術(shù)，該技術(shù)主要應(yīng)用于大型機(jī)車的數(shù)據(jù)通信、地址檢測(cè)，并結(jié)合計(jì)算機(jī)技 術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)達(dá)到自動(dòng)控制的目的。感應(yīng)無(wú)線技術(shù)將無(wú)線通訊與爐號(hào)位置識(shí)別合于一 體，能實(shí)現(xiàn)大型移動(dòng)設(shè)備的定位和與地面通訊，能適應(yīng)惡劣的環(huán)境，在技術(shù)上是較好的 解決方案，己在武漢鋼廠使用，效果非常理想。但這種方案的最大缺點(diǎn)是技術(shù)非常復(fù)雜， 成本昂貴，且焦側(cè)( 攔焦車側(cè)) 電纜易于損壞，一旦損壞，維修困難，維修時(shí)間長(zhǎng)，影 響焦?fàn)t的連續(xù)生產(chǎn)，而且維修費(fèi)用高。 射頻識(shí)別技術(shù)是9 0 年代興起的一項(xiàng)新型自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它的突出優(yōu)點(diǎn)是利用無(wú)線射 頻方式進(jìn)行非接觸雙向通訊，從而達(dá)到識(shí)別目標(biāo)和數(shù)據(jù)交換的目的。它是將具有固定編 號(hào)的電子標(biāo)簽設(shè)于每孔焦?fàn)t，利用車上的讀寫(xiě)器來(lái)識(shí)別和確定車輛的絕對(duì)地址，是解決 焦?fàn)t車輛定位的一種方法。這種方法理論探討的比較很多，在實(shí)踐中還未見(jiàn)應(yīng)用。其缺 點(diǎn)是對(duì)正精度偏低，可能使推焦出現(xiàn)問(wèn)題，特別是在焦?fàn)t老化以后這種問(wèn)題會(huì)更突出。 用接近開(kāi)關(guān)加金屬碼牌進(jìn)行爐號(hào)識(shí)別對(duì)位是克服粉塵干擾采取的一種方案。由于接 近開(kāi)關(guān)有效感應(yīng)距離短，不超過(guò)1 0 c m ，使接近開(kāi)關(guān)與碼牌間的距離難以控制，不能保證 對(duì)正精度。但接近開(kāi)關(guān)的低成本、易維護(hù)、以及非接觸性非常合適于焦車這種振動(dòng)非常 強(qiáng)烈工作形式下的爐號(hào)識(shí)別。存在的不足是金屬碼牌不能實(shí)現(xiàn)絕列編碼，使?fàn)t號(hào)識(shí)別的 軟件工作量和系統(tǒng)的不穩(wěn)定因素增加。 以上對(duì)現(xiàn)有的爐號(hào)識(shí)別技術(shù)做了一些介紹，每個(gè)方案都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)我們的 研究設(shè)計(jì)具有很好的參考價(jià)值。關(guān)于三車連鎖的實(shí)現(xiàn)方法目前常見(jiàn)的有y 射線，電力載 波，無(wú)線數(shù)字通訊等方式f ”2 0 l 。 利用v 射線傳播的強(qiáng)穿透性和直線性實(shí)現(xiàn)三車連鎖是近年來(lái)出現(xiàn)的一個(gè)新方法。y 射線適應(yīng)環(huán)境的能力強(qiáng)，可在一2 0 c 5 0 c 的溫度下穩(wěn)定工作，對(duì)正的精度非常商，已經(jīng) 應(yīng)用于寶鋼，效果非常理想。但射線具有放射性，對(duì)保護(hù)裝置安全保障裝置要求較高， 使得系統(tǒng)維護(hù)復(fù)雜，成本高。 無(wú)線數(shù)字通訊。用無(wú)線數(shù)字通訊模塊組成通訊網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)焦車間的大量的數(shù)據(jù)交 換。在數(shù)據(jù)中包含有焦車位置信息，就可以在推焦前確定各車的位置，實(shí)現(xiàn)三車連鎖。 三車連鎖的功能的實(shí)現(xiàn)實(shí)際上就是要實(shí)現(xiàn)三車之間位置信息的溝通，而電力載波是 實(shí)現(xiàn)這種溝通的很好的方式。它的基本原理是發(fā)射端用語(yǔ)音信號(hào)對(duì)載波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制， 接收端把語(yǔ)音信號(hào)解調(diào)出來(lái)，通過(guò)電力線進(jìn)行傳輸。北京焦化廠即用基于電力載波技術(shù) 的設(shè)備實(shí)現(xiàn)了三車連鎖功能1 5 j 【6 j 7 】 8 j o 煉焦自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)及隨車控制器的研究 1 4 課題的研究?jī)?nèi)容和主要工作 1 。4 1 研究?jī)?nèi)容 本課題為工程實(shí)際項(xiàng)目，合作方為大連聽(tīng)邁機(jī)電控制工程公司，研究的目標(biāo)是將工 業(yè)自動(dòng)控制技術(shù)引入到焦車移動(dòng)控制中，并運(yùn)用現(xiàn)代化的管理手段提高現(xiàn)有焦?fàn)t生產(chǎn)的 安全可靠性和生產(chǎn)效率，改變焦廠現(xiàn)有的落后生產(chǎn)面貌。本課題的最終目標(biāo)是要建立一 套煉焦自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)并對(duì)相應(yīng)的控制部件即焦?fàn)t車控制器做完整的設(shè)計(jì)。 在構(gòu)建整個(gè)煉焦自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)過(guò)程中，根據(jù)對(duì)現(xiàn)有煉焦生產(chǎn)過(guò)程及問(wèn)題的研究， 我們課題主要以下幾方面的內(nèi)容。 1 爐號(hào)識(shí)別技術(shù)。 焦車的位置信息是監(jiān)控系統(tǒng)的前提條件，位置信息是以爐號(hào)的形式反毆出來(lái)的，系 統(tǒng)根據(jù)焦?fàn)t車輛的現(xiàn)在位置結(jié)合推焦計(jì)劃所指示的將要操作的爐室爐號(hào)向焦?fàn)t車輛發(fā) 布運(yùn)行方向信號(hào)。所以系統(tǒng)必須識(shí)別焦?fàn)t車輛所在爐室的位置，也就是爐室的號(hào)碼。爐 號(hào)的檢測(cè)首先必須準(zhǔn)確無(wú)誤；其次，由于爐號(hào)識(shí)別裝置是暴露在室外的，要保證防水， 防低溫；最后，焦?fàn)t車輛運(yùn)行的速度最高為3 m s ，每個(gè)爐室的寬度為1 3 m ，如果每個(gè) 爐號(hào)采樣3 次，那么爐號(hào)識(shí)別的速度至少應(yīng)達(dá)到0 1 5 秒爐號(hào)，這就對(duì)我們的硬件設(shè)計(jì) 提出了較高的要求。 2 焦?fàn)t三車的精確對(duì)正。 三車對(duì)正是推焦的前提條件。實(shí)際上在焦?fàn)t現(xiàn)場(chǎng)工作的一共是焦?fàn)t四車，分別為推 焦車、攔焦車、熄焦車和裝煤車，由于每一次推焦過(guò)程的完成主要依賴于推焦車、攔焦 車和熄焦車，所以它們之間的對(duì)正極為重要，而裝煤車的運(yùn)行則相對(duì)獨(dú)立一些，不是我 們研究的重點(diǎn)。在推焦操作過(guò)程中，推焦桿要進(jìn)入爐室將焦炭推出，而推焦桿頂端攤焦 面的寬度僅略小于爐室內(nèi)腔的寬度，如果捶焦車對(duì)位不夠精確，就可能使推焦面頂?shù)綘t 襯，造成推焦動(dòng)作無(wú)法實(shí)現(xiàn)或爐襯被推壞的事故。推焦操作前推焦車，攔焦車，熄焦車 三車必須對(duì)正。 4 系統(tǒng)的通訊技術(shù)。 在焦?fàn)t現(xiàn)場(chǎng)，需要傳遞的狀態(tài)信息和命令信息很多，傳統(tǒng)的生產(chǎn)依靠人工搖旗和鳴 笛等分方式，效率低下。對(duì)于本課題的自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，選擇一個(gè)合理的通訊方式并 構(gòu)建通訊網(wǎng)絡(luò)，也是本系統(tǒng)的重要技術(shù)之一。 5 系統(tǒng)控制部件的研究。 系統(tǒng)的控制部件是爐號(hào)識(shí)別、三車對(duì)正和系統(tǒng)通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)的硬件平臺(tái)，是系統(tǒng)的 核心。控制部件設(shè)計(jì)主要依賴現(xiàn)代電子、傳感器和控制理論等方面的技術(shù)，是最能體現(xiàn) 監(jiān)控系統(tǒng)特點(diǎn)的。設(shè)計(jì)性能良好、結(jié)構(gòu)精巧的控制部件是系統(tǒng)的一個(gè)重點(diǎn)。 6 系統(tǒng)的適應(yīng)陛，可靠性。 系統(tǒng)的適應(yīng)性包括兩方面的內(nèi)容，一方面是在系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，如果某些環(huán)節(jié)出 現(xiàn)改變，系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)不影響生產(chǎn)的調(diào)整以適應(yīng)改變；另一方面是指，本系統(tǒng)在一個(gè)煉 焦廠運(yùn)行良好，技術(shù)成熟了以后，將其硬件和軟件移植至i 其他煉焦廠的能力。因此系統(tǒng) 的適應(yīng)性和可靠性也是我們研究的一個(gè)方面。 4 煉焦自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)及隨車控制器的研究 1 4 2 主要工作 課題要完成的工作有： 1 總體方案的設(shè)計(jì)； 2 主要技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)，包括爐號(hào)識(shí)別、三車對(duì)正、c p l d 的設(shè)計(jì)以及通 訊網(wǎng)絡(luò)等； 3 系統(tǒng)硬件及其相應(yīng)軟件的設(shè)計(jì)，其中上位機(jī)的編程將在專門(mén)的論文中有詳細(xì)的論 述； 4 系統(tǒng)的調(diào)試和安裝，最終得到結(jié)構(gòu)合理、外形較美觀的成品。 煉焦自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)及隨車控制器的研究 2 系統(tǒng)總體方案 2 1 系統(tǒng)的總體功能要求 煉焦自動(dòng)化的目標(biāo)是在煉焦生產(chǎn)中能利用工業(yè)自動(dòng)控制技術(shù)使焦?fàn)t三車協(xié)調(diào)動(dòng)作， 精確定位，排除焦炭生產(chǎn)過(guò)程中的事故隱患，為整個(gè)煉焦過(guò)程的安全、高效自動(dòng)化生產(chǎn) 提供系統(tǒng)化方法。一個(gè)完整的自動(dòng)化過(guò)程應(yīng)該實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的管理規(guī)劃提供數(shù)據(jù)資 料及進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理和控制。通常的管理功能的要求有：生成推焦計(jì)劃和生成生長(zhǎng)報(bào)表等， 它的實(shí)現(xiàn)主要依賴于軟件的編制。而對(duì)于我們要研究的監(jiān)控系統(tǒng)更多的是要實(shí)現(xiàn)顯示現(xiàn) 場(chǎng)狀態(tài)和生成焦?fàn)t四車的所有動(dòng)作的控制信號(hào)，具體的功能要求有： 1 檢測(cè)功能要求：能完整的檢測(cè)到焦?fàn)t車輛所在的爐號(hào)，焦?fàn)t車輛的精確對(duì)正信息，焦 爐車輛動(dòng)作部件的狀態(tài)。 2 控制功能要求：能實(shí)現(xiàn)對(duì)采集來(lái)的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行處理，形成協(xié)調(diào)的動(dòng)作控制信號(hào)。焦 車運(yùn)行方向控制信號(hào)提供給焦車上的司機(jī)參考，其余的控制信號(hào)p l c 直接執(zhí)行?？刂?信號(hào)的滯后要求為秒級(jí)。 3 顯示功能要求： ( 1 ) 顯示本車的各動(dòng)作部件的狀態(tài)。 ( 2 ) 顯示本車的運(yùn)行狀態(tài)。 ( 3 ) 顯示其他車的運(yùn)行狀態(tài)。 f 4 ) 報(bào)警顯示。 ( 5 ) 提示本車的下一步動(dòng)作。需要操作的爐號(hào)，動(dòng)作，運(yùn)行方向等。 4 系統(tǒng)的可靠性：系統(tǒng)能夠完全適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)的工作要求可靠、穩(wěn)定的運(yùn)= j ：。 5 系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性：為實(shí)現(xiàn)焦炭設(shè)備生產(chǎn)的自動(dòng)化管理，系統(tǒng)為后續(xù)的開(kāi)發(fā)準(zhǔn)備必要 的系統(tǒng)資源和技術(shù)基礎(chǔ)，以備控制目標(biāo)和管理項(xiàng)目的增加( 如增加裝煤車的控制和管理 及網(wǎng)絡(luò)控制和管理) 。 2 2 系統(tǒng)的總體方案規(guī)劃 系統(tǒng)的總體功能要求是我們?cè)O(shè)計(jì)系統(tǒng)方案的提前，只有在充分理解方案所要實(shí)現(xiàn)的 目標(biāo)后，才能研究方案的實(shí)現(xiàn)方法。根據(jù)煉焦生產(chǎn)過(guò)程的特點(diǎn)，結(jié)合系統(tǒng)的功能要求我 們采用了z , i p 控制計(jì)算機(jī)和微控制器相結(jié)合的方案。系統(tǒng)由一臺(tái)位于控制室內(nèi)主控機(jī)和 四臺(tái)分別安裝在四車上的隨車控制器組成的控制網(wǎng)絡(luò)。主控機(jī)負(fù)責(zé)分析現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)，形成 控制命令，協(xié)調(diào)四車動(dòng)作，并完成管理功能。隨車控制器負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的采集上傳，控 制信號(hào)的接收發(fā)布及必要的顯示，隨車控制器沒(méi)有分析現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)的功能。隨車控制器和 主控計(jì)算機(jī)之間通訊，通訊方式是雙向的，隨車控制器之間不進(jìn)行通訊。系統(tǒng)總體示意 圖如下圖2 一l 所示。 根據(jù)該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求我們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中主要解決的問(wèn)題有：爐號(hào)識(shí)別，三車對(duì)正 以及四車與主控計(jì)算機(jī)之間的通訊。爐號(hào)識(shí)別與三車對(duì)正的技術(shù)問(wèn)題屬于妊控系統(tǒng)的范 疇，主要是完成信號(hào)的采集和控制。而焦車和主控計(jì)舁機(jī)的逋訊則是墅個(gè)樂(lè)統(tǒng)備鄙仟酮 聯(lián)系紐帶，是各部件數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)方式9 1 1 。對(duì)于爐號(hào)識(shí)別與三車對(duì)正采用了分離的 設(shè)計(jì)思想，即用兩套裝置分別完成爐號(hào)識(shí)別和停車對(duì)正的工作，由于在功能上的細(xì)化， 大大降低了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的難易程度，同時(shí)也降低了生產(chǎn)成本，提高系統(tǒng)的可靠性。下面將 對(duì)系統(tǒng)的這三個(gè)阿題做一些論述。 1 爐號(hào)識(shí)別技術(shù) 圖2 - i 系統(tǒng)的布局分布 f i g 2 一lg e n e r a ll a y o u to ft h es y s t e m 爐號(hào)識(shí)別技術(shù)一直就是煉焦自動(dòng)化急需解決的重要技術(shù)問(wèn)題之一，主要是要準(zhǔn)確獲 得三車分別所處的有效爐室區(qū)域的爐號(hào)，這對(duì)三車的聯(lián)鎖控制是至關(guān)重要 的，尤其在推焦前的爐號(hào)識(shí)別不能有任何的差錯(cuò)。自動(dòng)識(shí)別技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用的 較為廣泛，技術(shù)種類也較多。常用的有射頻識(shí)別，干簧管，感應(yīng)無(wú)線，編碼器等方式。 下面對(duì)幾種常用的爐號(hào)識(shí)別方法加以比較。 采用射頻識(shí)別技術(shù)，在爐側(cè)適當(dāng)位置埋入無(wú)源電子標(biāo)簽，在車上用無(wú)線射頻方法進(jìn) 行非接觸通訊，從而達(dá)到目標(biāo)識(shí)別和數(shù)據(jù)交換目的，它具有成本低，適應(yīng)性強(qiáng)，絕對(duì)碼 址無(wú)積累誤差，抗干擾能力強(qiáng)，預(yù)埋標(biāo)簽無(wú)源等優(yōu)點(diǎn)是種較好的解決方案，已在石焦 試運(yùn)行。其缺點(diǎn)是對(duì)正精度偏低為5 c m ，因焦?fàn)t爐側(cè)與推焦機(jī)的間隙僅為5 c m ，在焦?fàn)t 老化變形后，5 c m 的對(duì)正誤差有可能使推焦出現(xiàn)問(wèn)題。 對(duì)射方式組成的紅外線編碼識(shí)別系統(tǒng)是九。年代我國(guó)出現(xiàn)的一種爐號(hào)識(shí)別系統(tǒng)，該 技術(shù)通過(guò)采用一些先進(jìn)的技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)人們對(duì)各類物體或設(shè)備( 人員、物品) 在不同的 狀態(tài)( 移動(dòng)、靜止或惡劣環(huán)境) 下的自動(dòng)識(shí)別或管理。它采用了絕對(duì)編碼，理淪上沒(méi)有累 積誤差。但由于是光路耦合，在焦?fàn)t惡劣的環(huán)境中煙霧粉塵會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，并帶來(lái)較 突出的維護(hù)工作量。用接近開(kāi)關(guān)加金屬碼牌進(jìn)行爐號(hào)識(shí)別對(duì)位是克服粉塵干擾采取的一 種方案。由于接近開(kāi)關(guān)有效距離短，不超過(guò)l o o m ，而各車行走時(shí)的上下左右搖擺可超過(guò) 煉焦自動(dòng)化黼控系統(tǒng)及髓車控制器的研冗 5 c m ，使接近開(kāi)關(guān)與碼牌間的距離難以控制。 感應(yīng)無(wú)線位置檢測(cè)技術(shù)特點(diǎn)是：非接觸式、連續(xù)地進(jìn)行絕對(duì)位置檢測(cè)，它利用固定 于地面的軌道旁的一根按一定編碼排列的感應(yīng)電纜與機(jī)車上的天線f 司的電磁感應(yīng)作為 行走位置檢測(cè)手段，具有分辨率高的特性，可實(shí)現(xiàn)高精度的對(duì)正自動(dòng)控制。同時(shí)由于感 應(yīng)電纜對(duì)位置是絕對(duì)編碼，所以系統(tǒng)運(yùn)行可靠性高，誤識(shí)別可能性小。感性無(wú)線技術(shù)目 前國(guó)外采用的比較多，國(guó)內(nèi)的應(yīng)用也已經(jīng)開(kāi)始，效果比較理想。但缺點(diǎn)也是同時(shí)存在的： 技術(shù)難度復(fù)雜，系統(tǒng)的整體建設(shè)成本和維護(hù)成本的偏高，同時(shí)由于感應(yīng)無(wú)線技術(shù)本身的 限制，如果使系統(tǒng)精度提高( 1 2 7 ) 。如果主站發(fā)送了錯(cuò)誤報(bào)文，從站會(huì)記 錄下來(lái)并發(fā)回出錯(cuò)應(yīng)答信息。若主站未收到有效應(yīng)答或在一定時(shí)間內(nèi)未收到響應(yīng)報(bào)文， 則會(huì)再發(fā)報(bào)文給從站。 4 3 2 系統(tǒng)通訊協(xié)議的制定 本通訊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)就是建立可靠的、實(shí)時(shí)的通訊網(wǎng)絡(luò)，能滿足整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行需 要，首先了解一下系統(tǒng)對(duì)通訊的要求： l 、時(shí)間的要求。在4 秒鐘內(nèi)與4 輛焦車分別通訊一次，焦車間的通訊問(wèn)隔為1 秒，即 主控計(jì)算機(jī)與每輛焦車每次通訊時(shí)間應(yīng)在1 秒以內(nèi)?？紤]到焦車子站m c u 還要進(jìn)行信號(hào) 采集，控制輸出，顯示等操作，與每輛車的通訊時(shí)間控制在0 3 秒以內(nèi)。 2 、車別確認(rèn)。焦車子站的通訊模塊收到命令后，應(yīng)能區(qū)別是否是發(fā)給該車的命令；主 2 0 煉焦自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)及隨車控制器的研冗 控計(jì)算機(jī)收到現(xiàn)場(chǎng)信息后，應(yīng)能區(qū)分發(fā)出信息的焦車的車別。 3 、通訊的容錯(cuò)能力。當(dāng)與某輛車某次通訊失敗時(shí)，通訊程序仍能繼續(xù)執(zhí)行。另外，如 果與某輛車通訊失敗的次數(shù)過(guò)多，有呼叫備用車的能力。 通訊方式采用的是主模塊請(qǐng)的數(shù)據(jù)采集形式，主控計(jì)算機(jī)的模塊( 定義為m 1 ) 按照 1 秒的時(shí)間間隔順次與4 輛焦車進(jìn)行通訊。h l 主動(dòng)呼叫，并發(fā)出焦車操作控制命令( 該 命令由主控計(jì)算機(jī)對(duì)采集到的最新的現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)處理后得出) ，被叫方收到呼叫后，將本 車的狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送給m l 。發(fā)送完?duì)顟B(tài)信息后，被叫方通訊模塊轉(zhuǎn)為接收狀態(tài)。到此時(shí)， 約耗時(shí)0 3 秒。m 1 收到狀態(tài)信息后，轉(zhuǎn)為發(fā)送狀態(tài)并等待，直至將本次通訊的時(shí)間( 1 秒鐘) 耗盡。然后，m l 呼叫下一輛焦車，進(jìn)行與下一輛焦車的通訊。 車別的區(qū)分通過(guò)系統(tǒng)初始化時(shí)將所有9 個(gè)數(shù)傳模塊設(shè)定不同的身份碼的辦法加以解 決。每個(gè)數(shù)傳模塊均有一個(gè)表示其唯一身份的身份碼，身份碼長(zhǎng)兩個(gè)字節(jié)共十六位。第 一字節(jié)表示組碼，第二字節(jié)表示組內(nèi)識(shí)別碼。因此共有6 5 5 3 6 個(gè)地址可用。在點(diǎn)對(duì)多點(diǎn) 組網(wǎng)使用中，o o h 表示主機(jī)身份碼，第一個(gè)字節(jié)及第二個(gè)字節(jié)均不得使用f f t t ，f f h 是留 給組網(wǎng)用的專用碼。出廠時(shí)身份碼是o o h 。身份碼是用模塊的內(nèi)部命令d 7 h ，f s h ，x x h ，y y h 設(shè)置，設(shè)置后存與模塊內(nèi)的e e p r o m 中，掉電后不丟失，模塊上電后進(jìn)入模塊的r a m 中。 在數(shù)據(jù)傳送前還應(yīng)先設(shè)置傳送的目的地址，以確定由哪個(gè)車的無(wú)線模塊接收數(shù)據(jù)。目的 地址的設(shè)置共有兩條指令，其一是用d 7 h ，e 1 h ，x x h ，y y h 設(shè)置，設(shè)置后存于模塊內(nèi)的 e e p r o m 中，模塊上電后，進(jìn)入模塊r a m 中的目的地址單元。其二是用d 7 h ，e 2 h ，x x h y y h 設(shè)置，設(shè)置后替換模塊內(nèi)的r a m 中的目的地址單元的內(nèi)容，但不改變e e p r o m 中目的地 址的內(nèi)容。兩條指令的區(qū)別在于第一條指令設(shè)置模塊上電時(shí)的初始目的地址，常用于設(shè) 置分機(jī)，因?yàn)橐话惴謾C(jī)的目的地址在使用中總