格雷母線技術(shù)在焦?fàn)t四大車聯(lián)鎖控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

靳 燕

（山西省自動(dòng)化研究所，山西太原 030012）

在我國(guó)的鋼鐵行業(yè)和其它煉焦制氣行業(yè)的焦化廠中，焦?fàn)t生產(chǎn)移動(dòng)機(jī)車（推焦車、攔焦車、熄焦車、裝煤車）的地址爐號(hào)對(duì)位、推焦動(dòng)作聯(lián)鎖及自動(dòng)走行和無(wú)人操作等一系列自動(dòng)化技術(shù)問(wèn)題的解決，對(duì)焦化廠提高生產(chǎn)管理自動(dòng)化水平、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。而在四大車動(dòng)作聯(lián)鎖控制系統(tǒng)中位置檢測(cè)技術(shù)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，只有檢測(cè)出一車的準(zhǔn)確位置，主PLC才會(huì)發(fā)出另一車運(yùn)行的指令。目前，我國(guó)大多數(shù)焦化企業(yè)在四車運(yùn)行時(shí)還采用落后的人眼定位，對(duì)講機(jī)通訊，致使很難準(zhǔn)確定位，直接后果是降低焦?fàn)t使用壽命，甚至?xí)l(fā)生重大生產(chǎn)事故。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外焦?fàn)t四大車聯(lián)鎖控制系統(tǒng)中的先進(jìn)定位技術(shù)主要采用格雷母線位置檢測(cè)技術(shù)、旋轉(zhuǎn)編碼器位置檢測(cè)技術(shù)、定位片電磁編碼位置檢測(cè)技術(shù)、條形碼位置檢測(cè)技術(shù)等。其中格雷母線位置檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用最為普遍，而且實(shí)踐表明，格雷母線位置檢測(cè)技術(shù)是最為成熟，絕對(duì)定位精確度高，地址檢測(cè)也最為穩(wěn)定可靠的。

1 格雷母線技術(shù)在四車聯(lián)鎖系統(tǒng)中的應(yīng)用

1.1 檢測(cè)原理、方式及特點(diǎn)

格雷母線技術(shù)又叫感應(yīng)無(wú)線技術(shù)，也有文獻(xiàn)稱其為編碼電纜位置檢測(cè)技術(shù)，始于20世紀(jì)70年代的日本。我國(guó)于1997年后在國(guó)內(nèi)研制成功，并成功地用在工業(yè)大型控制系統(tǒng)上。

格雷母線位置檢測(cè)裝置主要包括:扁平電纜（格雷母線電纜外形為扁平狀，故稱扁平電纜）、天線箱、地址編碼發(fā)射器和地址編碼接收器等。扁平電纜內(nèi)部有若干對(duì)傳輸線，按用途分為通信傳輸對(duì)線類和地址傳輸對(duì)線類。地址傳輸對(duì)線包括基準(zhǔn)線（R線）和地址線（G線）。基準(zhǔn)線用于獲取標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，它在整個(gè)感應(yīng)電纜中不交叉。地址線用于檢測(cè)地址，是按格雷碼的編碼規(guī)律來(lái)編制，各對(duì)地址線按不同步長(zhǎng)編排，每隔一定步長(zhǎng)交叉一次。設(shè)感應(yīng)電纜的最小步長(zhǎng)為W，則G0、G1、G2、G3、G4步長(zhǎng)分別為 1W、2W、4W、8W、16W。天線箱是與感應(yīng)電纜進(jìn)行電磁耦合的裝置，其寬度與感應(yīng)電纜最小步長(zhǎng)相等，為W。機(jī)車的天線箱發(fā)射高頻信號(hào)通過(guò)電磁感應(yīng)被地面的扁平電纜接收，G0～G9在不同位置有不同的交叉點(diǎn)，其接收到的信號(hào)在經(jīng)過(guò)偶數(shù)個(gè)交叉后，相位與基準(zhǔn)信號(hào)相同，在經(jīng)過(guò)奇數(shù)個(gè)交叉點(diǎn)后，相位與基準(zhǔn)信號(hào)的相位相反，若規(guī)定同相位時(shí)地址為“0”，反相位時(shí)地址為“1”，則在扁平電纜的某一位置得到唯一l0位的地址編碼，此對(duì)應(yīng)于機(jī)車的一個(gè)地址。地面站的地址檢測(cè)單元將地址碼轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制的米數(shù)，即可檢測(cè)出機(jī)車離扁平電纜始端的距離，從而得到機(jī)車的位置，中控室的PLC將這個(gè)地址與數(shù)據(jù)區(qū)中預(yù)設(shè)定的各爐號(hào)的地址相比較，即可知道機(jī)車在哪個(gè)炭化室，是否已經(jīng)對(duì)準(zhǔn)。

圖1 地址檢測(cè)原理圖

位置檢測(cè)方式有兩種。第一種:地上檢測(cè)方式，所謂地上檢測(cè)，就是把地址編碼接收器安裝在地面站，由地面站完成地址檢測(cè)。地址編碼發(fā)射器和天線箱則安裝在車載站，通過(guò)天線箱發(fā)射地址信號(hào)。如車載站要得到地面站的位置，可通過(guò)無(wú)線通信方式從地面站得到。第二種:車上檢測(cè)方式，所謂車上檢測(cè)，也就是把地址編碼接收器和天線箱安裝在車載站，由車載站完成地址檢測(cè)。地址編碼發(fā)射器則安裝在地面站，通過(guò)電纜芯線發(fā)射地址信號(hào)。如地面站要得到車載站的位置，可通過(guò)無(wú)線通信方式解決。在實(shí)際應(yīng)用中選擇哪一種地址檢測(cè)方式要根據(jù)具體的控制系統(tǒng)需求來(lái)決定。如果控制系統(tǒng)的重心在車載站，則最好采用車上檢測(cè)方式;如果控制系統(tǒng)的重心在地面站，則盡量采用地上檢測(cè)方式。本系統(tǒng)采用的為地上檢測(cè)方式。

檢測(cè)特點(diǎn):

（1）由于通過(guò)天線箱與扁平電纜之間的電磁耦合來(lái)檢測(cè)移動(dòng)機(jī)車的位置，所以無(wú)機(jī)械性接觸磨損，因而可以高速準(zhǔn)確地檢測(cè)位置信號(hào)。

（2）由于編碼電纜為多對(duì)以一定規(guī)律交叉扭絞結(jié)構(gòu)，能有效地抑制外部雜散電平的干擾。

（3）能夠在機(jī)車行走范圍內(nèi)連續(xù)測(cè)址。

1.2 四大車工作內(nèi)容

·推焦車 負(fù)責(zé)煤餅在焦?fàn)t內(nèi)燒成焦炭后，把其從焦?fàn)t內(nèi)推出。（具體動(dòng)作有啟門，推焦，清門，清框，并在裝煤車裝煤后關(guān)上爐門）

·裝煤車 負(fù)責(zé)在推焦車推完焦后把事先搗固好的煤餅裝入焦?fàn)t內(nèi)。（具體動(dòng)作有開啟煤箱的前擋板，開煤壁，用手動(dòng)或自動(dòng)操作將其緩緩裝入焦?fàn)t爐膛內(nèi)，鎖住后擋板收裝煤底板，開鎖收后擋板，到位后，關(guān)前擋板，關(guān)煤箱壁）

·攔焦車 負(fù)責(zé)和推焦車同時(shí)工作，在推焦車推焦時(shí)，攔焦車已經(jīng)開啟爐門對(duì)好導(dǎo)焦柵，讓被推出的焦炭從導(dǎo)焦柵內(nèi)通過(guò)掉入熄焦車箱內(nèi)，起引導(dǎo)作用。

·熄焦車 負(fù)責(zé)配合推焦車、攔焦車工作，在推焦前，和攔焦車一起對(duì)好下一爐號(hào)，將其熄焦箱對(duì)好上方攔焦車的導(dǎo)焦柵的出口處，在推焦時(shí)，接住焦炭。推焦完畢后，將焦炭用熄焦車機(jī)車頭引領(lǐng)熄焦箱運(yùn)走熄滅的焦炭。

1.3 四車聯(lián)鎖控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

本系統(tǒng)包括中控室和車上部?jī)纱蟛糠帧Ｖ锌厥野?上位機(jī)、PLC（可編程控制器）、通訊器件、扁平電纜等。主要實(shí)現(xiàn)以下功能:（1）焦?fàn)t動(dòng)畫顯示;（2）生產(chǎn)計(jì)劃的編排和傳輸;（3）生產(chǎn)記錄和統(tǒng)計(jì)報(bào)表的生成;（4）機(jī)車位置檢測(cè);（5）采集各機(jī)車信息并形成機(jī)車聯(lián)鎖控制指令;（6）與各機(jī)車通信，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換。車上部包括:天線箱、通信器件、車載PLC（車載控制器）、操作站等。主要實(shí)現(xiàn)以下功能:現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、聯(lián)鎖控制、與中控室通訊等功能。

操作員在中控室的上位機(jī)上制定推焦計(jì)劃，中控室的PLC用來(lái)存放四車聯(lián)鎖程序和推焦計(jì)劃，并結(jié)合檢測(cè)到的四車位置信號(hào)發(fā)送運(yùn)行指令到相應(yīng)機(jī)車的車載控制器及各車當(dāng)前位置到各車的車載控制器。運(yùn)行指令的發(fā)送是通過(guò)通訊器件傳輸?shù)奖馄诫娎|，天線箱就會(huì)接收到由扁平電纜發(fā)送的無(wú)線電波，再由天線箱通過(guò)通訊器件傳送到車載控制器。車載控制器采集到現(xiàn)場(chǎng)信息后，也會(huì)反向傳遞給中控室的PLC。扁平電纜通過(guò)對(duì)天線箱信號(hào)的檢測(cè)來(lái)確定相應(yīng)機(jī)車的位置并把位置信號(hào)傳給主PLC。車載控制器主要負(fù)責(zé)機(jī)車的內(nèi)部聯(lián)鎖以及根據(jù)主控室PLC發(fā)出的指令對(duì)機(jī)車的運(yùn)行進(jìn)行控制，同時(shí)記錄推焦車的推焦時(shí)間，攔焦車導(dǎo)焦柵的就位時(shí)間、熄焦車的準(zhǔn)備好時(shí)間等，并經(jīng)主PLC送到地面操作站形成報(bào)表，從而計(jì)算出推焦系數(shù)，以此達(dá)到對(duì)生產(chǎn)情況的監(jiān)督和考核。

1.4 常見故障分析

·檢測(cè)不到機(jī)車地址或地址檢測(cè)偏差:（1）查看地址卡工作狀態(tài)是否異常。如地址卡狀態(tài)碼顯示為FF，說(shuō)明地址卡工作異常，有故障;如地址卡狀態(tài)碼顯示為AA，說(shuō)明地址卡工作正常。（2）查看天線箱及與天線箱連接的電纜是否存在被碰掉或掛斷的現(xiàn)象。（3）檢查扁平電纜芯線是否短路或斷路。用萬(wàn)用表測(cè)量R線和各G對(duì)線的電阻值，檢查R線和G對(duì)線是否短路、斷路。（4）查看電纜與始端箱的連接是否異常。

·通信異常:（1）檢查通信電纜連接器是否接觸不良。（2）檢查通信器件是否工作異常、死機(jī)。（3）是否與天氣有關(guān)。有時(shí)雨天或伴有雷電的雨天都可導(dǎo)致通訊異常。（4）查看周邊是否有同頻無(wú)線信號(hào)源的干擾。

2 結(jié)束語(yǔ)

用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)焦化產(chǎn)業(yè)，加速產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，使焦化行業(yè)在“效益，環(huán)保，節(jié)能，創(chuàng)新”等方面有所突破，全面提升焦化行業(yè)技術(shù)與管理水平，這對(duì)于我們這個(gè)煤焦大省是一個(gè)重大而迫切的問(wèn)題，也是我省經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整政策性重要導(dǎo)向之一。格雷母線位置檢測(cè)技術(shù)可以精確定位機(jī)車位置，減少了焦?fàn)t機(jī)車和焦?fàn)t本體的損壞，提高了生產(chǎn)自動(dòng)化水平和生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，達(dá)到了預(yù)期的功能和要求。

［1］陳進(jìn)，周曉輝.工業(yè)有軌作業(yè)機(jī)車自動(dòng)定位控制［J］.電氣應(yīng)用，2006（5）:65-68.

［2］程望斌，陳進(jìn).感應(yīng)無(wú)線位置檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.電子技術(shù)，2011（6）:31-33.