刻度標(biāo)尺自動定位技術(shù)在高爐小車精準(zhǔn)對位系統(tǒng)中的應(yīng)用

魏培超

（甘肅酒鋼集團(tuán)宏興鋼鐵股份有限公司，甘肅嘉峪關(guān)735100）

刻度標(biāo)尺自動定位技術(shù)在高爐小車精準(zhǔn)對位系統(tǒng)中的應(yīng)用

魏培超

（甘肅酒鋼集團(tuán)宏興鋼鐵股份有限公司，甘肅嘉峪關(guān)735100）

介紹了刻度標(biāo)尺精確定位技術(shù)的工作原理及系統(tǒng)組成，以及該檢測技術(shù)在高爐小車精確對位系統(tǒng)中的應(yīng)用。通過使用該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了小車定位及遠(yuǎn)程自動換倉卸料操作和監(jiān)測，降低了現(xiàn)場操作人員的勞動強(qiáng)度，保障了操作人員職業(yè)健康，提高了高爐生產(chǎn)的自動化程度。

刻度標(biāo)尺；無線傳輸；視頻監(jiān)控；料位監(jiān)測；遠(yuǎn)程操作

1 引言

隨著科技的進(jìn)步，冶金工業(yè)自動化程度越來越高。通過先進(jìn)自動化技術(shù)的應(yīng)用，工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動運(yùn)行，可適當(dāng)減少現(xiàn)場操作人員，提高生產(chǎn)效率，降低操作維護(hù)人員的勞動強(qiáng)度，是冶金工業(yè)整體發(fā)展趨勢的要求。某煉鐵廠3號高爐礦槽卸料系統(tǒng)承擔(dān)著為煉鐵總廠相對應(yīng)的高爐提供燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、塊礦、焦炭等品種原料的重任，分別由礦槽頂部的2臺小車來完成整個系統(tǒng)的布料作業(yè)。目前高爐礦槽加料作業(yè)仍然沿用人工控制加料的作業(yè)模式，操作人員在卸料車旁來回行走控制卸料車（機(jī)旁操作），僅憑借現(xiàn)場標(biāo)記的倉號人工判斷小車停車位置。由于現(xiàn)場粉塵極大，惡劣的環(huán)境不僅影響小車對位精度，容易造成錯料、混料、漫料等事故。同時，對頻繁在現(xiàn)場操作的職工也存在職業(yè)健康危害，不適宜工人直接在現(xiàn)場操作。當(dāng)現(xiàn)場誤操作，發(fā)生混料情況時，現(xiàn)場沒有位置跟蹤信息和操作記錄信息，不能查出是哪那個班組發(fā)生了混料及混料的時間和數(shù)量。上述問題的發(fā)生對生產(chǎn)帶來了影響，因?yàn)椴剂闲≤囆读舷到y(tǒng)是直接送往高爐去煉鐵的，由于誤操作（操作人員責(zé)任心不強(qiáng)，看錯倉號，夜間值班多易出現(xiàn)）容易導(dǎo)致錯倉混料的事故，直接影響到提供給高爐煉鐵用原料成分的穩(wěn)定性，從而造成鐵水質(zhì)量不合格。

由于人眼定位和接近開關(guān)定位方式存在缺陷，會影響到卸料設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，不僅降低了卸料小車定位精度，而且設(shè)備的誤工率也大幅增加，無法滿足長期穩(wěn)定生產(chǎn)的需要。同時，由于有較多的人工參與，頻繁的信息交換不能通過計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行傳輸，設(shè)備的整體作業(yè)率難以有效提升，中控室的信息集中監(jiān)控功能得不到實(shí)現(xiàn)，生產(chǎn)效率和管理水平等等都難以滿足目前生產(chǎn)的需要?？傮w而言，卸料小車的定位問題已經(jīng)成為了制約高爐供料生產(chǎn)中的一大“瓶頸”。

為此，對高爐卸料小車精準(zhǔn)對位采用了刻度標(biāo)尺精確定位系統(tǒng)。在精確定位系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，本套系統(tǒng)還應(yīng)用了視頻監(jiān)控、料位監(jiān)控、皮帶跑偏等保護(hù)措施來實(shí)現(xiàn)整個布料系統(tǒng)的智能化。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

刻度標(biāo)尺小車自動控制系統(tǒng)主要由位置檢測、料位采集、無線傳輸、皮帶跑偏、PLC控制、上位機(jī)，視頻監(jiān)控等部分組成，系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。各部分實(shí)現(xiàn)的功能如下。

位置檢測：采用刻度標(biāo)尺精確定位系統(tǒng)來檢測小車的實(shí)時位置，標(biāo)定各料倉的位置；

料位采集：在料倉合適位置分布安裝料位計，用來實(shí)時采集料倉料位信號，此信號傳輸?shù)街锌厥业腜LC模塊內(nèi)；

無線傳輸：采用工業(yè)級無線網(wǎng)橋，把地面的主站PLC的指令傳給移動卸料小車上的分站PLC；

皮帶跑偏：采集皮帶跑偏信號，在中控上位機(jī)上報警提示；

PLC控制：采集各料倉料位信號和小車位置信號，接收中控室上位機(jī)工作指令，并控制變頻器工作；

上位機(jī)：人機(jī)界面，根據(jù)生產(chǎn)工藝流程制定生產(chǎn)流程，控制指令發(fā)送到PLC；

視頻監(jiān)控：監(jiān)視皮帶兩側(cè)的實(shí)時工況，對現(xiàn)場實(shí)時影像可回放。

3 刻度標(biāo)尺介紹及檢測原理

3．1 刻度標(biāo)尺構(gòu)成

刻度標(biāo)尺由車載子系統(tǒng)、地面子系統(tǒng)、刻度標(biāo)尺子系統(tǒng)組成。

車載子系統(tǒng)包含游尺指針、車載電氣柜（內(nèi)含刻度生成儀、開關(guān)電源等）。

地面子系統(tǒng)由地面電氣柜組成（內(nèi)含刻度分析儀、開關(guān)電源、網(wǎng)關(guān)、信號分配器等）。

刻度標(biāo)尺子系統(tǒng)由專用刻度標(biāo)尺、ST箱、引線電纜以及各種用于刻度標(biāo)尺安裝、固定、防護(hù)機(jī)構(gòu)組成。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)成圖

圖2 刻度標(biāo)尺系統(tǒng)構(gòu)成圖

整個刻度標(biāo)尺定位系統(tǒng)如圖2所示。

3．2 刻度標(biāo)尺原理

刻度標(biāo)尺精確定位系統(tǒng)采用法拉第電磁感應(yīng)定律（磁力線傳導(dǎo)原理）來檢測移動搬運(yùn)設(shè)備的位移量，當(dāng)游尺指針線圈中通入交變電流時，在游尺指針附近會產(chǎn)生交變磁場?？潭葮?biāo)尺近似處在一個交變的、均勻分布的磁場中，每對刻度標(biāo)尺芯線會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。刻度生成儀信號通過電磁耦合方式傳送到刻度標(biāo)尺的感應(yīng)環(huán)線上?？潭确治鰞x對接收到的信號進(jìn)行相位比較。交叉線的信號相位與平行線的信號相位相同，地址為“0”；交叉線的信號相位與平行線的信號相位相反，地址為“1”。這樣感應(yīng)的得到地址信息是數(shù)字編碼排列，由此確定游尺指針在刻度標(biāo)尺長度方向上的位置，原理圖如圖3所示。

圖3 刻度標(biāo)尺原理圖

4 控制原理

4．1 自動化控制系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用S7－1200PLC可編程控制系統(tǒng)，位移信號由安裝于現(xiàn)場的刻度分析儀輸出后，使用RS－485通訊電纜接入PLC的CPU模塊上的485接口，最終將位移信號以整數(shù)形式寫入PLC內(nèi)的固定寄存器。小車的行走控制由PLC編程，通過輸出的開關(guān)量信號控制。上位機(jī)使用WinCC組態(tài)軟件制作，通過Profinet以太網(wǎng)通訊完成上位機(jī)與PLC系統(tǒng)之間的通訊。主站PLC與分站PLC之間以無線網(wǎng)絡(luò)硬件介質(zhì)傳輸。

通過刻度標(biāo)尺精確定位系統(tǒng)和上位機(jī)操作系統(tǒng)的協(xié)同工作，可以確保小車行走平穩(wěn)，停車位置準(zhǔn)確可靠。在輸料系統(tǒng)中將不同的原料品種卸到指定的倉位內(nèi)，滿足工藝需求。按操作方式可設(shè)置“手動”和“自動”切換功能，使系統(tǒng)在自動操作控制方式非正常的情況下仍能通過現(xiàn)場車載操作箱手動操作，來完成卸料作業(yè)，不會影響高爐生產(chǎn)的正常進(jìn)行。急停命令可以讓小車立即停止行走。

電機(jī)控制系統(tǒng)框架如圖4所示。

圖4 電機(jī)控制系統(tǒng)框架圖

4．2 卸料小車自動定位系統(tǒng)運(yùn)行流程

在自動模式下運(yùn)行時，需要操作人員根據(jù)工藝需求情況在畫面中選取相應(yīng)的料倉，當(dāng)PLC接到此指令后，就會比對目前卸料小車所在的實(shí)際位置和目標(biāo)位置，使卸料小車自動前進(jìn)或后退，直到到達(dá)指定料倉下料點(diǎn)后停車。

在控制卸料小車自動行走時，軟件根據(jù)系統(tǒng)的延時和卸料小車的慣性，計算出剎車提前量，通過變頻器控制抱閘的動作，實(shí)現(xiàn)卸料小車的準(zhǔn)確停車。上位機(jī)單臺車控制操作界面如圖5所示；上位機(jī)軟件主界面如圖6所示。

圖5 單機(jī)上位操作界面

圖6 上位機(jī)主操作界面

5 結(jié)束語

刻度標(biāo)尺精確定位系統(tǒng)在某煉鐵廠安裝調(diào)試后成功運(yùn)行。通過非接觸式刻度標(biāo)尺實(shí)時檢測卸料小車當(dāng)前位置，即所處倉位（槽位）識別，結(jié)合料位檢測，實(shí)現(xiàn)了卸料小車的自動換倉卸料、多點(diǎn)均勻布料（下料），提高了倉容利用率，優(yōu)化了工藝流程，減少了出錯機(jī)率。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的計算機(jī)管理和遠(yuǎn)程監(jiān)控操作，可以完成遠(yuǎn)程全自動操作控制和生產(chǎn)狀況存貯查詢功能，降低了操作人員的勞動強(qiáng)度，提高了崗位職業(yè)健康水平及生產(chǎn)管理水平。

［1］廖常初．S7－1200 PLC編程及應(yīng)用［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社．

［2］廖常初．PLC編程及應(yīng)用［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社．

［3］周美蘭，周 封，王岳宇．PLC電氣控制與組態(tài)設(shè)計［M］．北京：科學(xué)出版社．

［4］張 春．深入淺出西門子S7－1200 PLC［M］．北京：北京航空航天出版社．

［5］姜建芳．西門子WinCC組態(tài)軟件工程應(yīng)用技術(shù)［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社．

［6］齊 榮．可編程計算機(jī)控制器原理及應(yīng)用［M］．西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社．

Application of automatic calibration technology of scale ruler in precise alignment system of blast furnace

WEI Pei－chao

（Gansu Jiu Steel Group Hongxing Iron＆Steel Co．，Ltd．，Jiayuguan 735100，China）

The working principle and the system composition of the scale ruler calibration precision positioning technology is introduced，and the application of this calibration technology in the precise alignment system of the blast furnace is presented．By using of this technology，the vehicle positioning，the remote automatic warehouse unloading operation and the system monitoring are realized．It can reduce the labor intensity of the site operators，can ensure the occupation health of the operators，and also can improve the automation degree of the production of the blast furnace．

scale ruler；wireless transmission；video monitoring；raw material level monitoring；remote operation

TF355＋．3

B

1005—7277（2016）06—0045—03

魏培超（1968－），男，1993年畢業(yè)于東北大學(xué)自控系，現(xiàn)任甘肅酒鋼集團(tuán)宏興鋼鐵股份有限公司煉鐵廠電氣主任工程師。

2016－11－15