葉輪給煤機(jī)位置感應(yīng)器的簡(jiǎn)易化研究與改進(jìn)

都書(shū)衛(wèi)，董光磊

【摘 要】針對(duì)龍口公司葉輪給煤機(jī)位置感應(yīng)器無(wú)法自由移動(dòng)地檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)倉(cāng)位標(biāo)簽的問(wèn)題，提出將安裝在葉輪給煤機(jī)本體的位置感應(yīng)器進(jìn)行簡(jiǎn)易化的改進(jìn)。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)位置感應(yīng)器的電路原理、控制程序進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和電路仿真，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易式感應(yīng)器的電路可行性;同時(shí)，根據(jù)輸煤棧橋的實(shí)際工作環(huán)境，采取現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和參數(shù)對(duì)比的方式進(jìn)行功能選擇，實(shí)現(xiàn)在輸煤棧橋陰暗、嘈雜、振動(dòng)的環(huán)境中有效檢測(cè)葉輪給煤機(jī)行走倉(cāng)位標(biāo)簽，最終使葉輪給煤機(jī)位置感應(yīng)器具備便攜性和多功能性，提高設(shè)備預(yù)控程度和檢修效率，減少設(shè)備運(yùn)行故障率。

【Abstract】The position sensor mounted on the impeller coal feeder body have to be made a simplified improvement，due to the problem that the position controller of the impeller coal feeder cannot detect the position label of the site freely. The circuit feasibility of the simplified position sensor is realized by redesigning and circuit simulation of the circuit principle and control program of the on-site position sensor. At the same time， according to the actual working environment of the coal-bearing trestle， the field test and parameter comparison are adopted to select the function， so as to effectively detect the wheel position label of the impeller coal feeder in the dark， noisy and vibrating environment of the coal-bearing trestle.And ultimately， the impeller coal feeder position sensor could have the advantages of portability and versatility， which improves the pre-control degree and maintenance efficiency of the equipment and reduces the equipment failure rate.

【關(guān)鍵詞】RFID;簡(jiǎn)易式;輸煤系統(tǒng);葉輪給煤機(jī);倉(cāng)位電子標(biāo)簽;無(wú)線射頻閱讀器;單片機(jī)

【Keywords】 RFID; simple type; coal handling system; impeller coal feeder; position electronic label; wireless RF reader; single-chip microcomputer

【中圖分類號(hào)】TK223 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2019）11-0175-02

1 引言

射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）作為一種非機(jī)械接觸式的目標(biāo)識(shí)別技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于倉(cāng)儲(chǔ)、物流等行業(yè)。隨著電廠燃料輸煤系統(tǒng)自動(dòng)化程度的日趨提高，各種機(jī)械設(shè)備向著精密化方向發(fā)展。

其中依托于RFID技術(shù)的葉輪給煤機(jī)對(duì)于精確摻配煤意義重大，現(xiàn)場(chǎng)倉(cāng)位電子標(biāo)簽數(shù)量龐大，且標(biāo)簽閱讀器安裝于葉輪本體，靈活性受限，而輸煤棧橋腐蝕性大，陰暗、噪音等環(huán)境惡劣，這些因素共同造成葉輪運(yùn)行可靠性下降。研制一款適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)使用環(huán)境的多功能簡(jiǎn)易式位置感應(yīng)器，利于提高葉輪可靠性，保障葉輪精確化摻配煤。

2 葉輪位置感應(yīng)器簡(jiǎn)易化的研制

2.1 位置感應(yīng)器原理簡(jiǎn)易化

位置感應(yīng)器主要用于識(shí)別現(xiàn)場(chǎng)的倉(cāng)位標(biāo)簽（倉(cāng)位發(fā)生器），倉(cāng)位標(biāo)簽是無(wú)源標(biāo)簽，靠位置感應(yīng)器的天線產(chǎn)生磁場(chǎng)，從而通過(guò)電磁耦合使標(biāo)簽內(nèi)的數(shù)據(jù)芯片被觸發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取改寫(xiě)。

位置感應(yīng)器主要依托于天線接收標(biāo)簽發(fā)出的數(shù)據(jù)信號(hào)，通過(guò)控制電路進(jìn)行解碼和編碼，輸出電信號(hào)或者數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行下一級(jí)的存儲(chǔ)、編寫(xiě)等功能。

通過(guò)查找資料、詢問(wèn)廠家技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)功能涉及的基本單元均可以簡(jiǎn)易化。其感應(yīng)器的信息處理單元、反饋單元、電源單元均作出相應(yīng)調(diào)整和改進(jìn)，可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易化位置感應(yīng)器的基本組成單元。

2.2 位置感應(yīng)器電路設(shè)計(jì)與改進(jìn)

位置感應(yīng)器電路設(shè)計(jì)主要圍繞信息處理單元、反饋單元、電源單元作出改進(jìn)和重新設(shè)計(jì)，依托于原機(jī)的天線和數(shù)據(jù)通訊協(xié)議，對(duì)中央處理單元的80c51單片機(jī)引腳作出新的調(diào)整，以引腳電信號(hào)控制三極管電子開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)繼電器來(lái)外接多種功能反饋元件，實(shí)現(xiàn)感應(yīng)正反饋和反饋效果多樣化的作用。其中，反饋效果多樣化通過(guò)深入現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際環(huán)境，為滿足強(qiáng)弱光、噪音、震動(dòng)等環(huán)境影響，經(jīng)過(guò)大量的實(shí)際試驗(yàn)和檢驗(yàn)確定由LED、蜂鳴器、震動(dòng)器等電子元件組成聲光震可選反饋功能。

其中，通過(guò)程序處理讀取的倉(cāng)位發(fā)生器的位置編碼輸出具有間斷時(shí)間的電信號(hào)控制NPN型三極管的基極，其引腳通過(guò)程序控制輸出“0、1”控制三極管的導(dǎo)通、截止，從而實(shí)現(xiàn)三極管開(kāi)關(guān)電路的開(kāi)斷，電子開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)外接5V繼電器可以實(shí)現(xiàn)位置感應(yīng)器反饋功能多樣化選擇。

從電路仿真對(duì)比可以明顯看出，仿真后的繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，LED閃光燈正常發(fā)亮，蜂鳴器發(fā)出聲音，電流表XMM1、XMM2電流可達(dá)到十幾毫安甚至更高，高于單片機(jī)引腳幾十微安，可以有效驅(qū)動(dòng)功能電子元件，可實(shí)現(xiàn)最終的電路設(shè)計(jì)目的——正常檢測(cè)倉(cāng)位發(fā)生器。

2.3 位置感應(yīng)器程序設(shè)計(jì)

單片機(jī)輸出的引腳信號(hào)可以驅(qū)動(dòng)外圍電路實(shí)現(xiàn)最終的檢測(cè)功能，其中最為關(guān)鍵的是滿足接收、處理數(shù)據(jù)并輸出帶有時(shí)間性質(zhì)的引腳狀態(tài)，所以位置感應(yīng)器的程序設(shè)計(jì)主要分為兩大部分：一是設(shè)計(jì)接收并處理倉(cāng)位發(fā)生器發(fā)出的位置編碼將其有效轉(zhuǎn)換成引腳狀態(tài);二是保持引腳輸出狀態(tài)的時(shí)間屬性，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求進(jìn)行時(shí)間調(diào)整。

引腳狀態(tài)時(shí)間控制是為了保持繼電器動(dòng)作的時(shí)間長(zhǎng)短，從而滿足不同的反饋功能，取得更好的使用體驗(yàn)。

2.4 位置感應(yīng)器功能器件選型

位置感應(yīng)器的功能設(shè)計(jì)與電路設(shè)計(jì)結(jié)合較為緊密，功能器件的選型在符合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的感官需要對(duì)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行比對(duì)，確定最終的器件[1]。

2.4.1 光照提示器件選型

光照提示作為傳統(tǒng)信號(hào)提示需要滿足輸煤棧橋強(qiáng)弱光變化的環(huán)境，通過(guò)繪制不同條件下光照強(qiáng)度對(duì)比圖和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)選擇適合輸煤棧橋內(nèi)的合適光照提示。

從反饋結(jié)果來(lái)看，不同的光照條件下，單一色度LED燈反饋提示效果不盡相同，而紅色提示作為傳統(tǒng)警示色在光照下表現(xiàn)仍然效果不佳。通過(guò)討論和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)閃光燈可以增加視覺(jué)刺激，增加不同色度LED發(fā)光燈可以有效增加視覺(jué)提示效果。

2.4.2 聲音和震動(dòng)器件選型

震動(dòng)器件的加入是由于輸煤棧橋運(yùn)行時(shí)噪音可達(dá)90多分貝，而普通蜂鳴器僅達(dá)60分貝，單純通過(guò)聲音提示不能夠完全滿足現(xiàn)場(chǎng)不同的環(huán)境需求。增加震動(dòng)模塊則可以解決聲音提示的不足，還可以增加震動(dòng)功能，實(shí)現(xiàn)反饋效果多元化。對(duì)比設(shè)備運(yùn)行和震動(dòng)器自震時(shí)的幅度、頻率參數(shù)來(lái)選擇合適的震動(dòng)模塊。

從震動(dòng)圖和橫向震動(dòng)幅度看，兩者波形明顯有所區(qū)別，而簡(jiǎn)易化裝置選擇的震動(dòng)器的震動(dòng)加速度為0.06m/s2，遠(yuǎn)小于正常工況下現(xiàn)場(chǎng)位置發(fā)生器的震動(dòng)加速度0.18m/s2。所以，選擇震動(dòng)馬達(dá)是可以有效起到震動(dòng)提示作用的。

3 實(shí)現(xiàn)效果

葉輪給煤機(jī)位置感應(yīng)器簡(jiǎn)易化的成功研制使得現(xiàn)場(chǎng)倉(cāng)位發(fā)生器的檢測(cè)變得更加方便和簡(jiǎn)單。大大縮短原來(lái)倉(cāng)位發(fā)生器故障確認(rèn)時(shí)間，由原來(lái)的至少40s（單位倉(cāng)位距離）縮短至10s（單位倉(cāng)位距離）左右[2]。從另一方面來(lái)講，簡(jiǎn)易式位置感應(yīng)器為倉(cāng)位發(fā)生器提供了可靠的預(yù)控手段，大大提高葉輪給煤機(jī)運(yùn)行可靠性。

4 結(jié)語(yǔ)

從直接安全效益來(lái)講，簡(jiǎn)易式位置感應(yīng)器的研制和應(yīng)用，極大地降低了葉輪給煤機(jī)載波智能裝置的定位運(yùn)行故障發(fā)生概率，縮短了排除倉(cāng)位發(fā)生器故障的時(shí)間，彌補(bǔ)了倉(cāng)位發(fā)生器無(wú)有效預(yù)控手段的安全管理漏洞;從間接安全效益來(lái)講，提高預(yù)控程度和縮短故障排除時(shí)間，極大地提高葉輪的運(yùn)行穩(wěn)定性，增加入爐煤配比精度，減少浪費(fèi)。另一方面，根據(jù)手持式位置感應(yīng)器的應(yīng)用，編制了檢修和運(yùn)行手冊(cè)，進(jìn)一步完善巡檢預(yù)防機(jī)制和檢修工作機(jī)制，提高設(shè)備精益管理水平。

【參考文獻(xiàn)】

【1】范江東.基于RFID的電力智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)應(yīng)用研究[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2018（10）：11-12.

【2】崔希國(guó).基于RFID的煤礦設(shè)備巡檢系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].工礦自動(dòng)化，2018，44（10）：78-80.