CN103063024B - 一种基于分区无线遥控的隧道窑运转设备监控系统 - Google Patents

Abstract

一种基于分区无线遥控的隧道窑运转设备监控系统。系统采用分区无线遥控和组态监控相结合的方式对隧道窑运转设备进行监控，由手持式无线遥控器与对应分区的无线接收器无线连接，无线接收器与运转设备的PLC并行连接，PLC通过485总线，连接至监控主机的组态软件，实现隧道窑运转设备的分区实时监控。本发明优点：1.分区遥控可防止误操作，提高控制可靠性。2.组态监控可实现远程监控。3.人机分离无线控制安全性更高。总之本发明操作方便、控制可靠、监测准确、安全性高，适合隧道窑运转设备监控使用，经济和社会效益巨大。

Description

一种基于分区无线遥控的隧道窑运转设备监控系统

技术领域

本发明是一种基于分区无线遥控的隧道窑运转设备实时监控系统，本系统通过无线通讯、组态监控、嵌入式等技术实现对整个隧道窑运转设备的分区域无线控制与集中组态监控的集成，促进了隧道窑生产控制系统的自动化。

背景技术

隧道窑运转设备是指在隧道窑生产过程中带动窑车运动的设备，主要包括隧道窑的地爬车、摆渡车和油顶。在本发明做出之前，国内隧道窑运转设备的控制一般采用以下三种方式。

一、现场手动控制，主要依靠操作人员现场操作设备的开关进行控制。这种控制方式比较简单，能保证基本的生产要求，但是人员现场操作时，由于距离运转设备太近，易发生砖坯垮塌等安全事故。

二、开关控制方式。主要依靠安装在轨道上的限位开关和定时设备，来自动控制隧道窑运转设备的运行（如专利201010148287.4）。该方法能实现简单的自动控制，但是无法实时监控设备的运行状态，使用时无法根据需要扩展设备、无法应对砖坯掉落等意外状况，易造成安全事故。

三、组态监控。主要依靠组态软件根据生产流程对设备进行控制，如《砖窑》2011年2期文章“砖瓦隧道窑监控系统的设计与实现”。该方法比较先进，能实现设备的自动控制，但是由于隧道窑工作现场环境恶劣，易发生砖坯掉落等意外状况，难以通过组态进行监控，无法避免安全事故产生。

发明内容

本系统主要针对上述存在的不足，提出了一种新型的隧道窑运转设备控制方案。即利用无线通信技术和工业现场总线技术相结合，通过分区无线遥控系统和组态监控系统，实现隧道窑运转设备的监控运行。整个系统一方面可通过手持式无线遥控器发出控制指令，另一方面可通过工业现场组态监控软件实时对各个设备运行状态的监测。

本发明的技术方案是。

本系统由两部分组成：分区无线遥控系统、现场组态监控系统。

分区无线遥控系统是分区域进行隧道窑生产现场运转设备操作的无线控制系统，由手持式无线遥控器、无线接收器、PLC控制系统构成。整个隧道窑工作现场包含焙烧窑、干燥窑、自然干燥道、制坯道、空板回车道、出砖道。由出窑摆渡车道将焙烧窑、制坯道、空板回车道、出砖道分别连接。由干燥窑摆渡车道将干燥窑、自然干燥道分别连接。由入窑摆渡车道将焙烧窑、干燥窑、自然干燥道、制坯道、空板回车道、出砖道分别连接。以上三个摆渡车道将运转设备分成三个区域。据此，可将无线遥控器控制的运转设备也分成三区域，每个区域由一个无线遥控器通过分区地址码和设备选择按键编码分时控制本分区的多个运转设备的无线接收器，从而实现与该分区运转设备的PLC控制系统无线连接。其中第一分区手持式无线遥控器与入窑摆渡车及其相关的多组油顶或地爬车PLC控制系统无线连接。第二分区手持式无线遥控器与干燥窑摆渡车及其相关的多组油顶或地爬车PLC控制系统无线连接。第三分区手持式无线遥控器与出窑摆渡车及其相关的多组油顶或地爬车PLC控制系统无线连接。各个分区的无线遥控系统组成结构相同。

每组分区无线遥控系统包含操作人员使用的手持式无线遥控器和安装在隧道窑运转设备上的无线接收器，手持式无线遥控器上设有分区地址码和设备选择按键，无线接收器上设有分区地址码和设备拨码开关，手持式无线遥控器根据分区地址码与对应分区的无线接收器无线连接，根据设备选择按键编码与该编码对应的运转设备上的无线接收器无线连接，实现手持式无线遥控器对隧道窑运转设备的分区控制。

手持式无线遥控器由按键、通讯编码、发射电路、地址锁存电路构成，采用电池供电。通讯编码采用台湾普城公司生产的PT2262，是一种低功耗通用编码芯片，具有6位(D0-D5)数据端管脚和6位(A0-A5)地址端管脚。无线遥控器的输入采用12个按键，包括八个设备选择按键、四个动作按键。其中八个设备选择按键输出端与8/3编码锁存电路的输入端直接并行连接，其3个输出端与通讯模块的地址端A2-A4并行连接，作为设备地址号。地址端A0-A1根据分区的不同，与相应的高低电平端连接，作为分区地址号。八个设备选择按键可设置发射器的发射地址A2-A4，从而实现对所控制的运转设备地址选择功能。

动作按键包括“启动”、“停止”、“前进”、“后退”四个按键，其输出端直接与通讯编码芯片PT2262的数据端管脚D0-D3并行连接。通讯编码芯片PT2262所设定的地址码和数据码从17脚串行输出，直接与发射电路的输入端连接。该模块基于315MHz频段进行通讯，通讯距离可达1000米以上。

无线接收器包含接收电路、拨码开关、通讯解码、电源。接收电路通过天线与手持式无线遥控器无线连接。接收器输出端与通讯解码电路直接相连。通讯解码电路采用台湾普城公司生产的PT2272，该芯片与PT2262配对使用。拨码开关可设置无线接收器地址，其输出端与解码电路地址输入端A2-A4并行相连。地址端A0-A1作为分区地址码，根据分区不同，与相应的高低电平端连接。PT2272具有地址过滤功能，当PT2262地址码与PT2272地址码相同时，PT2272才将接收到的信号进行解码。PT227输出方式采用脉冲型，PT2272数据输出端与PLC的IO输入口并行相连。

PLC控制系统由PLC、继电器、运转设备、状态指示、位置开关构成。PLC采用西门子S7200 PLC，实现各个运转设备的现场运行控制。PLC通过IO口连接继电器线包输入端。继电器控制输出端与隧道窑运转设备的各种执行设备（包括电机）相连，从而实现对隧道窑运转设备的控制。状态指示电路包括蜂鸣器和指示灯，PLC的输出与状态指示电路直接并行连接。实现设备运行状态显示及声光报警。位置开关是安装在运转设备行驶轨道上的开关，其输出端与PLC的IO输入口直接并行连接，实现运转设备位置状态信息的输入。

本地组态监控系统主要完成各种现场运转设备的监控。由现场总线、485/232转换器、监控主机、组态软件构成。现场总线采用工业485总线，各个运转设备的PLC通过其485接口分别与现场总线相连接，构成485现场总线网络。485现场总线网络与485/232转换器的485输入端连接，完成485/232电平的转换。485/232转换器采用深圳和鑫建达科技有限公司供应HEXIN 485/232转换器。其232输出端与监控主机的串口相连，完成232信号的传输。监控主机上安装有组态软件，组态软件采用北京三维力控科技的力控组态软件。组态软件和西门子S7200 PLC使用PPI协议进行连接。PPI协议采用串行通讯，占用计算机的串口和PLC的编程口(PPI)，实现设备状态实时显示。

本发明可实现以下功能。

1. 操作人员远程发送控制信息：操作人员使用手持式无线遥控器直接对隧道窑的运转设备（如地爬车、摆渡车、油顶）进行现场遥控。

2. 设备分区控制：根据隧道窑运转设备分布情况和操作流程，将手持式无线遥控器控制的运转设备分成三个区域，每个区域由一个遥控器控制多个接收器。每个分区的运转设备由操作人员使用各自的手持式无线遥控器单独控制。

3. 设备状态信息实时监控：在设备运行过程中，本地组态软件会实时监控隧道窑运转设备的运行情况，主要包括设备控制情况，设备运行位置信息，设备报警信息。

本发明的优点。

1）实现运转设备的分区域控制：根据运转设备分布情况和操作流程的不同对运转设备进行分区遥控，既可防止用一个遥控器带来的误操作，又可防止由于距离太远造成的控制不可靠。

2）运转设备运转信息远程传输：运转设备的运行信息能实时传输给控制中心监控主机，可方便操作人员实时的监测所有的设备运行的情况。

3）人机分离无线控制：使用手持式无线遥控器现场遥控设备，可以防止由于设备故障或操作人员误操作造成的人员伤亡。

附图说明

图1是基于分区无线遥控的隧道窑运转设备监控系统架构图。运转设备运行流程为：码放好砖坯的窑车经码坯机下的步进机油顶[7]顶上制坯道，再由地爬车小车[17]将窑车牵入入窑摆渡车[21]。入窑摆渡车[21]将窑车送入自然干燥道口，通过自然干燥道内的干燥道油顶[19]把入窑摆渡车[21]上的窑车拉入自然干燥道进行自然干燥。自然干燥完成后，窑车通过自然干燥道内的地爬车小车[6]牵入干燥窑摆渡车[5]，再由其将窑车摆渡至干燥窑入窑口，通过干燥窑的入窑油顶[2]把窑车拉入干燥窑内干燥。干燥完成后，窑车被出窑油顶[20]推上入窑摆渡车[21]，再通过入窑摆渡车[21]摆渡至焙烧窑入口，通过焙烧窑入窑油顶[22]把窑车拉入焙烧窑内进行焙烧。焙烧完成后，窑车被焙烧窑出窑油顶[1]推上出窑摆渡车[3]，再由其摆渡至出砖道入口，通过出砖道油顶[11]把出窑摆渡车[3]上的窑车拉入出砖道。在出砖道上进行卸砖操作，质量检测，合格成品打包入库。已卸完成品砖的空窑车被出砖道地爬车小车[15]牵入入窑摆渡车[21]，由其将空窑车摆渡至空板回车道入口。通过入窑油顶[16]将空窑车拉上空板回车道，在空板回车道检修窑车，合格的空窑车经空板回车道地爬车小车[10]牵引，进入出窑摆渡车[3]，再由其摆渡至制坯道，由入道油顶[9]将空窑车拉入制坯道，进入码坯机下码坯，整个流程结束。

图1中，根据隧道窑生产现场设备分布情况和操作流程，将无线遥控器控制的运转设备分成三个区域，每个分区由一个手持式无线遥控器控制多个无线接收器，与运转设备PLC控制系统无线连接。其中第一分区手持式无线遥控器[18]控制入窑摆渡车[21]、出砖道地爬车小车[15]，空板回车道入窑油顶[16]、制坯道地爬车小车[17]、焙烧窑入窑油顶[22]、自然干燥道干燥道油顶[19]、干燥窑出窑油顶[20]。第二分区手持式无线遥控器[4]控制干燥窑摆渡车[5]、干燥窑入窑油顶[2]、自然干燥道地爬车小车[6]。第三分区手持式无线遥控器[8]控制出窑摆渡车[3]、焙烧窑出窑油顶[1]、制坯道入窑油顶[9]、空板回车道地爬车小车[10]、出砖道油顶[11]。

图1中，所有分区的运转设备PLC控制系统通过现场485总线连接，构成485网络，再由其经过485/232转换器[12]，连接至监控主机[13]。监控主机[14]上运行组态软件，监控显示器[14]上显示设备运行状态，实现对整个隧道窑运转设备运行情况的监控。

图2是无线遥控系统结构原理图。整个无线遥控系统由无线遥控器[40]、无线接收器[38]、PLC控制系统[27]构成。无线遥控器[40]由设备选择按键[25]输入设备地址，设备选择按键[25]的输出与地址锁存电路[24]相连，再由其连接至通讯编码芯片[41]的地址端，完成运转设备地址的编码锁存。动作按键[23]对应不同的操作指令，其输出端直接与通讯编码芯片[41]的数据端相连。通讯编码芯片[41]的输出直接与发射电路[39]串行连接。通讯编码芯片[41]接收动作按键[23]信号和设备地址码，将其转换成串行编码信号，通过发射电路[39]进行信号发射，无线遥控器[40]采用电池[26]供电。

无线接收器[38]主要接收无线遥控器[40]发送的信号，其天线将接收的信号传输至接收电路[36]。接收电路[36]的输出与通讯解码芯片[37]串行连接。通讯解码芯片[37]接收到发射信号后，判断发射信号中的设备地址码与拨码开关[35]设定的地址码是否一致。若相同，则提取发射信号中的数据，输出给PLC[29]，否则丢弃信号，无线接收器[38]采用电源[34]供电。

PLC控制系统[27]主要完成对运转设备的运行控制。PLC[29]通过IO口与通讯解码芯片[37]的4个数据输出端并行连接。其接收到通讯解码芯片[37]输出的数据后，将根据指令，驱动继电器[30]控制运转设备[31]完成不同的操作。PLC[29]通过位置开关[32]，获得各种运转设备的运行状态信息，同时控制状态指示电路[28]，完成运转设备运行状态的显示。PLC[29]通过485总线接口，与485总线[33]进行连接，构成485监控网络。由485监控网络将设备状态信息传输入组态监控系统，完成运转设备的组态监控。

具体实施方式

1、无线遥控操作。

遥控过程：以入窑摆渡车[21]为例，操作人员首先按下遥控器[18]中设备选择按键[25]中的摆渡车按钮，选择相应分区的摆渡车[21]，然后再按下动作按键[23]的“启动”。通讯编码芯片[41]将按键的输入编码后通过发射电路[39]发出。当安装在摆渡车[21]上的接收电路[36]接收到信号后，通讯解码芯片[37]会读取拨码开关[35]设置的地址值，如果与发射信号的地址值一致，对数据进行解码，解码的数据输出与PLC[29]相连，通过PLC[29]控制状态指示[28]电路发出声光报警，提醒现场工作人员注意避让。然后操作人员再次按动作按键[23]“前进”或“后退”，控制摆渡[21]车前进、后退。当操作结束之后，操作人员按动作按键[23]“停止”，停止摆渡车[21]的运行，结束摆渡车[21]的控制。油顶[22]和地爬车[15]控制方式与摆渡车[21]相同。

2、运转设备分区无线控制方式。

当操作人员要遥控与入窑摆渡车[21]相关的第一分区内的运转设备时，将选择与第一分区地址编码相同的手持式无线遥控器[18]，并通过设备选择按键[25]输入被控运转设备的地址号，再通过动作按键[23]输入具体的操作指令，完成对第一分区内运转设备的控制。当操作人员要遥控与干燥窑摆渡车[5]相关的第二分区内的运转设备时，将选择与第二分区地址编码相同的手持式无线遥控器[4]，控制方式同上。当操作人员要遥控与出窑摆渡车[3]相关的第三分区内的运转设备时，将选择与第三分区地址编码相同的手持式无线遥控器[8]，控制方式同上。

3、本地组态监测。

1）安全故障监测：当地爬车、摆渡车、油顶等设备出现故障时，会将故障信息通过485总线[33]发送给组态主机。组态软件可以记录设备故障原因、故障时间等信息，并在组态软件上实时显示。

2）运行状态显示：在系统的运行过程中，各个运转设备的PLC[29]会读取相应位置开关[32]、继电器[30]的状态信息，并将这些信息通过485总线[33]发送给主机[13]，在组态软件上显示出运行状态信息。

3）控制状态显示：当设备被遥控或者手动控制时，设备会将相应的信息通过PLC[29]上传到组态主机[13]，在监控显示器[14]上显示出来，主要包括控制方式（遥控/手动）、控制内容（前进/后退）。

4）产量监测：组态软件可按班、日，以及自定义时间段对产量进行统计，同时可以对历史产量进行查询。

Claims (3)

1.一种基于分区无线遥控的隧道窑运转设备监控系统，其特征在于：本系统采用分区无线遥控和组态监控相结合的方式对隧道窑运转设备[31]进行监控，它主要由无线遥控器[40]、无线接收器[38]、PLC控制系统[27]、485总线[33]、485/232转换器[12]、监控主机[13]、组态软件组成，每个分区的每个运转设备[31]上均安装一个对应分区的无线接收器[38]，由手持式无线遥控器[40]与对应分区的无线接收器[38]无线连接，无线接收器[38]与运转设备[31]的PLC[29]并行连接，PLC[29]通过485总线[33]与485网络连接，再经485/232转换器[12]，连接至监控主机[13]，监控主机上运行组态软件，实现实时监控。

2.根据权利要求1所述的一种基于分区无线遥控的隧道窑运转设备监控系统，其特征在于所述的手持式无线遥控器[40]上设有分区地址码和设备选择按键[25]，无线接收器[38]上设有分区地址码和设备拨码开关[35]，手持式无线遥控器[40]根据自身的分区地址码与设备选择按键[25]进行编码，形成接收设备地址码，实现与接收设备地址码对应的运转设备[31]上的无线接收器[38]无线连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于分区无线遥控的隧道窑运转设备监控系统，其特征在于所述的运转设备[31]根据其所连接的摆渡车不同，分成三个不同区域，每个区域由一个无线遥控器[40]通过分区地址码和设备选择按键[25]编码分时控制本分区的多个运转设备[31]的无线接收器[38]。