CN103421522A - 焦炉移动机车联锁自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种焦炉移动机车联锁自动控制系统，其主要技术特征在于：包括管理模块、通信模块、控制模块、报警模块和焦车PLC控制系统，所述管理模块包括主控计算机和打印机，所述通信模块采用通信收发器，所述控制模块包括推焦车控制器、拦焦车控制器、熄焦车控制器、炉号识别子系统和精确对正子系统，其中，所述报警模块连接主控计算机，所述主控计算机连接打印机，所述主控计算机连接通信收发器，所述通信收发器分别连接推焦车控制器、拦焦车控制器和熄焦车控制器。本发明是国内率先综合应用射频识别技术、自动定位技术和无线通信网络技术实现移动机车联锁定位的自动化系统，突破性的解决了焦化厂恶劣生产环境条件下的生产自动化问题。

Description

焦炉移动机车联锁自动控制系统

技术领域

本发明属于焦炉机车控制系统技术领域，特别是一种焦炉移动机车联锁自动控制系统。

背景技术

焦炭是钢铁工业的重要原料，高炉炼一吨生铁大约需0.4-0.6吨的焦炭，随着我国钢铁产量的逐渐攀升，焦炭的需求量也相应增长。过去我国焦化工业采用的粗放型生产控制模式已经无法满足当前的生产需要，采用精度可靠的自动控制技术的解决型控制是我国焦化工业的发展方向，也是摆在科技工作者面前的一个重要课题。

焦炭生产过程首先是将焦煤置于密闭的焦炉炉室内（炭化室）经过14~18h的干馏后得到红焦，随后通过焦炉的移动机车将红焦从炉室移出送到熄焦室进行熄炭。焦炉移动机车主要包括：推焦车、拦焦车、熄焦车和装煤车。工作过程是：当焦炭已经炼成后，推焦车打开炉室机侧的炉门，拦焦车打开同一炉室焦侧的炉门并把导焦栅插入炉室中，熄焦车位于拦焦车下侧准备接焦，当三车都已准备就绪后，推焦车开始进行推焦操作，将红焦推到熄焦车的熄焦罐中，由熄焦车运送到熄焦室；而装煤车至负责将焦煤通过焦炉炉室顶部的装煤口送入到煤室中，其运行相对独立。焦炉三车的联锁控制是焦炉移动机车自动化控制的一个重要组成部分，是焦化企业生产安全保障的控制核心。

实际生产中，每个生产工作组包含并排的多个炉室，这就使得焦炉机车行走距离长，往复频繁，同时焦化生产环境温度高、粉尘大，因此焦车移动控制一直是蕴藏危险因素较多，发生事故几率较大的焦炉生产环节。由于焦车分别工作在炉室的两侧，受其阻隔不能互视对方，推焦车、拦焦车和熄焦车在推焦操作前的对正锁定于同一炉室对焦炉的安全生产是至关重要，国内外都曾发生过因为三车对正偏差而导致“红焦落地”的严重事故。如何保障三车安全高效运行，特别是在进行推焦前的三车精确对正与联锁控制是焦炉生产的核心安全问题。

随着科技的不断进步和发展，现代化的管理控制方式越来越广泛的被应用，工业控制计算机由于其优良的控制能力也已被越来越多的运用到工业测控领域，而在冶金炼焦行业中，由于其工艺过程的特性加上几十年来生产管理的习惯方式，使得其在自动化控制管理方面落后于其他专业，无论是生产设备还是监控管理软件，都没有形成一个完整成熟的体系。国内大部分的焦厂生产的移动机车自动化控制程度很低，很多仍停留在焦车人工的识别与定位，存在着严重的安全隐患。因此改变现状，将应用计算机技术的自动控制系统应用于焦炉生产的移动机车控制便显得极其重要。各国科技工作者相继研究开发了多种三车对位联锁自动控制系统并取得了很好的成绩，一定程度上解决了这一问题，然而国内焦厂已经应用的三车联锁控制系统大都是来自国外的产品，虽然性能优异，但建设费用高、而且系统维护成本偏高。现有的焦炉生产过程采用的是人工肉眼方式进行炉号识别和对正，采用吹哨、摇旗等原始的方法进行联锁控制，生产效率低下，恶劣的生产环境容易造成工人的疲劳，生产控制存在着严重的安全隐患。

焦炉机车属于重型机械设备，一般体积较大，行走时惯性较大，运行轨道长度一般不小于100m，焦炉机车按照生产工序的要求，需要处于一种“运行-对正停车-运行”的往复行走状态。如何能实时准确获得焦车当前所处的有效炉号和使焦车能自动停车定位在指定的炉号位置，是实现联锁自动控制的关键。焦炉生产处于露天工作环境，受天气的影响较大，加之车辆是在温度高、粉尘大、腐蚀性气体严重的恶劣环境中作业，车辆分散、活动频繁、运行时自身震动大，使系统的准确检测与定位控制难以保证，相互间信息联系不能及时可靠的传递。

国内最早的应用时将光电传感器，一般采用旋转编码器，安装在车轮上用来检测车辆运行位置，通过对旋转编码器输出的两路脉冲进行辨向，后接可逆计数器就能实现焦车绝对位置的检测。这种方式具有设计难度低、电路设计简单、成本低廉、安装调试方便、运行维护成本低等优点。基于此，很多设计方案都是采用了这一思路。由于焦车是大型机械，而且是露天工作，在雨雪天气的影响下，在焦车运行时不可避免的会产生滑移，同时在常年高温高热的环境下轿车轨道容易出现变形，难以避免产生检测误差和累计误差。及时增加位置校正系统，也无法保证对正精度的要求。

另一种低成本的解决方案是在铁轨旁安装齿条，用齿条带动旋转编码器的办法，可以达到同步运转，然而由于焦炉环境恶劣，铁轨不直不平，车辆横向窜动，落焦堵塞、粉尘、振动等原因，经常造成齿轮脱口齿，而不能正常使用。系统运行可靠的前提是设计出一套能够适应焦车运行状况的一套联动装置，这本身就会增加系统的设计难度，同时也增加系统不稳定因素，使可靠性降低。

当前，在我国的钢铁行业和其他炼焦制气行业中的焦化厂中，焦炉生产移动机车（推焦车、拦焦车、熄焦车和装煤车）相互间的通信、地址炉号对位、推焦动作联锁、生产全过程管理及计算机集中联控及自动走行和无人操作等一系列自动化技术问题的解决，对焦化厂提高生产管理自动化水平、保证焦炉安全生产、提高生产效率和经济效益有着重要的意义。但是，由于焦化厂环境恶劣，存在高温、多尘、腐蚀性气体、电气干扰以及车辆的频繁移动和工艺上要求的精确定位等因素，致使这个自动化技术问题成为焦化厂的难题，在国内一直没有很好地解决。许多技改式的试验均以失败告终，致使目前许多的厂家的推焦作业仍很落后。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，针对三车联锁控制环节的关键技术：炉号识别、精确对正和数据通信，提供一种焦炉移动机车联锁自动控制系统，本系统采用了射频识别（RFID）装置、三灯位置检测装置、无线通讯网络等解决方案，可实现无差别的炉号识别，自动停车定位误差在+10mm以下，通信数据可靠等系统要求；本系统率先综合应用射频识别技术、自动定位技术和无线通信网络技术实现移动机车联锁定位的自动化系统，突破性的解决了焦化厂恶劣生产环境条件下的生产自动化问题。 

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种焦炉移动机车联锁自动控制系统，其主要技术特征在于：包括管理模块、通信模块、控制模块、报警模块和焦车PLC控制系统，所述管理模块包括主控计算机和打印机，所述通信模块采用通信收发器，所述控制模块包括推焦车控制器、拦焦车控制器、熄焦车控制器、炉号识别子系统和精确对正子系统，其中，所述报警模块连接主控计算机，所述主控计算机连接打印机，所述主控计算机连接通信收发器，所述通信收发器分别连接推焦车控制器、拦焦车控制器和熄焦车控制器。

而且，所述的控制模块还包括键盘、彩色液晶显示面板和看门狗。

而且，所述的炉号识别子系统包括电子标签和阅读器，所述阅读器包括天线、射频接收器和微处理器，且所述天线连接射频收发器，所述射频收发器连接微处理器。

而且，所述的精确对正子系统包括位置检测装置和微控制器。

而且，所述的位置检测装置采用对射式光电开关和定位遮光片。

而且，所述的推焦车控制器、拦焦车控制器和熄焦车控制器均采用微控制器AT89C52。

而且，所述的焦车PLC控制系统包括推焦车PLC控制系统、拦焦车PLC控制系统和熄焦车PLC控制系统。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明具有炉号识别可靠、自动对正精度高、建设维护成本低、系统移植性强等优点。针对三车联锁控制环节的关键技术：炉号识别、精确对正和数据通信，本系统采用了射频识别（RFID）装置、三灯位置检测装置、无线通讯网络等解决方案，可实现无差别的炉号识别，自动停车定位误差在+10mm以下，通信数据可靠等系统要求；系统采用人机交互方便、显示信息量大的彩色液晶显示面板，可动态显示焦车的运行状态和生产工序计划。

2、本发明的射频识别技术（RFID）是90年代兴起的一项新兴自动识别技术，它的突出优点是利用无线射频方式进行非接触双向通讯，从而达到识别目标和数据交换的目的，利用电子标签的信息标示可以完成多目标识别，它是将具有固定编号的电子标签设于每孔焦炉，利用车上的读写器来识别和确定车辆的绝对地址，是解决焦炉车辆定位的行之有效的方法。它具有成本低，适应性强，绝对码址无积累误差，抗干扰能力强，预埋标签无源等优点。

附图说明

图1是本发明的原理结构框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：

一种焦炉移动机车联锁自动控制系统，如图1所示，包括管理模块、通信模块、控制模块、报警模块和焦车PLC控制系统，所述管理模块包括主控计算机和打印机，所述通信模块采用通信收发器，所述控制模块包括推焦车控制器、拦焦车控制器、熄焦车控制器、炉号识别子系统和精确对正子系统，其中，所述报警模块连接主控计算机，所述主控计算机连接打印机，所述主控计算机连接通信收发器，所述通信收发器分别连接推焦车控制器、拦焦车控制器和熄焦车控制器。所述的控制模块还包括键盘、彩色液晶显示面板和看门狗；所述的炉号识别子系统包括电子标签和阅读器，所述阅读器包括天线、射频接收器和微处理器，且所述天线连接射频收发器，所述射频收发器连接微处理器；所述的精确对正子系统包括位置检测装置和微控制器；所述的位置检测装置采用对射式光电开关和定位遮光片；所述的推焦车控制器、拦焦车控制器和熄焦车控制器均采用微控制器AT89C52；所述的焦车PLC控制系统包括推焦车PLC控制系统、拦焦车PLC控制系统和熄焦车PLC控制系统。

结合图1，阐述本发明的工作原理：

精确对正本身的内容包含对正精度满足系统要求和停车对正的自动实现，也就是精确性和自动性。精度对正的控制基础是位置检测技术和停车制动技术。对于停车制动而言，有成型的具有可靠性的刹车装置可以配装，并且本联锁控制系统是建立在焦车原有的电气控制系统上，可采用焦车原有的停车制动装置，焦车的位置检测、定位和控制是这部分研究的重点。

位置检测是对焦车运行位置和定位精度的进行检测的过程，由于是对运行中的焦车进行位置检测，所以首先非接触的位置传感器来实现。对射式光电开关包含在结构上相互分离且光轴相对放置的发射器和接收器，发射器发出的调制光，被接收器接收，变为电信号。当被检测物体经过发射器和接收器之间且阻断光线时，光电开关就产生了开关信号。当检测物体是不透明的，对射式光电开关是最可靠、检测精度最高的检测模式。具体的做法是：每个炉室对应一个定位遮光片，定位遮光片的位置固定在焦车轨道一侧，其中心点与炉室的中心点重合，这样当安装了对射式光电开关的焦车经过时，由于定位遮光片的遮挡会使光电开关输出状态发生变化，从而获得了焦车位置信息，根据位置信息进行停车制动的控制即可完成自动停车对正。采用三组对射式光电开关（三灯位置检测装置）来进行位置的检测。由于定位遮光片采用了独特的结构设计，通过对光电开关通断状态的记忆就可实用而可靠的直接获得焦车的对正精度是否满足要求，检测方案简单实用，建设成本低廉，技术实现难度小。

本系统的精确对正部分是以微控制器作为核心控制单元，辅以三灯位置检测装置和焦车限速控制装置等组件共同完成停车对正任务，采用了独特的分段减速停车、手动与程序配合调控、制动与微动组合应用等控制方案。

数据通信是本系统设计的另一个重点，焦车的炉号识别与精确定位最终仍需要通过具体的传输媒介将实际的炉号与对正信息发送出去，同时并获得其它焦车的相关信息。由于焦车行走范围广，运行分散，如何将状态信息、控制指令在焦车间准确的传递，是实现联锁控制首先解决的问题。数据通信网络需要一个中心控制单元来协调各个焦车间的信息流通，同时进行焦车的控制，随着计算机技术的成熟与进步，性能优异的微处理器（单片机）和工业控制计算机（IPC）越来越多的应用于自动控制系统中。数据通信采用无线数字通信组网的方式，通过无线数传模块进行网络的连接，这是一个成本低、维护方便地构网方式，是以数据通信在强干扰环境下的数据可靠性下降为代价。优点是简便低廉。采取的补救措施是选用抗干扰能力强的无线数传模块SA68D21DL在焦炉生产现场连续循环测试。

通信模块在无线通讯网络中起着重要的纽带作用，数据的收发处理都集中在通信模块内部实现，通过它的连接，位于主控室内的主控计算机可与各个焦车内部的焦车控制器进行数字通讯，从而完成信息与指令的传递。焦车控制器使焦车内部的控制中心，它与附属的炉号识别子系统，精确对正子系统共同完成焦车行走检测、炉号识别、停车对正和推焦控制等。

控制模块包括推焦车控制器、拦焦车控制器、熄焦车控制器、炉号识别子系统、精确对正子系统、键盘、彩色液晶显示面板和看门狗。

焦车控制器安装在焦车内部，是控制模块的核心，以微处理器（单片机）作为控制核心，它负责与各个子系统的信息沟通联系，并将获得的信息通过彩色液晶显示面板显示出来供焦车司机参考，同时接收键盘的输入控制，焦车控制器也负责执行主控计算机传送来的命令指令，通过自身的开关量输出模块将指令传送给焦车内部原有的PLC控制系统。

炉号识别子系统安装在每台焦车上，负责采集焦车的当前所处的有效炉室区域的炉号位置，其可将分析处理后的炉号信息直接传送给主控计算机供其记忆管理与控制，同时也显示在焦车的显示面板中。

精确对正子系统安装与每台焦车上，负责按照焦车控制器的指令，将焦车自动精确停在指定炉号的炉室区域。精确对正系统内部也以微控制器作为控制中心，通过位置检测装置的为孩子检测信息，驱动制动停车装置，并利用独特的控制方式，实现焦车的自动对位，同时对正信息会传送给主控计算机并在焦车的显示面板上有相应的信息提示。

控制模块的功能是：焦车的炉号识别、精确对正和焦车状态信息、工序步骤、报警信息的在彩色液晶显示面板中的显示；同时允许复位、手动切换、急停、报警等键盘信息的输入控制。

通信模块是连接管理模块和控制模块的中间纽带，由分布在主控室和各个焦车上的数台通信收发器组成。通信收发器形成的无线通信网络将主控计算机与推焦车、拦焦车和熄焦车连接在一起，完成信息和命令的传送。通信模块的功能是：通信协议的制定，与主控计算机的通讯接口设计，与焦车控制器的通讯接口设计。

管理模块由工业计算机、打印机、键盘和运行于工业计算机上的系统主控程序等部分组成。主要功能是进行各个焦车数据的采集和分发，利用计算机优越的运算处理能力，对汇总后的信息进行分析判断，从而实现工业计划的制定。

本三车联锁控制机构是构建在焦车原有的控制系统的基础之上，需要焦车原来的电气机构系统、机车执行机构、停车制动系统的支持，其接口就是通过焦车内部原有的PLC控制系统来实现。

炉号识别子系统包括电子标签和阅读器，电子标签内部含有数据存储器。阅读器是从电子标签中读取数据的装置，其本身包含微处理器、射频收发器和天线组成。阅读器通过射频收发器和天线读取到电子标签的数据，通过微处理器进行数据的存取判断，进行必要的分析处理后直接传送给焦车控制器，并由焦车控制器进行炉号的记忆与管理控制。阅读器安装在焦车上，位置靠近焦车地盘，并整体突出，与固定在地面轨道附近的电子标签成垂直角度，其距离不大于10cm。当焦车带着阅读器驶入炉室的有效区域后，电子标签会在阅读器的射频谐振感应下，通过耦合元件从阅读器获得能量，这些能量足以驱动电子标签内部的集成电路将自身的数字信息向周围散射出去，正常发送距离为20cm，这些信息可由阅读器接收到。阅读器进行信息解码分析后，通过查表获得当前的实际炉号。炉号识别可靠性高，系统的建设成本低，系统维护方便，由于电子标签用防水PVC管塑封，可直接用水泥埋入焦车轨道附近，几乎不存在损坏的可能，一旦出现损坏，也只需要进行调换即可。

射频识别技术（RFID）的突出优点是利用无线射频方式进行非接触数据通信，从而达到识别目标和数据交换的目的。利用RFID技术进行炉号识别是将具有固定编码的电子标签埋设于对应炉室附近，利用车上的读写器来识别和确定车辆的绝对地址，是解决焦炉炉号识别的行之有效的方法。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种焦炉移动机车联锁自动控制系统，其主要技术特征在于：包括管理模块、通信模块、控制模块、报警模块和焦车PLC控制系统，所述管理模块包括主控计算机和打印机，所述通信模块采用通信收发器，所述控制模块包括推焦车控制器、拦焦车控制器、熄焦车控制器、炉号识别子系统和精确对正子系统，其中，所述报警模块连接主控计算机，所述主控计算机连接打印机，所述主控计算机连接通信收发器，所述通信收发器分别连接推焦车控制器、拦焦车控制器和熄焦车控制器。

2.根据权利要求1所述的焦炉移动机车联锁自动控制系统，其特征在于：所述的控制模块还包括键盘、彩色液晶显示面板和看门狗。

3.根据权利要求1所述的焦炉移动机车联锁自动控制系统，其特征在于：所述的炉号识别子系统包括电子标签和阅读器，所述阅读器包括天线、射频接收器和微处理器，且所述天线连接射频收发器，所述射频收发器连接微处理器。

4.根据权利要求1所述的焦炉移动机车联锁自动控制系统，其特征在于：所述的精确对正子系统包括位置检测装置和微控制器。

5.根据权利要求1或4所述的焦炉移动机车联锁自动控制系统，其特征在于：所述的位置检测装置采用对射式光电开关和定位遮光片。

6.根据权利要求1所述的焦炉移动机车联锁自动控制系统，其特征在于：所述的推焦车控制器、拦焦车控制器和熄焦车控制器均采用微控制器AT89C52。

7.根据权利要求1所述的焦炉移动机车联锁自动控制系统，其特征在于：所述的焦车PLC控制系统包括推焦车PLC控制系统、拦焦车PLC控制系统和熄焦车PLC控制系统。

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