CN110938444B - 一种焦炉机械自动对位系统及对位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种焦炉机械自动对位系统，包括：PLC可编程控制器、交换机、高频雷达、人机界面、变频器、编码器以及限位开关；所述PLC可编程控制器连接到所述变频器及所述编码器，通过PN总线通讯读取变频器及编码器信息；所述PLC可编程控制器通过以太网通讯分别连接到所述人机界面及所述高频雷达。本发明通过高频雷达技术安装调试方便，后续免维护，相比传统技术，在保证对位精度的基础上，成本利用率更高。

Description

一种焦炉机械自动对位系统及对位方法

技术领域

本发明涉及工业自动技术领域，具体而言，尤其涉及一种焦炉机械自动对位系统及对位方法。

背景技术

焦炉机械设备是为冶金、化工和煤制气等企业焦炉生产工艺服务的专用移动式机械设备，需要频繁地移动于各炭化室之间，完成推焦、装煤、导焦、接焦等工艺操作。各操作对位精度要求高，通常为±5mm。

目前国内7.63米，7米等大型焦炉设备，多采用“一种焦炉机械炉号识别及自动对位系统”的方法，即阅读头及编码板形式自动对位技术，该对位技术成熟可靠，但也存在以下不足：1安装调试麻烦，焦炉由多孔炭化室组成，每个炭化室都要安装对应号码的码盘，工作量大，且拦焦机位置悬空，安装调整不安全且不方便；2后期维护量大，由于炭化室宽度会随着时间变化，热膨胀，所以需要经常调整码盘位置以适应位置变化；3由于焦炉环境恶劣，烟尘和粉尘大，阅读头镜头需定期清理，解码板也经常损坏，给维护工作带来了很大困难。

一些中小型焦炉企业因为其成本高，再加上维护力量薄弱，通常采用人工对位，人工对位效率低，劳动量大，浪费时间，还容易发生事故。在此背景下，为实现焦炉设备之间的安全联锁操作，减少维护工作量，以土耳其5米焦炉工程项目为依托，在焦炉车辆走行机构控制方案中，开发集成了基于高频雷达技术的自动对位控制系统，满足了工艺要求的走行定位误差优于5mm的控制精度，同时达到了快速、平稳及有效提高生产效率的良好的实际控制效果。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种焦炉机械自动对位系统及对位方法。本发明主要利用一种焦炉机械自动对位系统，其特征在于，包括：PLC可编程控制器、交换机、高频雷达、人机界面、变频器、编码器以及限位开关。

进一步地，所述PLC可编程控制器连接到所述变频器及所述编码器，通过PN总线通讯读取变频器及编码器信息；所述PLC可编程控制器通过以太网通讯分别连接到所述人机界面及所述高频雷达。

更进一步地，所述高频雷达包括：设置在地面上的高频雷达I、推焦机上设置的高频雷达II、设置在地面上的高频雷达III、设置在装煤车上的高频雷达Ⅳ、设置在地面上的高频雷达Ⅴ与设置在拦焦机上的高频雷达Ⅵ、设置在地面上的高频雷达Ⅶ以及设置在电机车上的高频雷达Ⅷ；高频雷达两两为一组并通过以太网线，通过设置在车辆上的PLC可编程控制器实时读取雷达检测到的距离值；所述限位开关通过硬线连接到所述PLC可编程控制器的输入模块。

进一步地，本发明还包含一种焦炉机械自动对位系统的一种焦炉机械自动对位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：通过高频雷达将焦炉机械进行自动对位；

步骤S2：设定目标炉号位置值；按炭化室编号，在PLC中设置每一炉号对应的距离值；

步骤S3：输入目标炉号；通过人机界面进行操作，在屏幕上输入目标炉号，并进行自动走行；

步骤S4：判断走行方向；通过所述目标炉号的距离值与雷达实时数值的比较，判断出车辆移动方向；当所述目标炉号的距离值大于所述雷达实时数值时，车辆向正方向移动；当所述目标炉号的距离值小于雷达实时数值时，车辆向反方向移动；当所述目标炉号的距离值等于所述雷达实时数值时，执行步骤S6，制动停车；

步骤S5：设置变频器运行速度；通过PLC可编程控制器，将高频雷达的数值，与预先设置的目标炉号位置值作差，计算出与目标炉号的剩余距离，根据剩余距离的大小，通过PN通讯将不同的速度控制指令传给变频器；

当与目标位置距离大于等于预设的减速距离Dmax时，所述变频器以高速运行，当与目标位置距离小于预设的减速距离Dmax时，所述变频器减速，并根据与所述目标位置距离线性降低，当与目标位置距离小于设置的对位距离Dmin时，所述变频器以低速运行；

S6：当雷达数值等于目标位置值，剩余距离为0mm时，制动停车。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明通过高频雷达技术安装调试方便，后续免维护，相比传统技术，在保证对位精度的基础上，成本利用率更高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明自动对位系统结构示意图。

图2为本发明基于高频雷达对位系统的焦炉机械俯视示意图。

图3为本发明自动对位控制方法流程图。

图4为本发明变频器速度设定曲线。

图5为本发明带有冗余雷达对位系统的焦炉机械示意图。

图中：1为PLC可编程控制器；2为交换机；3为高频雷达；4为人机界面；5为变频器；6为编码器；7为限位开关；8为推焦机；9为高频雷达Ⅰ；10为高频雷达Ⅱ；11为炭化室；12为装煤车；13为高频雷达Ⅲ；14为高频雷达Ⅳ；15为拦焦机；16为高频雷达Ⅴ；17为高频雷达Ⅵ；18为电机车；19为高频雷达Ⅶ；20为高频雷达Ⅷ；21为焦炉机械；22为高频雷达Ⅸ；23为高频雷达Ⅹ；24为高频雷达Ⅺ；25为高频雷达Ⅻ。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

如图1-5所示，本发明提供了一种焦炉机械自动对位系统，包括：PLC可编程控制器1、交换机2、高频雷达3、人机界面4、变频器5、编码器6以及限位开关7。

在本申请中，作为一种优选的实施方式，PLC可编程控制器1连接到所述变频器5及所述编码器6，通过PN总线通讯读取变频器及编码器信息；所述PLC可编程控制器1通过以太网通讯分别连接到所述人机界面4及所述高频雷达3。

作为一种优选的实施方式，所述高频雷达3包括：设置在地面上的高频雷达I9、推焦机8上设置的高频雷达II10、设置在地面上的高频雷达III13、设置在装煤车12上的高频雷达Ⅳ14、设置在地面上的高频雷达Ⅴ16与设置在拦焦机15上的高频雷达Ⅵ17、设置在地面上的高频雷达Ⅶ19以及设置在电机车18上的高频雷达Ⅷ20；高频雷达两两为一组并通过以太网线，通过设置在车辆上的PLC可编程控制器1实时读取雷达检测到的距离值；所述限位开关7通过硬线连接到所述PLC可编程控制器1的输入模块。在本实施方式中，地面上的高频雷达I9、推焦机8上设置的高频雷达II10为一组，设置在地面上的高频雷达III13、设置在装煤车12上的高频雷达Ⅳ14为一组，设置在地面上的高频雷达Ⅴ16与设置在拦焦机15上的高频雷达Ⅵ17为一组，设置在地面上的高频雷达Ⅶ19以及设置在电机车18上的高频雷达Ⅷ20为一组，可以理解为在本申请中，高频雷达两两为一组并通过以太网线，通过设置在车辆上的PLC可编程控制器1实时读取雷达检测到的距离值，实现距离的检测。

此外，该系统采用自动走行，所以对系统的稳定性、安全性有很高要求，考虑到通讯及线路故障可能造成的雷达数值故障，增加了连锁保护，通过编码器6与雷达数值进行校验，当雷达数值与编码器数值偏差超出偏差范围，则认为系统出现问题，设备自动停车。另外，增加极限减速与停车限位开关7，当设备感应到减速限位后，设备减速，感应到停车限位后设备停车。

如图3所示，本发明还包含一种焦炉机械自动对位系统的一种焦炉机械自动对位方法，包括以下步骤：

步骤S1：通过高频雷达将焦炉机械进行自动对位；

步骤S2：设定目标炉号位置值；按炭化室编号，在PLC中设置每一炉号对应的距离值。在这里设定的目标炉号是预先设置的，可以根据实际情况需求进行设定。

步骤S3：输入目标炉号；通过人机界面4进行操作，在屏幕上输入目标炉号，并进行自动走行。

S4：判断走行方向；通过所述目标炉号的距离值与雷达实时数值的比较，判断出车辆移动方向；当所述目标炉号的距离值大于所述雷达实时数值时，车辆向正方向移动；当所述目标炉号的距离值小于雷达实时数值时，车辆向反方向移动；当所述目标炉号的距离值等于所述雷达实时数值时，执行步骤S6，制动停车。

S5：设置变频器运行速度；通过PLC可编程控制器1，将高频雷达3的数值，与预先设置的目标炉号位置值作差，计算出与目标炉号的剩余距离，根据剩余距离的大小，通过PN通讯将不同的速度控制指令传给变频器5。

当与目标位置距离大于等于预设的减速距离Dmax时，所述变频器5以高速运行，当与目标位置距离小于预设的减速距离Dmax时，所述变频器5减速，并根据与所述目标位置距离线性降低，当与目标位置距离小于设置的对位距离Dmin时，所述变频器5以低速运行；

S6：当雷达数值等于目标位置值，剩余距离为0mm时，制动停车。

实施例1

该方法当使用一组雷达进行距离检测时，检测距离可达300m，设备对位精度可达±5mm，满足焦炉机械设备工艺要求。当有更高要求，或检测距离超过300m时，可使用两组雷达，即冗余系统，如图5所示，检测距离可达500m。高频雷达Ⅸ22与高频雷达Ⅹ23为一组，高频雷达Ⅺ24与高频雷达Ⅻ25为一组，通过两组雷达检测数值的运算比较，设备对位精度可提高一倍，达到±3mm。

该自动对位系统实现的关键在于高频雷达定位的精度。传统雷达定位级数在50cm，甚至是米级以上，而高频雷达定位精度为毫米级，完全可以满足焦炉机械自动对位精度±5mm的要求。高频雷达频率范围：57～64GHz，应用于工业领域，稳定性高。高频雷达的工作环境：-40～75℃，粉尘、恶劣天气、振动等条件皆不影响系统的稳定性和精度，完全可以适应焦炉设备现场的恶劣环境。再加上后续免维护，将大幅提高焦炉机械设备的生产效率，避免镜头清洁工作和由于炭化室宽度变化引起的机械校正工作，节约成本。

以土耳其5米焦炉项目为依托，这一技术的应用将提高产品的整体竞争力，因其成本低，免维护，将打开中小型焦炉自动对位市场并替换部分大型焦炉现有自动对位设备，市场前景广阔。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (2)

1.一种焦炉机械自动对位系统，其特征在于，包括：PLC可编程控制器(1)、交换机(2)、高频雷达(3)、人机界面(4)、变频器(5)、编码器(6)以及限位开关(7)；

所述PLC可编程控制器(1)连接到所述变频器(5)及所述编码器(6)，通过PN总线通讯读取变频器及编码器信息；所述PLC可编程控制器(1)通过以太网通讯分别连接到所述人机界面(4)及所述高频雷达(3)；所述高频雷达(3)包括：

设置在地面上的高频雷达I(9)、推焦机(8)上设置的高频雷达II(10)、设置在地面上的高频雷达III(13)、设置在装煤车(12)上的高频雷达Ⅳ(14)、设置在地面上的高频雷达Ⅴ(16)与设置在拦焦机(15)上的高频雷达Ⅵ(17)、设置在地面上的高频雷达Ⅶ(19)以及设置在电机车(18)上的高频雷达Ⅷ(20)；高频雷达两两为一组并通过以太网线，通过设置在车辆上的PLC可编程控制器(1)实时读取雷达检测到的距离值；所述限位开关(7)通过硬线连接到所述PLC可编程控制器(1)的输入模块。

2.应用权利要求1所述的一种焦炉机械自动对位系统的一种焦炉机械自动对位方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：通过高频雷达将焦炉机械进行自动对位；

S2：设定目标炉号位置值；按炭化室编号，在PLC中设置每一炉号对应的距离值；

S3：输入目标炉号；通过人机界面(4)进行操作，在屏幕上输入目标炉号，并进行自动走行；

S4：判断走行方向；通过所述目标炉号的距离值与雷达实时数值的比较，判断出车辆移动方向；当所述目标炉号的距离值大于所述雷达实时数值时，车辆向正方向移动；当所述目标炉号的距离值小于雷达实时数值时，车辆向反方向移动；当所述目标炉号的距离值等于所述雷达实时数值时，执行步骤S6，制动停车；

S5：设置变频器运行速度；通过PLC可编程控制器(1)，将高频雷达(3)的数值，与预先设置的目标炉号位置值作差，计算出与目标炉号的剩余距离，根据剩余距离的大小，通过PN通讯将不同的速度控制指令传给变频器(5)；

当与目标位置距离大于等于预设的减速距离Dmax时，所述变频器(5)以高速运行，当与目标位置距离小于预设的减速距离Dmax时，所述变频器(5)减速，并根据与所述目标位置距离线性降低，当与目标位置距离小于设置的对位距离Dmin时，所述变频器(5)以低速运行；

S6：当雷达数值等于目标位置值，剩余距离为0mm时，制动停车。