CN1456635A - 基于红外编码定位技术的焦炉四大机车自动运行控制系统 - Google Patents
基于红外编码定位技术的焦炉四大机车自动运行控制系统 Download PDFInfo
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Abstract
基于红外编码定位技术的焦炉四大机车自动运行控制系统，属于焦化行业中的自动控制领域，主要解决焦炉推焦车、拦焦车、熄焦车三车联锁，再加上装煤车四车协同工作，使焦炉及四大机车及时、准确、稳定而可靠地自动化运行和计算机管理的问题；机车位置检测采用红外编码定位测控装置；通讯系统采用可靠的数字电台硬件平台、PLC和工控计算机，具有由七层协议组成的并有主从结构的有线和无线方式混合的装置；机车运行调控，采用分级变频调速和低速大转矩传动装置；有益之处为：四大机车的位置检测、通讯联络以及运行调控及时、准确、可靠，能实现焦炉及四大机车的自动化运行和计算机管理，大大提高生产效率，减轻工人的劳动强度，延长焦炉及四大机车的使用寿命，可实施性强、易于推广。
Description
技术领域
本发明属于焦化行业中的自动控制领域，涉及一种基于红外编码定位技术的焦炉四大机车自动运行控制系统。
背景技术
现有技术中，焦化厂的焦炉四大机车——即推焦车、拦焦车、熄焦车和装煤车，在实际运行中，前三车在焦炉出焦过程中必须严格对准同一位置一即准备出焦的焦炉炉号，才能保证出焦正常顺利，否则，会引起推焦杆碰触炉壁而损伤焦炉或发生红焦落地等重大事故，而对装煤车并无严格地同步要求；传统的方法是：用肉眼观察、对讲机联络实现三车对位，其最大缺陷是受环境和人为因素影响大，存在很多问题和隐患，因此，基本已被淘汰使用；利用新技术实现机车自动化对位和通讯联络的方法国内外已有多种，关键是解决机车位置检测的准确性和可靠性，如：旋转编码器位置检测装置，其理论精度(分辨率)很高，但由于存在码轮机械打滑等因素，使其可靠性大大降低；电磁感应编码器、定位片光电编码器、定位片电磁编码器等位置检测装置，由于焦化厂环境恶劣，高温、多尘、强电磁干扰等，大大影响了这类方法的准确性，均存在着一定的问题，尚不能完全满足四大机车的自动化生产运行和计算机管理的需要。
发明内容
解决的技术问题：通过采用红外编码定位技术，使机车的位置检测准确、可靠；采用可靠的数字电台及PLC，使通讯联络及时、准确、可靠；采用低速大转矩分级变频调速技术，使机车稳定可靠的运行；从而实现焦炉及四大机车的自动化运行和计算机管理，大大提高生产效率，减轻工人的劳动强度，延长焦炉及四大机车的使用寿命。
采用的技术方案：
基于红外编码定位技术的焦炉四大机车自动运行控制系统，包括机车位置检测系统、通讯系统和机车运行调控系统，其特征在于：机车位置检测系统采用红外编码定位测控装置：具有与机车和炉号协调一致的固定式红外光源，机车上装有接收红外光源发出的红外调制码并进行解调后上传给车载PLC进行处理和显示的装置；通讯系统采用可靠的数字电台硬件平台、PLC和工控计算机：在机车自身、机车之间以及机车与主控室之间，具有由七层协议组成的有主从结构的有线和无线方式混合的通讯装置；机车运行调控系统：具有分级变频调速装置和其直接控制的低速大转矩传动装置。
有益效果
四大机车的位置检测、通讯联络以及运行调控及时、准确、可靠，能实现焦化厂焦炉及四大机车的自动化运行和计算机管理，大大提高生产效率，减轻工人的劳动强度，延长焦炉及四大机车的使用寿命，可实施性强、易于推广。
附图说明
图1、机车位置检测系统的装置组成框图；
图2、通讯系统的总体装置组成框图；
图3、机车运行调控系统的装置组成框图；
图4、距离分级速度段曲线示意图；
图5、多级检验系统的装置组成示意框图；
具体实施方式
结合附图进一步详加说明；
如图1所示，机车位置检测系统的装置组成如下：在焦炉炉体1上装有与机车4和炉号协调一致的固定标尺2，其上每隔一定距离装有红外光源3，在相应的机车4上装有配套对应的活动标尺5，其上装有接收兼解调红外编码的红外处理器6，并与车载PLC7相关连；图1中，箭头表示机车4的运行方向，8示为机车4的运行轨道；
机车位置检测系统的功能主要是将机车的位置信息及时上传到车载PLC7进行处理和显示，并最终自动控制机车4的运行。
如图2所示，通讯系统的总体装置组成如下：主控室18内具有含显示器的工控计算机9、主PLC10、主无线电台11，三者之间以有线方式相关连；车载系统19内具有车载无线电台12、车载PLC7、车载显示器13、活动标尺5和红外处理器6，相互之间以有线方式相关连；主控室18与车载系统19之间，通过主无线电台11与车载无线电台12以无线方式相关连；
通讯系统的功能主要是解决机车4自身、机车4之间以及机车4与主控室18之间的通讯联络，随时反映焦炉炉况和车况并控制其运行，从而实现：推焦车、拦焦车、熄焦车三车自动联锁推焦，再加上装煤车的自动化运行，四车协同工作，完成焦炉的生产运行，并具有良好的用户界面。
如图3所示，机车运行调控系统的装置组成如下：具有车载PLC7、车载显示器13、车载无线电台12、机车变频调速器14、机车传动装置15和机车控制台16、机车位置检测装置17，该装置包括：固定标尺2、红外光源3、活动标尺5和红外处理器6，除固定标尺2和红外光源3外，该调控系统均以有线方式相关连；车载PLC7调控整个系统，另外还包括：
用于存储目标地址——即拟推焦的炉号位置的存储装置；
用于将由红外处理器6上传的机车4的当前位置信号与存储在所述目标地址的存储装置中的目标地址进行比较的比较器a1；
用于存储预先设定的距离分级速度段曲线地址的存储装置；
用于将由所述比较器a1输出的距离差信号与存储在所述预先设定的距离分级速度段曲线地址的存储装置中的预先设定的距离分级速度段曲线地址进行比较的比较器a2；距离差是指：机车4的当前位置与目标地址间的差距，以下同；
用于将比较器a2输出的信号进行转换的D/A转换器，该转换器输出的信号接变频调速器14，变频调速器14输出不同的速度信号，从而控制机车传动装置15，使机车4平稳而准确地到达目标地址，然后适时发出停车、抱闸等信号，使机车4停在目标地址；机车控制台16上装有指示器、报警器、自动运行状态与手动运行状态转换开关及控制杆等。
如图4所示，所谓距离分级速度段：采用变频技术，当距离差较大而处于某速度较大的速度段内时，机车4就快运行，反之，当距离差较小而处于某速度较小的速度段内时，机车4就慢运行；图4中，V表示速度、L表示距离、Q表示目标地址；
机车运行调控系统的功能主要是自动控制机车4平稳而准确到位，实现三车自动联锁推焦，四车协同工作。
如图5所示，还具有多级检验系统，其装置组成如下：以车载PLC7为中心，包括：直接相连的机车位置检测器20、多点位置检测器21和比较器22；比较器22的无效信号输出装置23及相应的处理装置24，处理装置24还与车载PLC7直接相连；比较器22的有效信号输出装置25及相应的机车运行调控装置26；车载PLC7连续监控机车位置检测器20和多点位置检测器21上传的信号，并通过如下装置分别按规则的对其进行处理，具体包括：
第一级，机车4的当前位置信号的传输检验，车载PLC7连续监控机车位置检测器20上传的信号，包括：
用于存储机车4实时位置信号上传至车载PLC7所需的正常时间间隔信号的存储装置c1；
用于由机车位置检测器20将机车4当前最近位置信号上传至车载PLC7所需的时间间隔信号与所述存储装置c1中存储的对应机车4的实时位置信号上传至车载PLC7所需的正常时间间隔信号进行比较的比较器b1。
用于将比较器b1输出的异常信号输出(停车和报警)的无效输出接口；
第二级，数据状态检验，车载PLC7连续监控多点位置检测器21上传至车载PLC7的状态信号：除包括机车4的当前位置信号外，同时还包括与之有关的其他状态信号，如：车号、炉号、速度、摘炉门信号、允推信号等等，包括：
用于存储实时正常状态信号的存储装置c2：
用于将多点位置检测器21上传至车载PLC7的当前状态信号与所述存储装置c2中存储的实时正常状态信号进行比较的比较器b2；
用于将比较器b2输出的异常信号输出(停车和报警)的无效输出接口。
第三级，数据有效性检验，车载PLC7根据多次上传信号对最近接收的信号进行有效性判断，包括：
用于存储预先设定的相互规则关连的多次上传的有效信号的存储装置c3；
用于将最近接收的上传信号与所述存储装置c3中存贮的预先设定的相互规则关连的多次上传的有效信号进行比较的比较器b3；
用于将比较器b3输出的异常信号进行不同处理(排除或停车和报警)的无效信号输出接口；
用于将比较器b1-3输出的正常有效信号输出接机车运行调控装置26的有效信号输出接口；
凡出现异常信号输出停车和报警后，机车4通过机车控制台16上的控制杆由自动运行状态转为手动运行状态。
Claims (9)
1、基于红外编码定位技术的焦炉四大机车自动运行控制系统，包括机车位置检测系统、通讯系统和机车运行调控系统，其特征在于：机车位置检测系统采用红外编码定位测控装置：具有与机车和炉号协调一致的固定式红外光源，机车上装有接收红外光源发出的红外调制码并进行解调后上传给车载PLC进行处理和显示的装置；通讯系统采用可靠的数字电台硬件平台、PLC和工控计算机：在机车自身、机车之间以及机车与主控室之间，具有由七层协议组成的有主从结构的有线和无线方式混合的通讯装置；机车运行调控系统：具有分级变频调速装置和其直接控制的低速大转矩传动装置。
2、根据权利要求1所述的基于红外编码定位技术的焦炉四大机车自动运行控制系统，其特征在于：机车位置检测系统的装置组成如下：在焦炉炉体(1)上装有与机车(4)和炉号协调一致的固定标尺(2)，其上每隔一定距离装有红外光源(3)，在相应的机车(4)上装有配套对应的活动标尺(5)，其上装有接收兼解调红外编码的红外处理器(6)，并与车载PLC(7)相关连。
3、根据权利要求1或2所述的基于红外编码定位技术的焦炉四大机车自动运行控制系统，其特征在于：通讯系统的总体装置组成如下：主控室(18)内具有含显示器的工控计算机(含显示器)(9)、主PLC(10)、主无线电台(11)，三者之间以有线方式相关连；车载系统(19)内具有车载无线电台(12)、车载PLC(7)、车载显示器(13)、活动标尺(5)和红外处理器(6)，相互之间以有线方式相关连；主控室(18)与车载系统(19)之间，通过主无线电台(11)与车载无线电台(12)以无线方式相关连。
4、根据权利要求1或2所述的基于红外编码定位技术的焦炉四大机车自动运行控制系统，其特征在于：机车运行调控系统的装置组成如下：具有车载PLC(7)、车载显示器(13)、车载无线电台(12)、机车变频调速器(14)、机车传动装置(15)和机车控制台(16)、机车位置检测装置(17)，该装置包括：固定标尺(2)、红外光源(3)、活动标尺(5)和红外处理器(6)，除固定标尺(2)和红外光源(3)外，该调控系统均以有线方式相关连；车载PLC(7)调控整个系统，另外还包括：
用于存储目标地址——即拟推焦的炉号位置的存储装置；
用于将由红外处理器(6)上传的机车(4)的当前位置信号与存储在所述目标地址的存储装置中的目标地址进行比较的比较器a1；
用于存储预先设定的距离分级速度段曲线地址的存储装置；
用于将由所述比较器a1输出的距离差信号与存储在所述停预先设定的距离分级速度段曲线地址的存储装置中的预先设定的距离分级速度段曲线地址进行比较的比较器a2；
用于将比较器a2输出的信号进行转换的D/A转换器，该转换器输出的信号接变频调速器(14)，变频调速器(14)输出不同的速度信号，从而控制机车传动装置(15)，使机车(4)平稳而准确地到达目标地址，然后适时发出停车、抱闸等信号，使机车(4)停在目标地址。
5、根据权利要求3所述的基于红外编码定位技术的焦炉四大机车自动运行控制系统，其特征在于：机车运行调控系统的装置组成如下：具有车载PLC(7)、车载显示器(13)、车载无线电台(12)、机车变频调速器(14)、机车传动装置(15)和机车控制台(16)、机车位置检测装置(17)，该装置包括：固定标尺(2)、红外光源(3)、活动标尺(5)和红外处理器(6)，除固定标尺(2)和红外光源(3)外，该调控系统均以有线方式相关连；车载PLC(7)调控整个系统，另外还包括：
用于存储目标地址——即拟推焦的炉号位置的存储装置；
用于将由红外处理器(6)上传的机车(4)的当前位置信号与存储在所述目标地址的存储装置中的目标地址进行比较的比较器a1；
用于存储预先设定的距离分级速度段曲线地址的存储装置；
用于将由所述比较器a1输出的距离差信号与存储在所述停预先设定的距离分级速度段曲线地址的存储装置中的预先设定的距离分级速度段曲线地址进行比较的比较器a2；
用于将比较器a2输出的信号进行转换的D/A转换器，该转换器输出的信号接变频调速器(14)，变频调速器(14)输出不同的速度信号，从而控制机车传动装置(15)，使机车(4)平稳而准确地到达目标地址，然后适时发出停车、抱闸等信号，使机车(4)停在目标地址。
6、根据权利要求1或2所述的基于红外编码定位技术的焦炉四大机车自动运行控制系统，其特征在于：还具有多级检验系统，其装置组成如下：以车载PLC(7)为中心，包括：直接相连的机车位置检测器(20)、多点位置检测器(21)和比较器(22)；比较器(22)的无效信号输出装置(23)及相应的处理装置(24)，处理装置(24)还与车载PLC(7)直接相连；比较器(22)的有效信号输出装置(25)及相应的机车运行调控装置(26)；车载PLC(7)连续监控机车位置检测器(20)和多点位置检测器(21)上传的信号，并通过如下装置分别按规则的对其进行处理，具体包括：
第一级，机车(4)的当前位置信号的传输检验，车载PLC(7)连续监控机车位置检测器(20)上传的信号，包括：
用于存储机车(4)实时位置信号上传至车载PLC(7)所需的正常时间间隔信号的存储装置c1；
用于由机车位置检测器(20)将机车(4)当前最近位置信号上传至车载PLC(7)所需的时间间隔信号与所述存储装置c1中存储的对应机车(4)的实时位置信号上传至车载PLC(7)所需的正常时间间隔信号进行比较的比较器b1。
用于将比较器b1输出的异常信号输出(停车和报警)的无效输出接口；
第二级，数据状态检验，车载PLC(7)连续监控多点位置检测器(21)上传至车载PLC(7)的状态信号：除包括机车(4)的当前位置信号外，同时还包括与之有关的其他状态信号，如：车号、炉号、速度、摘炉门信号、允推信号等等，包括：
用于存储实时正常状态信号的存储装置c2：
用于将多点位置检测器(21)上传至车载PLC(7)的当前状态信号与所述存储装置c2中存储的实时正常状态信号进行比较的比较器b2；
用于将比较器b2输出的异常信号输出(停车和报警)的无效输出接口。
第三级，数据有效性检验，车载PLC(7)根据多次上传信号对最近接收的信号进行有效性判断，包括：
用于存储预先设定的相互规则关连的多次上传的有效信号的存储装置c3；
用于将最近接收的上传信号与所述存储装置c3中存贮的预先设定的相互规则关连的多次上传的有效信号进行比较的比较器b3；
用于将比较器b3输出的异常信号进行不同处理(排除或停车和报警)的无效信号输出接口；
用于将比较器b1-3输出的正常有效信号输出接机车运行调控装置(26)的有效信号输出接口；
凡出现异常信号输出停车和报警后，机车(4)通过机车控制台(16)上的控制杆由自动运行状态转为手动运行状态。
7、根据权利要求3所述的基于红外编码定位技术的焦炉四大机车自动运行控制系统，其特征在于：还具有多级检验系统，其装置组成如下：以车载PLC(7)为中心，包括：直接相连的机车位置检测器(20)、多点位置检测器(21)和比较器(22)；比较器(22)的无效信号输出装置(23)及相应的处理装置(24)，处理装置(24)还与车载PLC(7)直接相连；比较器(22)的有效信号输出装置(25)及相应的机车运行调控装置(26)；车载PLC(7)连续监控机车位置检测器(20)和多点位置检测器(21)上传的信号，并通过如下装置分别按规则的对其进行处理，具体包括：
第一级，机车(4)的当前位置信号的传输检验，车载PLC(7)连续监控机车位置检测器(20)上传的信号，包括：
用于存储机车(4)实时位置信号上传至车载PLC(7)所需的正常时间间隔信号的存储装置c1；
用于由机车位置检测器(20)将机车(4)当前最近位置信号上传至车载PLC(7)所需的时间间隔信号与所述存储装置c1中存储的对应机车(4)的实时位置信号上传至车载PLC(7)所需的正常时间间隔信号进行比较的比较器b1。
用于将比较器b1输出的异常信号输出(停车和报警)的无效输出接口；
第二级，数据状态检验，车载PLC(7)连续监控多点位置检测器(21)上传至车载PLC(7)的状态信号：除包括机车(4)的当前位置信号外，同时还包括与之有关的其他状态信号，如：车号、炉号、速度、摘炉门信号、允推信号等等，包括：
用于存储实时正常状态信号的存储装置c2：
用于将多点位置检测器(21)上传至车载PLC(7)的当前状态信号与所述存储装置c2中存储的实时正常状态信号进行比较的比较器b2；
用于将比较器b2输出的异常信号输出(停车和报警)的无效输出接口。
第三级，数据有效性检验，车载PLC(7)根据多次上传信号对最近接收的信号进行有效性判断，包括：
用于存储预先设定的相互规则关连的多次上传的有效信号的存储装置c3；
用于将最近接收的上传信号与所述存储装置c3中存贮的预先设定的相互规则关连的多次上传的有效信号进行比较的比较器b3；
用于将比较器b3输出的异常信号进行不同处理(排除或停车和报警)的无效信号输出接口；
用于将比较器b1-3输出的正常有效信号输出接机车运行调控装置(26)的有效信号输出接口；
凡出现异常信号输出停车和报警后，机车(4)通过机车控制台(16)上的控制杆由自动运行状态转为手动运行状态。
8、根据权利要求4所述的基于红外编码定位技术的焦炉四大机车自动运行控制系统，其特征在于：还具有多级检验系统，其装置组成如下：以车载PLC(7)为中心，包括：直接相连的机车位置检测器(20)、多点位置检测器(21)和比较器(22)；比较器(22)的无效信号输出装置(23)及相应的处理装置(24)，处理装置(24)还与车载PLC(7)直接相连；比较器(22)的有效信号输出装置(25)及相应的机车运行调控装置(26)；车载PLC(7)连续监控机车位置检测器(20)和多点位置检测器(21)上传的信号，并通过如下装置分别按规则的对其进行处理，具体包括：
第一级，机车(4)的当前位置信号的传输检验，车载PLC(7)连续监控机车位置检测器(20)上传的信号，包括：
用于存储机车(4)实时位置信号上传至车载PLC(7)所需的正常时间间隔信号的存储装置c1；
用于由机车位置检测器(20)将机车(4)当前最近位置信号上传至车载PLC(7)所需的时间间隔信号与所述存储装置c1中存储的对应机车(4)的实时位置信号上传至车载PLC(7)所需的正常时间间隔信号进行比较的比较器b1。
用于将比较器b1输出的异常信号输出(停车和报警)的无效输出接口；
第二级，数据状态检验，车载PLC(7)连续监控多点位置检测器(21)上传至车载PLC(7)的状态信号：除包括机车(4)的当前位置信号外，同时还包括与之有关的其他状态信号，如：车号、炉号、速度、摘炉门信号、允推信号等等，包括：
用于存储实时正常状态信号的存储装置c2：
用于将多点位置检测器(21)上传至车载PLC(7)的当前状态信号与所述存储装置c2中存储的实时正常状态信号进行比较的比较器b2；
用于将比较器b2输出的异常信号输出(停车和报警)的无效输出接口。
第三级，数据有效性检验，车载PLC(7)根据多次上传信号对最近接收的信号进行有效性判断，包括：
用于存储预先设定的相互规则关连的多次上传的有效信号的存储装置c3；
用于将最近接收的上传信号与所述存储装置c3中存贮的预先设定的相互规则关连的多次上传的有效信号进行比较的比较器b3；
用于将比较器b3输出的异常信号进行不同处理(排除或停车和报警)的无效信号输出接口；
用于将比较器b1-3输出的正常有效信号输出接机车运行调控装置(26)的有效信号输出接口；
凡出现异常信号输出停车和报警后，机车(4)通过机车控制台(16)上的控制杆由自动运行状态转为手动运行状态。
9、根据权利要求5所述的基于红外编码定位技术的焦炉四大机车自动运行控制系统，其特征在于：还具有多级检验系统，其装置组成如下：以车载PLC(7)为中心，包括：直接相连的机车位置检测器(20)、多点位置检测器(21)和比较器(22)；比较器(22)的无效信号输出装置(23)及相应的处理装置(24)，处理装置(24)还与车载PLC(7)直接相连；比较器(22)的有效信号输出装置(25)及相应的机车运行调控装置(26)；车载PLC(7)连续监控机车位置检测器(20)和多点位置检测器(21)上传的信号，并通过如下装置分别按规则的对其进行处理，具体包括：
第一级，机车(4)的当前位置信号的传输检验，车载PLC(7)连续监控机车位置检测器(20)上传的信号，包括：
用于存储机车(4)实时位置信号上传至车载PLC(7)所需的正常时间间隔信号的存储装置c1；
用于由机车位置检测器(20)将机车(4)当前最近位置信号上传至车载PLC(7)所需的时间间隔信号与所述存储装置c1中存储的对应机车(4)的实时位置信号上传至车载PLC(7)所需的正常时间间隔信号进行比较的比较器b1。
用于将比较器b1输出的异常信号输出(停车和报警)的无效输出接口；
第二级，数据状态检验，车载PLC(7)连续监控多点位置检测器(21)上传至车载PLC(7)的状态信号：除包括机车(4)的当前位置信号外，同时还包括与之有关的其他状态信号，如：车号、炉号、速度、摘炉门信号、允推信号等等，包括：
用于存储实时正常状态信号的存储装置c2：
用于将多点位置检测器(21)上传至车载PLC(7)的当前状态信号与所述存储装置c2中存储的实时正常状态信号进行比较的比较器b2；
用于将比较器b2输出的异常信号输出(停车和报警)的无效输出接口。
第三级，数据有效性检验，车载PLC(7)根据多次上传信号对最近接收的信号进行有效性判断，包括：
用于存储预先设定的相互规则关连的多次上传的有效信号的存储装置c3；
用于将最近接收的上传信号与所述存储装置c3中存贮的预先设定的相互规则关连的多次上传的有效信号进行比较的比较器b3；
用于将比较器b3输出的异常信号进行不同处理(排除或停车和报警)的无效信号输出接口；
用于将比较器b1-3输出的正常有效信号输出接机车运行调控装置(26)的有效信号输出接口；
凡出现异常信号输出停车和报警后，机车(4)通过机车控制台(16)上的控制杆由自动运行状态转为手动运行状态。
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