四車聯鎖定位系統在6m 焦爐上的應用

趙 芳，李忠虎

（1.內蒙古科技大學 信息工程學院，內蒙古 包頭 014010；2.包頭鋼鐵職業技術學院，內蒙古 包頭 014010）

0 引言

裝煤車、推焦車、攔焦車、熄焦車是頂裝煤焦爐生產的重要機械設備，通常簡稱焦爐四大車。而焦爐生產過程中四車之間的通信、精準對位及動作聯鎖一直是該生產領域力求解決的問題。因四車的對位錯誤而引起的刮爐墻及紅焦落地事故在各大焦化廠時有發生，因此實現焦爐的爐號自動識別與四大車的精確定位及動作聯鎖控制對提高焦化廠的生產效率和效益有著重要的意義。本文基于編碼電纜定位技術、無線感應檢測技術及計算機技術的新型焦爐四車聯鎖控制系統成功實現了焦爐機車的爐號識別和自動對位，確保了焦爐的安全生產。

1 無線感應技術的基本原理和特點

1.1 無線感應電纜的結構［1，2］

無線感應電纜（即編碼電纜）是一種具有獨特結構的非屏蔽電纜，在無線感應技術中作為發射和接收天線，同時也可作為檢測地址的標尺與傳感器。

編碼電纜為扁平狀，內部有若干對線，各對線按照一定的編碼規則在不同的位置交叉，將各對線重疊在一起封裝在氯丁橡膠壓制的護套內。這些對線根據功能的不同分為通信線（L）、地址線（G）和地址基準線（R）3種。圖1為2對通信線、5對地址線和1對基準線的實用電纜平輔圖。

1.2 無線感應數據通信的基本原理和特點［3］

編碼電纜沿著移動機車的軌道安裝，其終端給每一對線加一個匹配電阻，始端用電纜連接到中控室，編碼電纜中的任何一對線相當于一個單圈線圈。感應天線箱中裝有兩組線圈，一組作為接收線圈，一組作為發送線圈，分別諧振在相應頻率上。

圖1 實用電纜平輔圖

移動機車上裝有天線箱，當機車移動時，天線箱也隨之移動，并與編碼電纜始終保持5cm～20cm 的距離，如圖2所示。當天線箱與編碼電纜靠近時，編碼電纜中每一對線所構成的單圈線圈與天線箱中的線圈相互感應信號，于是天線箱與編碼電纜之間（也就是移動機車與中控室之間）就形成了一個通信信號通道。

圖2 感應無線天線安裝方式

無線感應通信具有如下特點：①由于發送和接收天線靠得很近，故信號交換的幅度很大，高達數百毫伏，是一般無線通信信號幅度的百倍，因此可以有效抑制雜波的干擾；②采用頻率為40kHz～100kHz的超長波，在該波長范圍內電磁波發射不遠，因此幾乎不會對外界產生電磁干擾；③正因為無線感應通信時的頻率范圍處于超長波段，不易造成輻射，所以采用寬帶調頻調相技術，以確保其通信質量。

通過以上分析不難看出，無線感應具有較高的通信質量，即使在惡劣的工業生產環境下其通信誤碼率也可以達到10－6，從而保證了整個系統的穩定、可靠。

2 焦爐四車聯鎖控制系統總體結構

2.1 控制系統總體結構設計

焦爐四車聯鎖控制系統主要由3大部分構成：中控室部分、機上部分（車載部分）和室外部分（編碼電纜），如圖3所示。

圖3 系統總體結構圖

2.1.1 中控室

有4臺SIMATIC S7－200PLC CPU226安裝在焦爐控制室的中控柜內，是整個系統的控制中心，通過收集各機車信息，分別對應推焦車、攔焦車、熄焦車、裝煤車4種車，形成各種控制命令，指揮各機車工作。

2.1.2 機上部分（車載部分）

機上部分包括機控柜、天線箱、顯示屏及語音器、操作按鈕及旋紐、機車工作狀態采集系統5 大部分。其功能是按照接收到的中控室指令來指揮各機車工作，并將采集到的機車工作狀態發送給中控室。

2.1.3 室外部分（編碼電纜）

室外部分包含8根編碼電纜，裝煤車、推焦車、攔焦車、熄焦車各用2根。編碼電纜中通信對線和地址對線分別按各自的規律交叉，用護套封裝后，安裝在沿機車軌道一旁，可長期在－50℃～＋100℃環境下工作。

2.2 系統軟件設計及功能

2.2.1 系統軟件總體結構

根據焦化廠焦爐編組生產的實際情況，遵循“安全、可靠、先進、便捷”的設計原則，將裝煤車、推焦車、攔焦車及熄焦車的聯鎖自動對位控制集于一體，進行集中控制，其系統軟件的總體結構框圖如圖4所示。

2.2.2 系統軟件功能

系統軟件功能如下：

（1）顯示動畫部分：①實時跟蹤各機車的移動狀況及所處爐號，推焦桿、平煤桿、導焦槽工作狀態以及推焦、熄焦過程；②顯示推焦過程的二維橫向圖及紅焦從各爐孔通過并流入熄焦車的過程；③以顏色顯示各炭化室焦炭的成熟程度；④顯示推焦及平煤電流的動態曲線；⑤模擬顯示各機車的數字顯示屏。

圖4 系統軟件總體結構框圖

（2）顯示數據接收：顯示推焦車、攔焦車、熄焦車和裝煤車地址和各機車的實際工作狀態，同時顯示機車報文。

（3）顯示計劃部分：可以自動編排推焦計劃，同時也可手工編排并修改推焦計劃。

（4）顯示記錄部分：①可隨時查詢每一個炭化室在推焦結束后自動形成的記錄；②自動計算生產序數值K1、K2、K3；③自動生成班組統計報表；④打印上述報表。

（5）其他系統：包括推焦統計、焦爐狀態、數據輸出、操作日志和數據儲存。①推焦統計：顯示各種記錄的日、月、年推焦統計記錄，并進行打印；②焦爐狀態：主要設置的是各焦爐的平煤時間和裝煤重量，這些時間將會隨著系統的運行和推焦的進行自動更新，但由于可能是第一次運行，或者由于某些原因而使平煤時間沒有保存則可以通過這里進行修改；③數據輸出：將推焦數據導出（文本與EXCEL 表格兩種格式），用于與其他軟件的數據交換或用于數據的備份；④操作日志：記錄某一時間段對推焦聯鎖控制系統操作的記錄；⑤數據儲存：將數據庫進行備份。

（6）退出：通過密碼驗證全面退出控制系統。

3 結束語

焦爐四車聯鎖自動對位的研究是復雜的工程，在克服多方面制約及困難的情況下，在6m 焦爐上成功實現了四車聯鎖對位自動控制。在控制系統中，由于所采用的爐號識別和位置檢測技術準確、穩定、可靠，有力地保證了系統在實際運行中的可操作性。

焦爐四車聯鎖定位控制的實施杜絕了推焦事故，避免了因聯鎖對位造成的設備損壞；提高了煉焦生產工藝操作水平，確保了焦爐嚴格按計劃結焦時間組織生產，改善了焦爐加熱制度，提高了焦爐生產效率和焦炭質量，并對延長焦爐使用壽命也有著積極的作用。同時，焦爐作業自動記錄統計可減少管理統計人員，降低了工人的勞動強度，具有明顯的經濟效益。

［1］ 劉改貴，劉清泉.感應無線技術在焦爐車輛上的應用［J］.燃料與化工，2002，33（4）：176－177.

［2］ 陳進.感應無線技術在工業移動機車自動化中的應用［J］.自動化技術與應用，2006，25（4）：33－36.

［3］ 潘立慧，魏松波.煉焦新技術［M］.北京：冶金工業出版社，2006.