格雷母線在移動卸料車上的應用

楊玉東

(中冶賽迪電氣技術有限公司，重慶 400013)

料倉作為存儲物料的場所，已經成為高爐和原料場系統必不可少的組成部分，如高爐系統的礦焦槽和原料場系統的混勻配料槽，料倉承擔著儲備原料以及為槽下配料系統提供原燃料的關鍵任務，最大限度地利用料倉容積率是提高生產效率和為槽下系統提供可靠原燃料的保障。

卸料車是倉上卸料的主要機械設備，多采用定點卸料方式。定點卸料方式又分為單點卸料與多點卸料兩種，目前很多卸料車采用單點卸料方式，缺點是料倉內料面不平整，為單峰型式，料倉容積率低，無法保證供料線設備檢修等特殊情況下料倉的備料能力[1]。多點卸料一般為兩點或三點卸料，即在每個料倉上設置兩個或三個固定卸料點，多點卸料雖在一定程度上彌補了單點卸料的缺陷，提高了料倉容積率，但與設計的最大容積率還有一定距離。如果卸料車在料倉上規定區域往復走行并同時卸料，這樣料面將更趨于平整，料倉容積率可顯著提高。

卸料車往復走行，其位置檢測極為重要，目前主要有定點位置檢測的到位開關和連續位置檢測的旋轉編碼器、激光測距及格雷母線等裝置。

當卸料車在某一料倉上走行區域固定時，可在走行位置的兩端設置到位開關，但由于倉上灰塵較大，導致到位開關可靠性變差，易失靈，維護量大。且卸料車的往復走行位置常由操作人員根據現場實際情況調整，所以很少使用到位開關。旋轉編碼器位置檢測是在車輪上安裝碼盤對行走的位置進行連續檢測，是一種相對定位的機械接觸工作方式，通過計算測量軸轉動的圈數乘以周長得到移動車輛的位置。編碼器優點是成本低，缺點是車輪打滑會導致編碼器計數錯誤，定位不準，存在累計誤差，容易損壞，維護工作量大。激光測距優點是非接觸式、精度高，缺點是成本高、抗污能力差、車身振動情況下掃描裝置容易出現丟址現象[2]。格雷母線技術采用電磁感應原理和格雷編碼原理來進行位置檢測，是一種連續的非接觸式絕對位置檢測方式，具有精度高、成本適中、抗污能力強等優點，某原料場將格雷母線應用在焦化筒倉的卸料車上。

1 格雷母線在移動卸料車上的應用①

1.1 格雷母線的原理、檢測方式和特點

格雷母線裝置由地址發射單元、地址檢測單元、感應天線箱、格雷母線電纜及安裝輔件等部分組成。地址檢測單元通過安裝在移動機車上的感應天線箱與沿軌道方向安裝的格雷母線之間相互感應來檢測感應天線箱在格雷母線長度方向上的位置。簡單的說，格雷母線類似一把有刻度的標尺，天線箱類似指針，指針指向的刻度即是當前位置值[3]。

格雷母線由一對基準線(R線)和多對地址線(G線)按格雷碼規律編排構成。基準線用于獲取基準信號，它在整個感應電纜中不交叉。地址線用于地址檢測，按格雷碼的編碼規律來編制，各對地址線按不同步長編排，每隔一定步長交叉一次。

以一個簡單的例子來說明格雷母線的工作原理(圖1)，假定格雷母線只有一對R線和一對G線，當天線箱中線圈通入交變電流時，在天線箱附近會產生交變的磁場，且天線箱與格雷母線之間的距離不大于300mm，因此格雷母線也處于這個磁場中，由線圈的感應原理可知，每對格雷母線芯線會有感應電動勢產生。發射單元通過電磁耦合方式將地址信號傳送到格雷母線的交叉線和平行線上，并通過交叉線和平行線把信號傳送到地址檢測單元。地址檢測單元對接收到的地址信號與基準信號進行相位比較，交叉線的信號相位與平行線的信號相位相同，地址為“0”，相位相反則地址為“1”，由此得到車載站的地址信息，地址信息也是按格雷碼方式排列的。

圖1 格雷母線位置檢測原理

格雷母線有兩種位置檢測方式。第一種是地面檢測，就是把地址檢測單元安裝在地面站，由地面站完成地址檢測，地址發射單元和天線箱安裝在車載站；第二種是機上檢測，就是把地址檢測單元和天線箱安裝在車載站，由車載站完成地址檢測，地址發射單元則安裝在地面站。如果控制系統的重心在車載站，采用機上檢測方式較好; 如果控制系統的重心在地面站，則采用地面檢測方式較好[4]。本系統采用的是地面檢測方式。

格雷母線的特點如下：

a. 定位精度不大于10mm，且能夠在機車行走范圍內連續測址；

b. 扁平編碼電纜的地址線為按一定規律交叉扭絞的結構，可以有效抑制外部電磁干擾；

c. 安裝便捷、可拆卸、便于維護、抗污染能力強，可以在強粉塵環境下穩定可靠工作，不受酸、堿、油污等的影響，使用壽命長；

d. 采用非接觸方式，避免了磨損、無累計滑差。

1.2 控制系統

某原料場為了最大限度地提高料場容積率，將先進、可靠、成熟的格雷母線技術應用到了其焦化筒倉上的卸料車上，采用格雷母線的地面檢測，控制系統結構如圖2所示。

圖2 控制系統結構

本系統由中控室、機上部分和機下地面站3部分組成。中控室包括上位機和PLC，機下地面站包括通信單元、地址檢測單元和格雷母線扁平電纜，機上包括天線箱和地址發射單元。系統主要實現功能有：卸料車往復布料和運行狀態顯示；卸料車位置檢測；卸料車聯鎖控制。

操作員在中控室的上位機上制定卸料車在某一料倉走行位置的前后終點，并存儲到主控PLC控制器中，通過格雷母線的位置檢測來確定卸料車的位置并把位置信號通過現場總線的方式傳送給主控PLC，主控PLC根據設定位置和實際位置的比較控制卸料車的往復運行。

1.3 常見故障分析

當出現檢測不到卸料車地址或地址檢測偏差的情況時，需檢查電纜與始端箱的連接是否異常；檢查扁平電纜芯線是否短路或斷路，可用萬用表測量R線和各G對線的電阻值來判斷；檢查地址卡工作狀態是否異常[5]。

2 系統實際應用

在格雷母線的安裝過程中，為了保證定位精度，應嚴格遵守工藝要求。扁平電纜敷設前，要先安裝專門設計的母線支撐保護裝置，并調至水平位置，敷設后將格雷母線電纜全部固定好。

為了能更好地檢驗布料效果，在每個倉上設置了4臺連續測量的雷達料位計，通過現場調試與生產實際操作，系統運行狀態良好，卸料車按照指定的卸料區域進行往復卸料，提高了料倉的容積率。

3 結束語

格雷母線定位技術已廣泛應用于鋼鐵冶金企業中需要連續測量地址的情況下，其抗干擾能力強、檢測精度高、適應現場條件能力強的諸多優點已經得到驗證，是一種成熟、可靠、安全的定位技術。為了提高料倉容積率，減輕工作強度，保障生產順利進行，可以考慮在高爐礦焦槽及原料場的混勻配料槽等重點區域設置連續位置檢測，格雷母線是比較理想的選擇。