基于單片機的加煤車智能取煤系統的應用

宋 健

（萊蕪鋼鐵集團有限公司萊蕪三控冶金建設監理事務所，山東 濟南271104）

1 前 言

山鋼萊蕪分公司焦化廠現有4座焦爐，焦爐的生產是焦化廠眾多生產流程中最重要的環節之一，是聯系了煤焦區域和化產品區域的樞紐。裝煤車受煤過程的順利進行主要取決于煤塔底部煤塔漏嘴、壓風閥的可靠動作，裝煤工序的正常有序進行，影響焦爐的正常生產以及后續化產品的生產與加工。傳統的煤塔漏嘴、壓風閥控制方式存在線路復雜、動作不準確、故障率高等缺陷。因此，如何找到一種安全、可靠的控制方式，對焦爐的生產將帶來巨大的影響。

2 取煤系統

裝煤車取煤是焦爐生產的第一道工序，直接影響到焦爐生產的后序工作。加煤車運行在焦爐爐頂的軌道上，煤塔位于整個焦爐的中間位置，加煤車和煤塔是兩個互相獨立運行的部分。煤塔漏嘴位于煤塔底部，煤塔漏嘴在加煤車的取煤過程中發揮重要的作用，加煤車司機對煤塔漏嘴高效的控制，決定了整個取煤過程的順利，直接影響后續焦爐的生產過程。

位于煤塔底部的煤塔漏嘴一共有3排，每排一共有4 個漏嘴，煤塔漏嘴都有開閉和壓風3 個動作信號，一共有36個數字量信號，所有的控制指令都是由加煤車司機室內的司機發出，通過控制漏嘴的開閉，實現取煤的過程。

3 取煤控制方式

3.1 傳統取煤控制方式

傳統控制方法采用電磁控制原理。工人操作的裝煤車和固定的煤塔是相互獨立且分離的兩個分部，控制系統在裝煤車司機室內，煤塔底部是煤塔漏嘴和壓風閥及其控制線路，怎樣保證在移動的裝煤車司機室內的司機對漏嘴、壓風閥控制，對整套系統的順利運行、焦爐的生產至關重要。電磁控制原理組成中，發送信號時通過裝煤車上的電磁鐵動作，固定部分煤塔底部地面上裝設的電磁接近開關，用來接收裝煤車發出的信號。

控制流程：裝煤車司機發出指令→相應電磁鐵得電→磁接近開關動作→電磁閥、接觸器動作。具體控制過程：煤塔漏嘴、壓風閥的動作指令由位于加煤車司機室內部的司機發出；司機按下煤塔漏嘴、壓風閥開閉按鈕后，其有線連接的電磁鐵得電勵磁；勵磁后的電磁鐵觸發相對應的磁接近開關動作，感應距離5～10 cm；控制開閉的磁接近開關動作，觸點閉合將信號輸入PLC 輸入點，PLC 通過輸出繼電器控制相關的控制開閉的接觸器動作，電機得電后，煤塔漏嘴相應控制排打開或者關閉，壓風閥線圈得電或者失電，完成風吹動作。

此種方式為傳統的電磁控制，在焦爐的煤塔底部共有12個漏嘴和壓風閥，漏嘴有開閉兩個動作、壓風閥有一個動作，因此需要裝設36 個電磁鐵和36個磁接近開關，每個電磁鐵和磁接近開關都是由有線控制，因此設備越多，線路越復雜，設備的故障點和故障率相應的會越來越高，對加煤車取煤系統的維護就越困難。為了保證加煤車取煤的順利進行，同時也降低操作人員的勞動強度，減少設備的故障率，對原控制系統進行升級改造，采用無線電控制方式來對其進行優化。

3.2 智能取煤控制方式

通常在無線控制時，會采用紅外線或電磁波作為數據傳輸的媒介，通過媒介使得無線控制功能得以實踐，通過無線實現指令的收發功能。首先，需要對要發送的數據進行打包處理，主要過程為通過特點的編碼方式進行編碼，編碼后經過調制、載波輸出后，發射出去，這是指令的采集和發射模塊需要做的工作。相對應的接收模塊，則是進行解碼的操作，通過解碼，將經過編碼加密的指令提取出來，還原成為原來的命令，通過執行器執行相關的指令［1］。

無線控制系統由三部分構成，它們分別是位于裝煤車的發射端裝置、煤塔漏嘴接收端裝置以及核心單元單片機，通過三者密切的配合實現對煤塔漏嘴、壓風閥的控制。

3.3 智能取煤控制系統的組成與工作原理

煤塔漏嘴的控制方式主要思路：單片機將檢測到得按鍵信息經過單片機編碼后通過無線電發送到接收端，接收端系統對該數據（控制信號）進行判斷，并控制相應的執行器執行相應的動作，從而實現無線通信控制［2］，如圖1所示。

圖1 無線通訊結構示意圖

在此設計系統中主要的控制設備分別位于移動的裝煤車和固定的煤塔底部，移動部分的設備主要是進行指令的輸入，通過對加煤車司機的指令進行分析后，進行相關的處理，然后通過單片機和無線傳輸芯片發送出去。與此同樣，在固定端的煤塔底部，相關的控制設備是接收端的單片機和無線收發芯片組成的控制端系統，主要功能是接收裝煤車的各種指令包，通過解碼對司機室發出的各種信號進行解包還原，然后控制相應的設備動作，從而通過整個通訊控制過程完成裝煤車的取煤。煤塔漏嘴取煤無線控制系統的軟件程序設計主要是C 語言實現。

項目中的輸入信號主要由裝煤車司機發出，裝煤車的司機通過操作臺的輸入端將各種數字量和模擬量輸入指令輸入到發射端的單片機，單片機對輸入指令進行編碼打包處理后，通過發射端的無線傳輸芯片將指令信息傳送出去供接收端使用。煤塔底部固定的接收端的接收控制系統對發射端發送的指令信息進行接收和初步處理后，傳送給相連接的接收端的單片機，單片機按照對應的解碼規則，將指令信號解碼，變為司機室司機發出的指令信息，單片機進而操縱相關的設備進行動作，煤塔中的煤順利進入加煤車的儲罐中，完成裝煤車的整個取煤過程。

4 結 語

從影響煤塔取煤的故障原因入手分析，通過對問題和操作方式進行分析，研制出了分離式中遠距離煤塔智能取煤控制系統。通過對系統的設計研究，自動化程度進一步提升，系統工藝的穩定性得到增強。煤塔取煤無線控制符合現場實際的生產需求，工作人員可以實現在司機室內完成加煤車取煤的全部過程，節省了現場確認的時間，提升了工作效率，設備的故障率大大降低，設備運行穩定性進一步增強。雖然設計的控制系統滿足實際現場的應用要求，但是由于生產環境、生產工藝、人為操作等多方面因素的影響，本控制系統的許多方面還需要進一步改進和完善：1）人機操作可以更加簡化和人性化。可以增設人機互動觸摸屏以及現場執行器執行情況顯示。2）增加網絡模塊，可以實現遠程進行訪問和故障的處理。