趙 芳，李忠虎

（1.內(nèi)蒙古科技大學(xué) 信息工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010；2.包頭鋼鐵職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

0 引言

裝煤車(chē)、推焦車(chē)、攔焦車(chē)、熄焦車(chē)是頂裝煤焦?fàn)t生產(chǎn)的重要機(jī)械設(shè)備，通常簡(jiǎn)稱(chēng)焦?fàn)t四大車(chē)。而焦?fàn)t生產(chǎn)過(guò)程中四車(chē)之間的通信、精準(zhǔn)對(duì)位及動(dòng)作聯(lián)鎖一直是該生產(chǎn)領(lǐng)域力求解決的問(wèn)題。因四車(chē)的對(duì)位錯(cuò)誤而引起的刮爐墻及紅焦落地事故在各大焦化廠時(shí)有發(fā)生，因此實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t的爐號(hào)自動(dòng)識(shí)別與四大車(chē)的精確定位及動(dòng)作聯(lián)鎖控制對(duì)提高焦化廠的生產(chǎn)效率和效益有著重要的意義。本文基于編碼電纜定位技術(shù)、無(wú)線(xiàn)感應(yīng)檢測(cè)技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的新型焦?fàn)t四車(chē)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)了焦?fàn)t機(jī)車(chē)的爐號(hào)識(shí)別和自動(dòng)對(duì)位，確保了焦?fàn)t的安全生產(chǎn)。

1 無(wú)線(xiàn)感應(yīng)技術(shù)的基本原理和特點(diǎn)

1.1 無(wú)線(xiàn)感應(yīng)電纜的結(jié)構(gòu)［1，2］

無(wú)線(xiàn)感應(yīng)電纜（即編碼電纜）是一種具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)的非屏蔽電纜，在無(wú)線(xiàn)感應(yīng)技術(shù)中作為發(fā)射和接收天線(xiàn)，同時(shí)也可作為檢測(cè)地址的標(biāo)尺與傳感器。

編碼電纜為扁平狀，內(nèi)部有若干對(duì)線(xiàn)，各對(duì)線(xiàn)按照一定的編碼規(guī)則在不同的位置交叉，將各對(duì)線(xiàn)重疊在一起封裝在氯丁橡膠壓制的護(hù)套內(nèi)。這些對(duì)線(xiàn)根據(jù)功能的不同分為通信線(xiàn)（L）、地址線(xiàn)（G）和地址基準(zhǔn)線(xiàn)（R）3種。圖1為2對(duì)通信線(xiàn)、5對(duì)地址線(xiàn)和1對(duì)基準(zhǔn)線(xiàn)的實(shí)用電纜平輔圖。

1.2 無(wú)線(xiàn)感應(yīng)數(shù)據(jù)通信的基本原理和特點(diǎn)［3］

編碼電纜沿著移動(dòng)機(jī)車(chē)的軌道安裝，其終端給每一對(duì)線(xiàn)加一個(gè)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(duì)線(xiàn)相當(dāng)于一個(gè)單圈線(xiàn)圈。感應(yīng)天線(xiàn)箱中裝有兩組線(xiàn)圈，一組作為接收線(xiàn)圈，一組作為發(fā)送線(xiàn)圈，分別諧振在相應(yīng)頻率上。

圖1 實(shí)用電纜平輔圖

移動(dòng)機(jī)車(chē)上裝有天線(xiàn)箱，當(dāng)機(jī)車(chē)移動(dòng)時(shí)，天線(xiàn)箱也隨之移動(dòng)，并與編碼電纜始終保持5cm～20cm 的距離，如圖2所示。當(dāng)天線(xiàn)箱與編碼電纜靠近時(shí)，編碼電纜中每一對(duì)線(xiàn)所構(gòu)成的單圈線(xiàn)圈與天線(xiàn)箱中的線(xiàn)圈相互感應(yīng)信號(hào)，于是天線(xiàn)箱與編碼電纜之間（也就是移動(dòng)機(jī)車(chē)與中控室之間）就形成了一個(gè)通信信號(hào)通道。

圖2 感應(yīng)無(wú)線(xiàn)天線(xiàn)安裝方式

無(wú)線(xiàn)感應(yīng)通信具有如下特點(diǎn)：①由于發(fā)送和接收天線(xiàn)靠得很近，故信號(hào)交換的幅度很大，高達(dá)數(shù)百毫伏，是一般無(wú)線(xiàn)通信信號(hào)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(zhǎng)波，在該波長(zhǎng)范圍內(nèi)電磁波發(fā)射不遠(yuǎn)，因此幾乎不會(huì)對(duì)外界產(chǎn)生電磁干擾；③正因?yàn)闊o(wú)線(xiàn)感應(yīng)通信時(shí)的頻率范圍處于超長(zhǎng)波段，不易造成輻射，所以采用寬帶調(diào)頻調(diào)相技術(shù)，以確保其通信質(zhì)量。

通過(guò)以上分析不難看出，無(wú)線(xiàn)感應(yīng)具有較高的通信質(zhì)量，即使在惡劣的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境下其通信誤碼率也可以達(dá)到10－6，從而保證了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠。

2 焦?fàn)t四車(chē)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

2.1 控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

焦?fàn)t四車(chē)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)主要由3大部分構(gòu)成：中控室部分、機(jī)上部分（車(chē)載部分）和室外部分（編碼電纜），如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

2.1.1 中控室

有4臺(tái)SIMATIC S7－200PLC CPU226安裝在焦?fàn)t控制室的中控柜內(nèi)，是整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，通過(guò)收集各機(jī)車(chē)信息，分別對(duì)應(yīng)推焦車(chē)、攔焦車(chē)、熄焦車(chē)、裝煤車(chē)4種車(chē)，形成各種控制命令，指揮各機(jī)車(chē)工作。

2.1.2 機(jī)上部分（車(chē)載部分）

機(jī)上部分包括機(jī)控柜、天線(xiàn)箱、顯示屏及語(yǔ)音器、操作按鈕及旋紐、機(jī)車(chē)工作狀態(tài)采集系統(tǒng)5 大部分。其功能是按照接收到的中控室指令來(lái)指揮各機(jī)車(chē)工作，并將采集到的機(jī)車(chē)工作狀態(tài)發(fā)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(chē)、推焦車(chē)、攔焦車(chē)、熄焦車(chē)各用2根。編碼電纜中通信對(duì)線(xiàn)和地址對(duì)線(xiàn)分別按各自的規(guī)律交叉，用護(hù)套封裝后，安裝在沿機(jī)車(chē)軌道一旁，可長(zhǎng)期在－50℃～＋100℃環(huán)境下工作。

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及功能

2.2.1 系統(tǒng)軟件總體結(jié)構(gòu)

根據(jù)焦化廠焦?fàn)t編組生產(chǎn)的實(shí)際情況，遵循“安全、可靠、先進(jìn)、便捷”的設(shè)計(jì)原則，將裝煤車(chē)、推焦車(chē)、攔焦車(chē)及熄焦車(chē)的聯(lián)鎖自動(dòng)對(duì)位控制集于一體，進(jìn)行集中控制，其系統(tǒng)軟件的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。

2.2.2 系統(tǒng)軟件功能

系統(tǒng)軟件功能如下：

（1）顯示動(dòng)畫(huà)部分：①實(shí)時(shí)跟蹤各機(jī)車(chē)的移動(dòng)狀況及所處爐號(hào)，推焦桿、平煤桿、導(dǎo)焦槽工作狀態(tài)以及推焦、熄焦過(guò)程；②顯示推焦過(guò)程的二維橫向圖及紅焦從各爐孔通過(guò)并流入熄焦車(chē)的過(guò)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(dòng)態(tài)曲線(xiàn)；⑤模擬顯示各機(jī)車(chē)的數(shù)字顯示屏。

圖4 系統(tǒng)軟件總體結(jié)構(gòu)框圖

（2）顯示數(shù)據(jù)接收：顯示推焦車(chē)、攔焦車(chē)、熄焦車(chē)和裝煤車(chē)地址和各機(jī)車(chē)的實(shí)際工作狀態(tài)，同時(shí)顯示機(jī)車(chē)報(bào)文。

（3）顯示計(jì)劃部分：可以自動(dòng)編排推焦計(jì)劃，同時(shí)也可手工編排并修改推焦計(jì)劃。

（4）顯示記錄部分：①可隨時(shí)查詢(xún)每一個(gè)炭化室在推焦結(jié)束后自動(dòng)形成的記錄；②自動(dòng)計(jì)算生產(chǎn)序數(shù)值K1、K2、K3；③自動(dòng)生成班組統(tǒng)計(jì)報(bào)表；④打印上述報(bào)表。

（5）其他系統(tǒng)：包括推焦統(tǒng)計(jì)、焦?fàn)t狀態(tài)、數(shù)據(jù)輸出、操作日志和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存。①推焦統(tǒng)計(jì)：顯示各種記錄的日、月、年推焦統(tǒng)計(jì)記錄，并進(jìn)行打印；②焦?fàn)t狀態(tài)：主要設(shè)置的是各焦?fàn)t的平煤時(shí)間和裝煤重量，這些時(shí)間將會(huì)隨著系統(tǒng)的運(yùn)行和推焦的進(jìn)行自動(dòng)更新，但由于可能是第一次運(yùn)行，或者由于某些原因而使平煤時(shí)間沒(méi)有保存則可以通過(guò)這里進(jìn)行修改；③數(shù)據(jù)輸出：將推焦數(shù)據(jù)導(dǎo)出（文本與EXCEL 表格兩種格式），用于與其他軟件的數(shù)據(jù)交換或用于數(shù)據(jù)的備份；④操作日志：記錄某一時(shí)間段對(duì)推焦聯(lián)鎖控制系統(tǒng)操作的記錄；⑤數(shù)據(jù)儲(chǔ)存：將數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行備份。

（6）退出：通過(guò)密碼驗(yàn)證全面退出控制系統(tǒng)。

3 結(jié)束語(yǔ)

焦?fàn)t四車(chē)聯(lián)鎖自動(dòng)對(duì)位的研究是復(fù)雜的工程，在克服多方面制約及困難的情況下，在6m 焦?fàn)t上成功實(shí)現(xiàn)了四車(chē)聯(lián)鎖對(duì)位自動(dòng)控制。在控制系統(tǒng)中，由于所采用的爐號(hào)識(shí)別和位置檢測(cè)技術(shù)準(zhǔn)確、穩(wěn)定、可靠，有力地保證了系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中的可操作性。

焦?fàn)t四車(chē)聯(lián)鎖定位控制的實(shí)施杜絕了推焦事故，避免了因聯(lián)鎖對(duì)位造成的設(shè)備損壞；提高了煉焦生產(chǎn)工藝操作水平，確保了焦?fàn)t嚴(yán)格按計(jì)劃結(jié)焦時(shí)間組織生產(chǎn)，改善了焦?fàn)t加熱制度，提高了焦?fàn)t生產(chǎn)效率和焦炭質(zhì)量，并對(duì)延長(zhǎng)焦?fàn)t使用壽命也有著積極的作用。同時(shí)，焦?fàn)t作業(yè)自動(dòng)記錄統(tǒng)計(jì)可減少管理統(tǒng)計(jì)人員，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］ 劉改貴，劉清泉.感應(yīng)無(wú)線(xiàn)技術(shù)在焦?fàn)t車(chē)輛上的應(yīng)用［J］.燃料與化工，2002，33（4）：176－177.

［2］ 陳進(jìn).感應(yīng)無(wú)線(xiàn)技術(shù)在工業(yè)移動(dòng)機(jī)車(chē)自動(dòng)化中的應(yīng)用［J］.自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2006，25（4）：33－36.

［3］ 潘立慧，魏松波.煉焦新技術(shù)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2006.