本文介紹了焦爐煤塔電子秤結合高精度編碼板定位的技術應用。著重介紹 了新型的高精度編碼板定位的原理以及整個系統的構成及其運行原理。
1.概述
焦炭是鋼鐵工業的重要原料，高爐煉一噸生 鐵大約需0.4t_0.6t的焦炭。隨著我國鋼鐵產量的 逐年攀升，焦炭的需求量也相應增長。而準確記 錄焦爐每一炭化室裝煤重量對于保證焦爐安全生 產、提高生產效率和經濟效益有著重要的意義。 自動匹配裝煤重量與炭化室號，就要利用焦爐機 車的定位技術來實現。
目前全國焦化廠中，主要采用的焦爐機車定 位技術有旋轉編碼定位、紅外線定位、無線感應 編碼電纜定位與普通編碼板定位技術。在焦化廠 高溫、振動、多粉塵、腐蝕性氣體、強電磁干擾 等惡劣的工況環境下，這些技術有著較多的局限 性。特別針對這些問題杭州錢江稱重技術有限公 司開發的高精度編碼板，相比于以上技術，有自身 獨特的優點。國內外現有定位技術比較如表1所示。
隨著焦爐安全生產要求以及焦爐機車自動化 控制要求的不斷提高，高精度編碼板定位技術可 以較好的解決如何在焦化企業及其惡劣的工況環 境中，提高機車地址檢測的穩定性和抗干擾能力 等問題。對于提高焦爐生產安全和自動化水平有 著極大的幫助。
本文以我們南京鋼鐵聯合有限公司燃料供應 廠3#、4#、5#焦爐為例進行介紹。
2.系統總體設計
2.1焦爐煤塔電子秤采用無基坑不斷軌稱重 結構；
2.2焦爐機車的定位采用高精度編碼板定位 技術，為無源絕對地址檢測方式；
2.3焦爐機車與中控室之間的數據交換系統 以無線技術為基礎，采用無線擴頻技術進行通訊；
2.4上位機采用目前主流編程語言C#配合 3D軟件編寫，畫面栩栩如生；
2.5遠程監控采用B/S (瀏覽器/服務器模 式，遠程計算機無須安裝客戶端，直接訪問網頁 即可；
2.6車上控制部分采用昆騰系列PLC。
3.系統實現的功能
系統能實現如下功能：自動匹配裝煤重量與 炭化室號的功能；自動匹配毛重與皮重的功能； 四車聯鎖功能（摘門聯鎖功能、推焦聯鎖功能）； 數據通信功能；地址爐號對位功能；車上顯示功 能；車上語音提示功能；生產管理功能（計劃編 排和傳輸功能、自動記錄、統計功能、記錄的查 詢功能、數據備份與恢復功能、動畫顯示監控功 能、自適應功能、聯網功能、打印功能）；自動走 行功能；自動控制功能；緊急處理功能。
4 .系統結構
系統結構如圖1所示，這個系統可以分為兩 部分，車上部分和地面部分。車上部分主要完成 車輛位置信號的采集、解碼、爐號的識別以及接 收到地面上位機信號后的執行和顯示功能；地面 部分包括煤塔電子秤、上位機和地面通信單元。 煤塔電子秤獲得裝煤車的空重與滿重。地面通信 單元完成的是各車之間以及各車與上位機通信的 橋梁功能。上位機完成對各車信號的整理、判斷、 下發到各個車和相關報表的生成功能。
車載讀碼裝置通過對每個碳化室下安裝的編碼 板進行掃描，得到一組位置編碼信息，通過地址 檢測單元的解碼形成相應的爐號位置信息并發送 到通訊控制器，通訊控制器與車載的交換機用網 線進行連接實現位置信號經過無線模塊發送到上 位的功能。車載PLC通過接收地面部分發來的位 置信息，和操作信息進行相應的運算并執行相關 的動作。
地面部分通過無線網橋接收車載部分解碼出的地址信息和推焦計劃運算出是否聯鎖和自動走行等信息發送到車載部分進行顯示和輸出到PLC進行相關動作。
5.系統硬件設計
5.1數據通信鏈路
車載部分的主要原理圖和數據通信鏈路如圖2所示，箭頭表示的是信號的流向。
讀碼裝置和解碼裝置主要完成的是地址信息的掃 描與解碼，通訊控制器完成車上部分通訊信息的 轉換與控制，交換機完成信息的共享功能。PLC是 車上相關信息的執行單元，通過判斷上位機發來 的信息，驅動相關I/O進行動作和完成觸摸屏顯示 信息的處理和語音提醒。
5.2 高精度編碼板定位技術
普通編碼板只能檢測碳化室的大地址，而精 密地址需要配合旋轉編碼器才能生成。高精度編 碼板在普通編碼板的基礎上增加了精密地址的檢 測功能，實現了在無旋轉編碼裝置的配合下檢測碳 化室精密地址的功能，減少了車輪打滑帶來的地 址誤差。
高精度編碼板是對普通編碼板的改進升級， 除了檢測機車所在的炭化室，更能精確檢測一定 范圍內的精密地址，該檢測范圍為0cm~216cm， 檢測精度為4mm。該型號的編碼板可以對512個 碳化室進行單獨不重復的地址編碼。可以完全滿 足焦爐生產的需求。
系統工作原理如下：在機車軌道或滑線附近 以一定間隔敷設高精度編碼板，每塊編碼板具有 唯一的編碼。機車行駛時，通過車載激光掃描器 讀取編碼板信號到讀碼裝置，讀碼裝置分析編碼信號 后，解碼得出本車位置。通過接口轉換模塊，讀碼裝置將地址信息送到PLC系統中。而通過無線擴 頻通信模塊，可把本車地址傳至交換機室的服務 器，同時服務器也可把其他車輛的位置信息、生 產計劃等數據傳送至本車。
6.系統軟件設計
本系統軟件主要由上位機軟件，網頁監控程 序、下位機PLC程序、觸摸屏程序、地址檢測單 元程序以及通訊控制器程序組成。
上位機軟件，主要完成生成實時生產記錄、 計劃編排、產生各種統計報表等功能，并利用數 據庫實現數據長期保存和調用，以動畫的形式真 實反應生產現場裝煤車重量、各種作業機械的位 置、動作情況、計劃執行情況、出錯信息、故障 報警等。
網頁監控程序通過遠程訪問數據庫，對數據 庫中的信息進行再處理，生成實時的現場生成動 畫和相關報表記錄的查詢功能。
控制部分采用的是施耐德的昆騰系列PLC，其 軟件開發工具為Concept，其編程語言豐富，有 LAD (梯形圖、STL (語句表）等，這些編程語言 都是面向用戶的，它使控制程序的開發工作大大 簡化，對用戶來說，開發、輸入、調試和修改極 為方便，為了使程序的具有更好的通用性、可移植性和可讀性，該項目采用大多數用戶都熟悉的 LAD 語言進行編程。
觸摸屏采用的是施耐德Mgelis XBT GT系列 高端圖形終端，他可以對施耐德PLC進行讀寫操 作，可以在觸摸屏端實現一些參數的設置和記錄。 通訊控制器和地址檢測單元主要采用單片機控制， 結構簡單。
7.安全設計
系統在安全設計上，也是從多方面考慮，保 證了系統的可靠性。
煤塔電子秤采用無基坑不斷軌稱重結構，該 結構沒有過車時導致的沖擊振動機械磨損，能保 證大噸位裝煤車長時間安全穩定運行。
系統在自動走行控制狀態下，如果檢測到相 鄰兩車距離小于安全值，會直接禁止車輛走行。
當機車在自動走行狀態下，司機發現意外緊 急情況時，可直接扳動手動走行控制器，機車走 行則直接切換到手動狀態，即遵循手動優先原則。
當系統出現故障時，處于自動控制狀態下的 機車會停止動作，即遵循故障導向安全原則。
8.結束語
將焦爐煤塔電子秤與高精度編碼板定位技術結 合已經在焦爐現場實現了實際應用，根據使用情況 來看，其定位精度高、地址穩定、配對成功率高。 與其他系統相比較具有安裝調試簡單、方便更換、 抗干擾能力強的特點，其性能可以完全滿足焦爐生 產及其他場合定位需求。該技術的廣泛應用必將帶 動行業的自動化、信息化的發展，帶來巨大的經濟 和社會效益，并具有廣闊的市場前景。
