四车联锁定位系统在6m 焦炉上的应用

赵 芳，李忠虎

（1.内蒙古科技大学 信息工程学院，内蒙古 包头 014010；2.包头钢铁职业技术学院，内蒙古 包头 014010）

0 引言

装煤车、推焦车、拦焦车、熄焦车是顶装煤焦炉生产的重要机械设备，通常简称焦炉四大车。而焦炉生产过程中四车之间的通信、精准对位及动作联锁一直是该生产领域力求解决的问题。因四车的对位错误而引起的刮炉墙及红焦落地事故在各大焦化厂时有发生，因此实现焦炉的炉号自动识别与四大车的精确定位及动作联锁控制对提高焦化厂的生产效率和效益有着重要的意义。本文基于编码电缆定位技术、无线感应检测技术及计算机技术的新型焦炉四车联锁控制系统成功实现了焦炉机车的炉号识别和自动对位，确保了焦炉的安全生产。

1 无线感应技术的基本原理和特点

1.1 无线感应电缆的结构［1，2］

无线感应电缆（即编码电缆）是一种具有独特结构的非屏蔽电缆，在无线感应技术中作为发射和接收天线，同时也可作为检测地址的标尺与传感器。

编码电缆为扁平状，内部有若干对线，各对线按照一定的编码规则在不同的位置交叉，将各对线重叠在一起封装在氯丁橡胶压制的护套内。这些对线根据功能的不同分为通信线（L）、地址线（G）和地址基准线（R）3种。图1为2对通信线、5对地址线和1对基准线的实用电缆平辅图。

1.2 无线感应数据通信的基本原理和特点［3］

编码电缆沿着移动机车的轨道安装，其终端给每一对线加一个匹配电阻，始端用电缆连接到中控室，编码电缆中的任何一对线相当于一个单圈线圈。感应天线箱中装有两组线圈，一组作为接收线圈，一组作为发送线圈，分别谐振在相应频率上。

图1 实用电缆平辅图

移动机车上装有天线箱，当机车移动时，天线箱也随之移动，并与编码电缆始终保持5cm～20cm 的距离，如图2所示。当天线箱与编码电缆靠近时，编码电缆中每一对线所构成的单圈线圈与天线箱中的线圈相互感应信号，于是天线箱与编码电缆之间（也就是移动机车与中控室之间）就形成了一个通信信号通道。

图2 感应无线天线安装方式

无线感应通信具有如下特点：①由于发送和接收天线靠得很近，故信号交换的幅度很大，高达数百毫伏，是一般无线通信信号幅度的百倍，因此可以有效抑制杂波的干扰；②采用频率为40kHz～100kHz的超长波，在该波长范围内电磁波发射不远，因此几乎不会对外界产生电磁干扰；③正因为无线感应通信时的频率范围处于超长波段，不易造成辐射，所以采用宽带调频调相技术，以确保其通信质量。

通过以上分析不难看出，无线感应具有较高的通信质量，即使在恶劣的工业生产环境下其通信误码率也可以达到10－6，从而保证了整个系统的稳定、可靠。

2 焦炉四车联锁控制系统总体结构

2.1 控制系统总体结构设计

焦炉四车联锁控制系统主要由3大部分构成：中控室部分、机上部分（车载部分）和室外部分（编码电缆），如图3所示。

图3 系统总体结构图

2.1.1 中控室

有4台SIMATIC S7－200PLC CPU226安装在焦炉控制室的中控柜内，是整个系统的控制中心，通过收集各机车信息，分别对应推焦车、拦焦车、熄焦车、装煤车4种车，形成各种控制命令，指挥各机车工作。

2.1.2 机上部分（车载部分）

机上部分包括机控柜、天线箱、显示屏及语音器、操作按钮及旋纽、机车工作状态采集系统5 大部分。其功能是按照接收到的中控室指令来指挥各机车工作，并将采集到的机车工作状态发送给中控室。

2.1.3 室外部分（编码电缆）

室外部分包含8根编码电缆，装煤车、推焦车、拦焦车、熄焦车各用2根。编码电缆中通信对线和地址对线分别按各自的规律交叉，用护套封装后，安装在沿机车轨道一旁，可长期在－50℃～＋100℃环境下工作。

2.2 系统软件设计及功能

2.2.1 系统软件总体结构

根据焦化厂焦炉编组生产的实际情况，遵循“安全、可靠、先进、便捷”的设计原则，将装煤车、推焦车、拦焦车及熄焦车的联锁自动对位控制集于一体，进行集中控制，其系统软件的总体结构框图如图4所示。

2.2.2 系统软件功能

系统软件功能如下：

（1）显示动画部分：①实时跟踪各机车的移动状况及所处炉号，推焦杆、平煤杆、导焦槽工作状态以及推焦、熄焦过程；②显示推焦过程的二维横向图及红焦从各炉孔通过并流入熄焦车的过程；③以颜色显示各炭化室焦炭的成熟程度；④显示推焦及平煤电流的动态曲线；⑤模拟显示各机车的数字显示屏。

图4 系统软件总体结构框图

（2）显示数据接收：显示推焦车、拦焦车、熄焦车和装煤车地址和各机车的实际工作状态，同时显示机车报文。

（3）显示计划部分：可以自动编排推焦计划，同时也可手工编排并修改推焦计划。

（4）显示记录部分：①可随时查询每一个炭化室在推焦结束后自动形成的记录；②自动计算生产序数值K1、K2、K3；③自动生成班组统计报表；④打印上述报表。

（5）其他系统：包括推焦统计、焦炉状态、数据输出、操作日志和数据储存。①推焦统计：显示各种记录的日、月、年推焦统计记录，并进行打印；②焦炉状态：主要设置的是各焦炉的平煤时间和装煤重量，这些时间将会随着系统的运行和推焦的进行自动更新，但由于可能是第一次运行，或者由于某些原因而使平煤时间没有保存则可以通过这里进行修改；③数据输出：将推焦数据导出（文本与EXCEL 表格两种格式），用于与其他软件的数据交换或用于数据的备份；④操作日志：记录某一时间段对推焦联锁控制系统操作的记录；⑤数据储存：将数据库进行备份。

（6）退出：通过密码验证全面退出控制系统。

3 结束语

焦炉四车联锁自动对位的研究是复杂的工程，在克服多方面制约及困难的情况下，在6m 焦炉上成功实现了四车联锁对位自动控制。在控制系统中，由于所采用的炉号识别和位置检测技术准确、稳定、可靠，有力地保证了系统在实际运行中的可操作性。

焦炉四车联锁定位控制的实施杜绝了推焦事故，避免了因联锁对位造成的设备损坏；提高了炼焦生产工艺操作水平，确保了焦炉严格按计划结焦时间组织生产，改善了焦炉加热制度，提高了焦炉生产效率和焦炭质量，并对延长焦炉使用寿命也有着积极的作用。同时，焦炉作业自动记录统计可减少管理统计人员，降低了工人的劳动强度，具有明显的经济效益。

［1］ 刘改贵，刘清泉.感应无线技术在焦炉车辆上的应用［J］.燃料与化工，2002，33（4）：176－177.

［2］ 陈进.感应无线技术在工业移动机车自动化中的应用［J］.自动化技术与应用，2006，25（4）：33－36.

［3］ 潘立慧，魏松波.炼焦新技术［M］.北京：冶金工业出版社，2006.