刻度标尺自动定位技术在高炉小车精准对位系统中的应用

魏培超

（甘肃酒钢集团宏兴钢铁股份有限公司，甘肃嘉峪关735100）

刻度标尺自动定位技术在高炉小车精准对位系统中的应用

魏培超

（甘肃酒钢集团宏兴钢铁股份有限公司，甘肃嘉峪关735100）

介绍了刻度标尺精确定位技术的工作原理及系统组成，以及该检测技术在高炉小车精确对位系统中的应用。通过使用该技术实现了小车定位及远程自动换仓卸料操作和监测，降低了现场操作人员的劳动强度，保障了操作人员职业健康，提高了高炉生产的自动化程度。

刻度标尺；无线传输；视频监控；料位监测；远程操作

1 引言

随着科技的进步，冶金工业自动化程度越来越高。通过先进自动化技术的应用，工业现场设备实现自动运行，可适当减少现场操作人员，提高生产效率，降低操作维护人员的劳动强度，是冶金工业整体发展趋势的要求。某炼铁厂3号高炉矿槽卸料系统承担着为炼铁总厂相对应的高炉提供烧结矿、球团矿、块矿、焦炭等品种原料的重任，分别由矿槽顶部的2台小车来完成整个系统的布料作业。目前高炉矿槽加料作业仍然沿用人工控制加料的作业模式，操作人员在卸料车旁来回行走控制卸料车（机旁操作），仅凭借现场标记的仓号人工判断小车停车位置。由于现场粉尘极大，恶劣的环境不仅影响小车对位精度，容易造成错料、混料、漫料等事故。同时，对频繁在现场操作的职工也存在职业健康危害，不适宜工人直接在现场操作。当现场误操作，发生混料情况时，现场没有位置跟踪信息和操作记录信息，不能查出是哪那个班组发生了混料及混料的时间和数量。上述问题的发生对生产带来了影响，因为布料小车卸料系统是直接送往高炉去炼铁的，由于误操作（操作人员责任心不强，看错仓号，夜间值班多易出现）容易导致错仓混料的事故，直接影响到提供给高炉炼铁用原料成分的稳定性，从而造成铁水质量不合格。

由于人眼定位和接近开关定位方式存在缺陷，会影响到卸料设备的正常运转，不仅降低了卸料小车定位精度，而且设备的误工率也大幅增加，无法满足长期稳定生产的需要。同时，由于有较多的人工参与，频繁的信息交换不能通过计算机系统进行传输，设备的整体作业率难以有效提升，中控室的信息集中监控功能得不到实现，生产效率和管理水平等等都难以满足目前生产的需要。总体而言，卸料小车的定位问题已经成为了制约高炉供料生产中的一大“瓶颈”。

为此，对高炉卸料小车精准对位采用了刻度标尺精确定位系统。在精确定位系统的基础上，本套系统还应用了视频监控、料位监控、皮带跑偏等保护措施来实现整个布料系统的智能化。

2 系统构成

刻度标尺小车自动控制系统主要由位置检测、料位采集、无线传输、皮带跑偏、PLC控制、上位机，视频监控等部分组成，系统构成如图1所示。各部分实现的功能如下。

位置检测：采用刻度标尺精确定位系统来检测小车的实时位置，标定各料仓的位置；

料位采集：在料仓合适位置分布安装料位计，用来实时采集料仓料位信号，此信号传输到中控室的PLC模块内；

无线传输：采用工业级无线网桥，把地面的主站PLC的指令传给移动卸料小车上的分站PLC；

皮带跑偏：采集皮带跑偏信号，在中控上位机上报警提示；

PLC控制：采集各料仓料位信号和小车位置信号，接收中控室上位机工作指令，并控制变频器工作；

上位机：人机界面，根据生产工艺流程制定生产流程，控制指令发送到PLC；

视频监控：监视皮带两侧的实时工况，对现场实时影像可回放。

3 刻度标尺介绍及检测原理

3．1 刻度标尺构成

刻度标尺由车载子系统、地面子系统、刻度标尺子系统组成。

车载子系统包含游尺指针、车载电气柜（内含刻度生成仪、开关电源等）。

地面子系统由地面电气柜组成（内含刻度分析仪、开关电源、网关、信号分配器等）。

刻度标尺子系统由专用刻度标尺、ST箱、引线电缆以及各种用于刻度标尺安装、固定、防护机构组成。

图1 系统构成图

图2 刻度标尺系统构成图

整个刻度标尺定位系统如图2所示。

3．2 刻度标尺原理

刻度标尺精确定位系统采用法拉第电磁感应定律（磁力线传导原理）来检测移动搬运设备的位移量，当游尺指针线圈中通入交变电流时，在游尺指针附近会产生交变磁场。刻度标尺近似处在一个交变的、均匀分布的磁场中，每对刻度标尺芯线会产生感应电动势。刻度生成仪信号通过电磁耦合方式传送到刻度标尺的感应环线上。刻度分析仪对接收到的信号进行相位比较。交叉线的信号相位与平行线的信号相位相同，地址为“0”；交叉线的信号相位与平行线的信号相位相反，地址为“1”。这样感应的得到地址信息是数字编码排列，由此确定游尺指针在刻度标尺长度方向上的位置，原理图如图3所示。

图3 刻度标尺原理图

4 控制原理

4．1 自动化控制系统

本系统采用S7－1200PLC可编程控制系统，位移信号由安装于现场的刻度分析仪输出后，使用RS－485通讯电缆接入PLC的CPU模块上的485接口，最终将位移信号以整数形式写入PLC内的固定寄存器。小车的行走控制由PLC编程，通过输出的开关量信号控制。上位机使用WinCC组态软件制作，通过Profinet以太网通讯完成上位机与PLC系统之间的通讯。主站PLC与分站PLC之间以无线网络硬件介质传输。

通过刻度标尺精确定位系统和上位机操作系统的协同工作，可以确保小车行走平稳，停车位置准确可靠。在输料系统中将不同的原料品种卸到指定的仓位内，满足工艺需求。按操作方式可设置“手动”和“自动”切换功能，使系统在自动操作控制方式非正常的情况下仍能通过现场车载操作箱手动操作，来完成卸料作业，不会影响高炉生产的正常进行。急停命令可以让小车立即停止行走。

电机控制系统框架如图4所示。

图4 电机控制系统框架图

4．2 卸料小车自动定位系统运行流程

在自动模式下运行时，需要操作人员根据工艺需求情况在画面中选取相应的料仓，当PLC接到此指令后，就会比对目前卸料小车所在的实际位置和目标位置，使卸料小车自动前进或后退，直到到达指定料仓下料点后停车。

在控制卸料小车自动行走时，软件根据系统的延时和卸料小车的惯性，计算出刹车提前量，通过变频器控制抱闸的动作，实现卸料小车的准确停车。上位机单台车控制操作界面如图5所示；上位机软件主界面如图6所示。

图5 单机上位操作界面

图6 上位机主操作界面

5 结束语

刻度标尺精确定位系统在某炼铁厂安装调试后成功运行。通过非接触式刻度标尺实时检测卸料小车当前位置，即所处仓位（槽位）识别，结合料位检测，实现了卸料小车的自动换仓卸料、多点均匀布料（下料），提高了仓容利用率，优化了工艺流程，减少了出错机率。系统实现了生产过程的计算机管理和远程监控操作，可以完成远程全自动操作控制和生产状况存贮查询功能，降低了操作人员的劳动强度，提高了岗位职业健康水平及生产管理水平。

［1］廖常初．S7－1200 PLC编程及应用［M］．北京：机械工业出版社．

［2］廖常初．PLC编程及应用［M］．北京：机械工业出版社．

［3］周美兰，周 封，王岳宇．PLC电气控制与组态设计［M］．北京：科学出版社．

［4］张 春．深入浅出西门子S7－1200 PLC［M］．北京：北京航空航天出版社．

［5］姜建芳．西门子WinCC组态软件工程应用技术［M］．北京：机械工业出版社．

［6］齐 荣．可编程计算机控制器原理及应用［M］．西安：西北工业大学出版社．

Application of automatic calibration technology of scale ruler in precise alignment system of blast furnace

WEI Pei－chao

（Gansu Jiu Steel Group Hongxing Iron＆Steel Co．，Ltd．，Jiayuguan 735100，China）

The working principle and the system composition of the scale ruler calibration precision positioning technology is introduced，and the application of this calibration technology in the precise alignment system of the blast furnace is presented．By using of this technology，the vehicle positioning，the remote automatic warehouse unloading operation and the system monitoring are realized．It can reduce the labor intensity of the site operators，can ensure the occupation health of the operators，and also can improve the automation degree of the production of the blast furnace．

scale ruler；wireless transmission；video monitoring；raw material level monitoring；remote operation

TF355＋．3

B

1005—7277（2016）06—0045—03

魏培超（1968－），男，1993年毕业于东北大学自控系，现任甘肃酒钢集团宏兴钢铁股份有限公司炼铁厂电气主任工程师。

2016－11－15