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1、镍铁矿热炉自动化行车控制系统技术方案武汉利德测控技术股份有限公司饶生峰 13720209557目 录1前言32系统控制结构33系统组成结构44格雷母线定位技术85系统安全保障196上位机功能说明216.1系统简介216.2权限管理与登录216.3主菜单226.4行车操作及状态显示236.5行车故障显示246.6行车趋势图246.7生产产量报表256.8料罐车操作及状态显示266.9料罐车故障显示266.10登录报表277现场图片287.1矿热炉平板车格雷母线定位287.2矿热炉炉顶自动化行车格雷母线定位281 前言 格雷母线技术是利德公司具有自主知识产权的专利技术，已成功应用于港口、钢铁、铁路
2、等众多领域，具有非接触、检测精度高、寿命长等特点，定位精度可达5mm。 行车控制系统采用全自动的工作方式，无论上料、下料、到位都由系统自动，完成，运行过程中无需人为干入，只需在初始步时，操作人员正确选择现场状态，如加入哪个料仓、再按下自动启动即可。2 系统控制结构图 1系统控制结构图行车的三种控制方式选择在行车司机室进行，在进行控制方式切换时，行车的任何机构动作的动作停止。只有选择为“自动”时，才能进行自动运行控制，该控制方式在上位机上进行。当行车上选择“自动”时，上位机可以选择“远程自动”和“远程手动”两种方式。a) 远程自动时，当行车满足自动运行条件，可以在上微机启动自动运行，这时行车将自
3、动进行取料、加料、放空罐等循环动作。b) 远程手动时，用户可以输入一个坐标，行车自动走行至该处；也可以对各机构手动选择速度和走行方向来控制。c) 行车和料罐车间的动作通过通讯来协调，实现自动取料罐和放空料罐的动作。 d)行车出现紧急情况时，可以在上微机上按下急停按钮来紧急停车。为防止自动时设备失控，自动控制系统对通讯状态进行实时监视，一旦通讯异常，则行车和自动控制系统的PLC均会自动紧急停车，确保系统运行的安全。 e)增加第三套行车控制系统实现1/2号行车的备份，当1/2号行车故障时，通过手动切换可以替代该行车。3 系统组成结构 系统主要是对行车实施自动控制。以提高工作效率和工作质量。图 2控
4、制系统组成结构图从部件所处的控制层级来分:可分为中控级、现场级部件。中控级部件:上位机、光纤交换机、中控PLC、无线网桥等系统组成，实现自动/手动操作，自动操作的初始化选择等。现场级部件:主要有PLC、光纤交换机、RS485通讯模块、变频器、振荡台、地址解码器、天线箱、格雷母线、AD转换模块、称量机构、车检地址解码器、天线箱、格雷母线、车检振荡台等；其中地检格雷母线安装在现场行车小车一侧，天线箱安装在小车上，车检格雷母线安装在现场行车大车一滑线侧，天线箱安装在大车上，除大车车检格雷母线振荡台安装在中控制室，其他设备安装在行车电气室的电气柜里。现场站又可以分为电源部分、地址检测部分和控制部分。电
5、源部分：l 隔离变压器:将380V电压变成220V电压,起电压隔离作用。l 24V开关电源:将220V电压变成24V直流电压,为需要24V电压的部件供电。地址检测部分：l 震荡台:产生39Khz的正弦波交流信号送到天线箱。其输出信号峰峰值一般为5-8V。不的随意改变其输出值的大小。l 天线箱:将震荡台送来的39Khz的正弦波交流信号滤波放大,变成电磁场信号。l 格雷母线:接收天线箱发射的电磁场信号,将其变为50-200mv的交流电压送到地址解码器解析出地址。 l 地址接口板:转换物理接线方式,把格雷母线通过接线端子送来的模拟信号再通过排线送到地址解码器。l 地址解码器:对输入的模拟信号滤波、放
6、大处理后得到小吊的物理地址。同时接收AD模块通过串口送来的重量值，再将地址和重量通过另一串口主动送到PLC中。重量检测部分：l 重量传感器：将所承受的重量转换为电流输出通过无线方式传输到PLC的RS232模块。控制部分:l PLC：运行程序，采集地址、重量信息、平车状态数据，综合处理后送地址、重量、各种状态信息给中控室上位机，同时输出相关控制方向，速度到变频器，控制平移电机动作。行车控制1）、车载柜2、地面柜（中控室内）4 格雷母线定位技术基于格雷母线的位置检测有两种方式：地上检测方式和车上检测方式，两种检测方式格雷母线的结构基本一样。本系统采用地上检测方式。1.格雷母线的结构 图 3格雷母线
7、外形图针对工业生产上的大型移动机车的自动化而采用的格雷母线是一种结构独特的非屏蔽电缆，它是地址检测的最重要的部件。 轨间电缆可采用很多种布线方式，如使格雷母线每隔一定距离相交叉，形成交叉感应回线，如图2所示。图中的L1和L2分别是线圈的长和宽。 图 4交叉格雷母线的位置测试 图5是1对L线，5对G线，1对R线的实用电缆平铺图，格雷母线的外侧是二根起保护作用的钢缆，钢缆内侧有多根导线绞合在一起，每根导线均为交叉形式，G0、G1、G2、G3、G4对线交叉间隔为100、200、 400、800、160Omm，而宽度相同均为100mm，根据功能区分可分为通信线(L)，地址线(G)，地址基准线(R)三种
8、，如果将这些对线平铺，可以得到图3所示的电缆结构平铺图。在实际使用上，为了避免在同一位置上同时存在着多个交叉点，所以在电缆的编制上均是采用格雷码的编码方式。图 5格雷母线对线平铺图图 6无线感应地址测试原理图2.地面位置检测原理如图7所示，机车上的天线由多匝导线绕制而成，长为100 mm，宽为10O mm。格雷母线沿机车轨道平铺，安放在机车上的天线尽可能在格雷母线的水平正上方。当电缆的天线在格雷母线G0对线第1号位置发射信号或发射载波时，在电缆的始端，R端与G2端收到的信号相位相同，而由于G0与G1对线端口与发射位之间存在着奇次交叉，所以，R端与G0端G1端收到的信号相位相反。电缆端口的信号分
9、别经过地上局的带通滤波后，各路G线信号分别与R线信号进行比较鉴相，同相为0，反相为1，此时，实际上已经得到一个三位的格雷码011，对应十进制数为3。 图 7地面测试地址示意图3.精密地址检测原理不管是地面位置测试方法，还是车上位置测试方法，其定位精度为天线纵向长度，也即G0对线交叉点的距离。为了提高机车位置测量精度而进一步缩小交叉点间的距离，势必会使天线与电缆之间收到的信号的幅度减小而难以检测，所以必须另外采取方法来进行精密地址检测。 图8是精密定位检测的示意图。随着天线的移动，天线或电缆收到的信号的电压幅度U0呈三角波形状，这电压幅度相对反映了天线的精密位置。但是，由于天线离电缆的距离和天线
10、发射信号的幅度，本身是不稳定的，所以以上的方法并不能准确测试精密地址。为此，引进了另一对与G0错开交叉的对线L0，此对线中产生的电压幅度的三角波曲线也正好与G0对线产生的电压幅度的锯齿波曲线错开，这二根曲线随着天线离电缆的远近和发射信号的大小同时涨落，所以它们之间的比值U0/u0是稳定的，那么我们可以用这个值来计算出精密地址的值来，理论上可以获得任意高的定位精度。由于天线没有抗干扰能力，它发射信号时伴随噪声的发射，格雷母线地址对线获得有用信号时也不能抑制噪声，比值U0/u0与相应的位置关系也就不准，这样就不可能获得很高的定位精度，必须对比值U0/u0与相应的位置关系采用数字化以提高定位的抗干扰
11、能力。目前可以用这种方法稳定地将最小的交叉地址间隔(一般为100 mm)分为20份，即可达到 5 mm的定位精度。图 8 电压模拟量变化与精密地址的关系4.格雷母线位置检测方式的特点通过安装在移动机车上的天线箱与敷设在地上的格雷母线之间的电磁耦合来检测移动机车的位置，无机械性接触磨损，因而可高速准确地检测和传送位置信息；由于格雷母线为多对以一定规律交叉扭绞结构，能有效地抑制外部散杂电平的干扰；由于是利用各对地址线接收到的信号的相位和基准线接收到的信号的相位相比较，以同相为“0”，反相为“1”进行组合而得到的地址信息，所以地址稳定，不受电平波动的影响；能在移动机车行走范围内连续地、高精度地检测绝
12、对地。选择那一种地址检测工作方式要根据控制系统的需求来考虑决定。如果控制系统的重心在移动站上，则采用车上检测方式较好；如果控制系统的重心在固定站，则采用地上检测方式较合适。5.地上检测系统的构成主要由地址编码发生器、天线箱、格雷母线、位置检测单元、PLC模块等部分组成。主要完成地址编码信号的发射以及位置的检测，并将位置信息输送到用户的PLC中。主要技术指标、地址分辨率：5mm、数据输出接口： RS232转Modbus Plus、发振调制频率：地址检测系统39Khz。、地面站功耗：100W、车载站功耗：100W、天线箱和母线间的距离60-200mm可调图 9地上检测示意图地址解码器面板显示说明图
13、 10检测单元面板PWR:亮系统电源正常S01：闪烁系统正常运行S02：亮来自天线箱的信号过小S04：亮接口单元（继电器输出单元）刷新指示S05：亮串行通信口0的接收指示S06：亮串行通信口0的发送指示S07：亮串行通信口1的接收指示S08：亮串行通信口1的发送指示A01-A15：亮地址检测的格雷码指示。A01为高位，A15为低位数码指示高四位的单位为米，低三位的单位为毫米6、车上检测方式(1)车上检测方式的特点是： 编码电缆为信号“发射天线”，车上安装有地址“接收天线”； 地址检测单元在车上，各车直接得到本车的地址； 各车的地址分别通过通信送到地面站，地面站再通过通信“告诉”其他车。 (2)
14、车上检测原理及框图车上检测原理及框图如图6、7所示。编码电缆始端箱终端箱天线箱地址检测单元阻抗配单元功率放大器地址编码发生器 图6 车上位置检测原理框图7、编码电缆位置检测方式的特点（1）由于通过安装在移动机车上的天线箱与敷设在地上的编码电缆之间的电磁耦合来检测移动机车的位置，所以无机械性接触磨损，因而可高速准确地检测和传送位置信息；（2）由于编码电缆为多对以一定规律交叉扭绞结构，能有效地抑制外部散杂电平的干扰；（3）由于是利用各对地址线接收到的信号的相位和基准线接收到的信号的相位相比较，以同相为“0”，反相为“1”进行组合而得到的地址信息，所以地址稳定，不受电平波动的影响；（4）能在移动机车行走范围内连续地、高精度地检测绝对地址。选择那一种地址检测工作方式要根据控制系统的需求来考虑决定。如果控制系统的重心在移动站上，则采用车上检测方式较好；如果控制系统的重心在固定站，则采用地上检测方式较合适。本系统采用了车上检测和地上检测两种检测方式。图7 车上位置检测方式原理示意图8、车上检测系统的构成如图6所示，系统由地面站和车载站组成 （1）、地面站：由编码电缆、终端箱、地面发振装置等部分组成。如图8所示。 地面站主要完成如下任务：地址编码、功率放大，
