趙曉凱

（山西首鋼國際工程技術(shù)有限公司，山西長治 046000）

首鋼長鋼燒結(jié)廠200 m2燒結(jié)機(jī)冷卻設(shè)備為230 m2環(huán)冷機(jī)，環(huán)冷機(jī)卸灰系統(tǒng)是將環(huán)冷工序風(fēng)箱中存儲的細(xì)小燒結(jié)料通過卸灰閥卸到環(huán)冷小車上，然后再將環(huán)冷小車存放的燒結(jié)料運(yùn)至皮帶上。環(huán)冷機(jī)冷卻風(fēng)道下部有22個灰斗，每個灰斗均有1個雙層卸灰閥，在閥下部有1個卸灰環(huán)道及1臺裝灰小車，環(huán)冷機(jī)卸灰系統(tǒng)原設(shè)計(jì)為手動卸灰，需要卸灰時，全部由崗位在現(xiàn)場手動操作卸灰閥和卸灰小車。首先要憑經(jīng)驗(yàn)判斷哪個灰閥的灰滿，需要卸哪個灰閥的灰，然后將小車開到相應(yīng)的灰斗下部，再打開蝸頭閥，灰斗電動撥桿帶動蝸頭閥進(jìn)行卸灰。當(dāng)小車的灰卸滿時，再將小車手動開到下料口，下料口附近的軌道撞鐵撞開小車下部閘門，小車開始向皮帶卸灰。每次卸灰時，崗位要來回對小車和卸灰閥進(jìn)行操作。此種操作方法隨機(jī)性大，崗位勞動強(qiáng)度大，現(xiàn)場作業(yè)時間長，不可避免地出現(xiàn)灰斗內(nèi)灰滿而未及時卸灰的現(xiàn)象。為擺脫環(huán)冷機(jī)手動卸灰的落后控制方式，提高現(xiàn)場自動化水平，需要研究環(huán)冷機(jī)自動卸灰方法。

卸料小車實(shí)時控制采用格雷母線位置檢測裝置，將實(shí)時位置檢測信號傳送給系統(tǒng)PLC，系統(tǒng)PLC 借助實(shí)時位置檢測信號控制小車運(yùn)行。該技術(shù)具有投資少、技術(shù)成熟的特點(diǎn)，現(xiàn)已得到成熟的應(yīng)用。使用格雷母線位置檢測技術(shù)，可以提高卸料效率，節(jié)約成本，保護(hù)設(shè)備；同時降低工程勞動強(qiáng)度，保護(hù)崗位操作人員身體健康；杜絕各類生產(chǎn)安全事故及質(zhì)量事故的發(fā)生；提高自動化控制水平和信息化管理水平，提升企業(yè)形象，提高企業(yè)產(chǎn)值和競爭力。

1 工藝流程

地坑內(nèi)設(shè)置環(huán)形軌道，環(huán)形軌道上安裝移動卸料小車，移動卸料小車上方帶接料口，用于接受散料，小車下方帶電動翻板閥，用于卸料。

小車供電采用環(huán)形安全滑觸線，小車位置檢測采用格雷母線。

格雷母線位置檢測系統(tǒng)主要由車載柜、地面柜、格雷母線、中控柜四部分組成。車載柜安裝在移動卸灰小車上，通過無線天線向地面柜發(fā)射信號；地面柜安裝在現(xiàn)場，用于采集地址、運(yùn)行狀態(tài)、故障等信號并發(fā)出控制信號驅(qū)動各卸灰閥、卸料小車等運(yùn)行；中控柜設(shè)置在環(huán)冷休息室，用于監(jiān)控現(xiàn)場各設(shè)備的狀態(tài)和發(fā)出下料指令，同時與系統(tǒng)PLC 進(jìn)行以太網(wǎng)通信，將各卸灰閥、卸料小車的工作狀態(tài)及故障代碼發(fā)送給集中控制系統(tǒng)，并給出控制命令驅(qū)動相關(guān)設(shè)備自動運(yùn)行。

移動卸料小車按照設(shè)定的周期，自動運(yùn)行到設(shè)定的卸灰閥下方，定位后，卸灰閥自動運(yùn)行一個排空周期，將灰倉的灰排到小車灰斗中，卸灰閥完成排空動作周期后，小車開始自動行走到指定終點(diǎn)位置，將小車灰斗的灰排空，然后返回到下一個灰倉卸灰閥下方，進(jìn)行卸灰。

2 系統(tǒng)組成

散料自動卸料系統(tǒng)中為實(shí)現(xiàn)移動卸料小車的自動控制，需在現(xiàn)場添加許多用于檢測的傳感器和控制單元，根據(jù)所完成的功能可將系統(tǒng)硬件分為4個部分。

2.1 自動化系統(tǒng)

主要包括PLC 柜、格雷母線定位裝置、UPS、工業(yè)計(jì)算機(jī)。通過在移動卸料小車走行軌道旁邊安裝一條定位編碼電纜，以及在車上安裝感應(yīng)天線箱，結(jié)合感應(yīng)無線位置檢測技術(shù)和感應(yīng)無線通信技術(shù)，能實(shí)時檢測到移動卸料小車的絕對位置，精準(zhǔn)度高（5 mm），且穩(wěn)定可靠（誤碼率10-7）。自動化中控部分負(fù)責(zé)現(xiàn)場信號采集、信號分析過濾、信號邏輯處理、算法處理與外部連鎖系統(tǒng)接口通信，以及負(fù)責(zé)現(xiàn)場動畫監(jiān)控、HMI 遠(yuǎn)程操作、HMI 自動操作、系統(tǒng)設(shè)置和記錄日志報(bào)表自動生成等。

2.2 工藝系統(tǒng)

主要包括移動卸料小車和電動雙層卸灰閥。

2.3 電氣系統(tǒng)

主要電氣設(shè)備包括環(huán)形滑觸線、動力配電柜、車載操作箱和機(jī)旁操作箱。

設(shè)動力配電柜1臺，為卸料小車、電動雙層卸灰閥及PLC 系統(tǒng)提供電源；卸料小車上設(shè)車載操作箱1個，內(nèi)設(shè)卸料小車移動用低壓交流變頻器、卸料小車抱閘電氣主回路、小車灰斗電動翻板閥電氣主回路、格雷母線車載箱電源出線斷路器；散料口下22個電動雙層卸灰閥共設(shè)5個現(xiàn)場機(jī)旁操作箱，機(jī)旁操作箱安裝于環(huán)冷機(jī)環(huán)形卸料地坑上。

2.4 監(jiān)控系統(tǒng)

用于實(shí)時監(jiān)控和顯示小車位置及各卸料口卸料情況。

系統(tǒng)硬件組成如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件組成

3 格雷母線定位系統(tǒng)

3.1 工作原理

利用最簡單的單匝線圈的感應(yīng)原理，當(dāng)天線箱線圈中通入交變電流時，在天線箱附近會產(chǎn)生交變磁場。格雷母線近似處在一個交變的、均勻分布的磁場中，每對格雷母線芯線會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。發(fā)射單元地址信號通過電磁耦合方式傳送到格雷母線的感應(yīng)環(huán)線上。

3.1.1 位置檢測單元原理

地址檢測單元對接收到的信號進(jìn)行相位比較。交叉線的信號相位與平行線的信號相位相同，地址為“0”；交叉線的信號相位與平行線的信號相位相反，地址為“1”，這樣感應(yīng)的地址信息是格雷碼排列，永不重復(fù)，由此確定移動站在格雷母線長度方向上的位置。

3.1.2 數(shù)據(jù)通訊單元原理

在格雷母線中增加兩對感應(yīng)環(huán)線用于數(shù)據(jù)通訊，通過電磁耦合在發(fā)信機(jī)和收信機(jī)之間傳送信息，信息使用頻率鍵控（FSK）方式調(diào)制，使用相干解調(diào)，通信誤碼率為10-7。數(shù)據(jù)通信單元包括發(fā)信機(jī)、天線箱、收信機(jī)、感應(yīng)環(huán)線等。

3.2 格雷母線系統(tǒng)組成

格雷母線定位裝置由四大件構(gòu)成：格雷母線、天線箱、地址編碼發(fā)生器、地址解碼器。

3.3 格雷母線技術(shù)參數(shù)

格雷母線技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 格雷母線技術(shù)參數(shù)

3.4 格雷母線位置檢測特點(diǎn)

①非接觸式位置檢測，間隙大，適用于軌道不平整的運(yùn)動機(jī)械。②位移檢測長度可以根據(jù)需要定制，可以斷續(xù)或連續(xù)檢測，測距長達(dá)2 km。③格雷母線使用柔性工業(yè)橡膠整體脫模壓制而成，安裝更換方便，免維護(hù)。④抗惡劣環(huán)境，可用在水下、不怕油、不怕塵、耐酸堿。⑤高穩(wěn)定性、高可靠性、多種信號輸出方式選擇。⑥具有反向極性保護(hù)工程、防雷擊、防射頻干擾、防靜電。⑦位移量絕對型輸出，不怕掉電。⑧多點(diǎn)需要定位的移動設(shè)備可以供用一條格雷母線，多根格雷母線可以拼接。⑨可以用在環(huán)形運(yùn)動機(jī)械位置檢測

4 系統(tǒng)運(yùn)行

控制系統(tǒng)提供機(jī)旁手動方式控制、HMI 遠(yuǎn)程手動方式、HMI 全自動3種控制模式自由切換的方式，保證卸料過程在任何情況下都能正常運(yùn)行，不影響生產(chǎn)。

（1）機(jī)旁手動方式。設(shè)備保留必要的聯(lián)鎖關(guān)系，在機(jī)旁操作箱和無線遙控器上操作設(shè)備。機(jī)旁手動方式主要用于設(shè)備的調(diào)試和檢修。

（2）HMI 遠(yuǎn)程半自動方式。具備設(shè)備上所有基本的聯(lián)鎖關(guān)系，在環(huán)冷休息室計(jì)算機(jī)上操作設(shè)備。

（3）HMI 自動方式。相互關(guān)聯(lián)的設(shè)備都處于自動狀態(tài)時，各設(shè)備之間互相聯(lián)鎖自動動作。

4.1 自動模式

①切換全自動前，要確保車載操作箱為自動操作狀態(tài)；②確保卸料小車為遠(yuǎn)程操作模式，確保車載操作箱面板無紅色異常提示；③選擇全自動模式，全自動按鈕變?yōu)榫G色，全自動模式激活；④全自動啟動后，小車首先運(yùn)行至1#指定散料口（位置檢測無誤后）→1#散料口電動雙層卸灰閥打開，開始接料→小車載重量達(dá)到設(shè)定值時，卸灰閥關(guān)閉→小車行走至指定卸料口（位置檢測無誤后）→小車下方電動翻板閥打開，開始卸料→小車載重量達(dá)到設(shè)定值時，電動翻板閥關(guān)閉。完成1次卸料過程。然后小車開始第2次卸料過程，直至22次卸料結(jié)束為一個循環(huán)周期。

4.2 遠(yuǎn)程半自動模式

①切換半自動前，要確保車載操作箱為自動操作狀態(tài)；②確保卸料小車為遠(yuǎn)程操作模式；③選擇半自動模式，確保系統(tǒng)是靜止?fàn)顟B(tài)，按下半自動停止/啟動切換按鈕，按鈕變?yōu)榫G色，啟動半自動卸料；④半自動啟動后，輸入需要卸灰的卸料口編號（如1#），小車行駛至1#散料口（位置檢測無誤后）→1#散料口電動雙層卸灰閥打開，開始接料→小車載重量達(dá)到設(shè)定值時，卸灰閥關(guān)閉→小車行走至指定卸料口（位置檢測無誤后）→小車下方電動翻板閥打開，開始卸料→小車載重量達(dá)到設(shè)定值時，電動翻板閥關(guān)閉，完成本次卸料過程；⑤如需對下一個散料口（如2#）進(jìn)行卸料，則重復(fù)以上步驟。

4.3 機(jī)旁手動模式

①切換手動前，要確保車載操作箱為手動操作狀態(tài)；②確保卸料小車為手動操作模式；③選擇手動模式，用手持無線遙控器將小車行駛至需要卸灰的散料口（如1#）處，小車到位后停止運(yùn)行，在機(jī)旁操作箱上打開對應(yīng)的電動雙層卸灰閥，停止卸灰后，用手持無線遙控器將小車行駛至卸料口，料口對正后用手持無線遙控器操作小車下方電動翻板閥打開，開始卸料，卸料結(jié)束后關(guān)閉小車下方電動翻板閥，完成本次卸料過程；④如需對下一個散料口（如2#）進(jìn)行卸料，則重復(fù)以上步驟。

5 生產(chǎn)過程中的計(jì)算機(jī)管理功能

①計(jì)劃編排和傳輸功能；②生產(chǎn)記錄自動生成、打印功能；③動畫監(jiān)控功能；④主要參數(shù)在線修改功能。在主界面菜單欄中，有卸料小車、卸灰閥、卸灰口、參數(shù)設(shè)置、報(bào)警記錄、歷史趨勢、故障復(fù)位窗口及部分操作按鈕。主畫面如圖2所示。

圖2 主畫面

6 結(jié)束語

首鋼長鋼環(huán)冷機(jī)使用2套格雷母線定位通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)卸料小車按要求移動及精確定位。這2套格雷母線系統(tǒng)與2021年投入使用，卸料小車移車正確，定位精確，可以實(shí)現(xiàn)高度自動化要求，誤差滿足設(shè)計(jì)及生產(chǎn)要求，并且維護(hù)量少于其他定位裝置，是后續(xù)工程定位通信系統(tǒng)的首要保障。