本文介绍了焦炉煤塔电子秤结合高精度编码板定位的技术应用。着重介绍 了新型的高精度编码板定位的原理以及整个系统的构成及其运行原理。
1.概述
焦炭是钢铁工业的重要原料，高炉炼一吨生 铁大约需0.4t_0.6t的焦炭。随着我国钢铁产量的 逐年攀升，焦炭的需求量也相应增长。而准确记 录焦炉每一炭化室装煤重量对于保证焦炉安全生 产、提高生产效率和经济效益有着重要的意义。 自动匹配装煤重量与炭化室号，就要利用焦炉机 车的定位技术来实现。
目前全国焦化厂中，主要采用的焦炉机车定 位技术有旋转编码定位、红外线定位、无线感应 编码电缆定位与普通编码板定位技术。在焦化厂 高温、振动、多粉尘、腐蚀性气体、强电磁干扰 等恶劣的工况环境下，这些技术有着较多的局限 性。特别针对这些问题杭州钱江称重技术有限公 司开发的高精度编码板，相比于以上技术，有自身 独特的优点。国内外现有定位技术比较如表1所示。
随着焦炉安全生产要求以及焦炉机车自动化 控制要求的不断提高，高精度编码板定位技术可 以较好的解决如何在焦化企业及其恶劣的工况环 境中，提高机车地址检测的稳定性和抗干扰能力 等问题。对于提高焦炉生产安全和自动化水平有 着极大的帮助。
本文以我们南京钢铁联合有限公司燃料供应 厂3#、4#、5#焦炉为例进行介绍。
2.系统总体设计
2.1焦炉煤塔电子秤采用无基坑不断轨称重 结构；
2.2焦炉机车的定位采用高精度编码板定位 技术，为无源绝对地址检测方式；
2.3焦炉机车与中控室之间的数据交换系统 以无线技术为基础，采用无线扩频技术进行通讯；
2.4上位机采用目前主流编程语言C#配合 3D软件编写，画面栩栩如生；
2.5远程监控采用B/S (浏览器/服务器模 式，远程计算机无须安装客户端，直接访问网页 即可；
2.6车上控制部分采用昆腾系列PLC。
3.系统实现的功能
系统能实现如下功能：自动匹配装煤重量与 炭化室号的功能；自动匹配毛重与皮重的功能； 四车联锁功能（摘门联锁功能、推焦联锁功能）； 数据通信功能；地址炉号对位功能；车上显示功 能；车上语音提示功能；生产管理功能（计划编 排和传输功能、自动记录、统计功能、记录的查 询功能、数据备份与恢复功能、动画显示监控功 能、自适应功能、联网功能、打印功能）；自动走 行功能；自动控制功能；紧急处理功能。
4 .系统结构
系统结构如图1所示，这个系统可以分为两 部分，车上部分和地面部分。车上部分主要完成 车辆位置信号的采集、解码、炉号的识别以及接 收到地面上位机信号后的执行和显示功能；地面 部分包括煤塔电子秤、上位机和地面通信单元。 煤塔电子秤获得装煤车的空重与满重。地面通信 单元完成的是各车之间以及各车与上位机通信的 桥梁功能。上位机完成对各车信号的整理、判断、 下发到各个车和相关报表的生成功能。
车载读码装置通过对每个碳化室下安装的编码 板进行扫描，得到一组位置编码信息，通过地址 检测单元的解码形成相应的炉号位置信息并发送 到通讯控制器，通讯控制器与车载的交换机用网 线进行连接实现位置信号经过无线模块发送到上 位的功能。车载PLC通过接收地面部分发来的位 置信息，和操作信息进行相应的运算并执行相关 的动作。
地面部分通过无线网桥接收车载部分解码出的地址信息和推焦计划运算出是否联锁和自动走行等信息发送到车载部分进行显示和输出到PLC进行相关动作。
5.系统硬件设计
5.1数据通信链路
车载部分的主要原理图和数据通信链路如图2所示，箭头表示的是信号的流向。
读码装置和解码装置主要完成的是地址信息的扫 描与解码，通讯控制器完成车上部分通讯信息的 转换与控制，交换机完成信息的共享功能。PLC是 车上相关信息的执行单元，通过判断上位机发来 的信息，驱动相关I/O进行动作和完成触摸屏显示 信息的处理和语音提醒。
5.2 高精度编码板定位技术
普通编码板只能检测碳化室的大地址，而精 密地址需要配合旋转编码器才能生成。高精度编 码板在普通编码板的基础上增加了精密地址的检 测功能，实现了在无旋转编码装置的配合下检测碳 化室精密地址的功能，减少了车轮打滑带来的地 址误差。
高精度编码板是对普通编码板的改进升级， 除了检测机车所在的炭化室，更能精确检测一定 范围内的精密地址，该检测范围为0cm~216cm， 检测精度为4mm。该型号的编码板可以对512个 碳化室进行单独不重复的地址编码。可以完全满 足焦炉生产的需求。
系统工作原理如下：在机车轨道或滑线附近 以一定间隔敷设高精度编码板，每块编码板具有 唯一的编码。机车行驶时，通过车载激光扫描器 读取编码板信号到读码装置，读码装置分析编码信号 后，解码得出本车位置。通过接口转换模块，读码装置将地址信息送到PLC系统中。而通过无线扩 频通信模块，可把本车地址传至交换机室的服务 器，同时服务器也可把其他车辆的位置信息、生 产计划等数据传送至本车。
6.系统软件设计
本系统软件主要由上位机软件，网页监控程 序、下位机PLC程序、触摸屏程序、地址检测单 元程序以及通讯控制器程序组成。
上位机软件，主要完成生成实时生产记录、 计划编排、产生各种统计报表等功能，并利用数 据库实现数据长期保存和调用，以动画的形式真 实反应生产现场装煤车重量、各种作业机械的位 置、动作情况、计划执行情况、出错信息、故障 报警等。
网页监控程序通过远程访问数据库，对数据 库中的信息进行再处理，生成实时的现场生成动 画和相关报表记录的查询功能。
控制部分采用的是施耐德的昆腾系列PLC，其 软件开发工具为Concept，其编程语言丰富，有 LAD (梯形图、STL (语句表）等，这些编程语言 都是面向用户的，它使控制程序的开发工作大大 简化，对用户来说，开发、输入、调试和修改极 为方便，为了使程序的具有更好的通用性、可移植性和可读性，该项目采用大多数用户都熟悉的 LAD 语言进行编程。
触摸屏采用的是施耐德Mgelis XBT GT系列 高端图形终端，他可以对施耐德PLC进行读写操 作，可以在触摸屏端实现一些参数的设置和记录。 通讯控制器和地址检测单元主要采用单片机控制， 结构简单。
7.安全设计
系统在安全设计上，也是从多方面考虑，保 证了系统的可靠性。
煤塔电子秤采用无基坑不断轨称重结构，该 结构没有过车时导致的冲击振动机械磨损，能保 证大吨位装煤车长时间安全稳定运行。
系统在自动走行控制状态下，如果检测到相 邻两车距离小于安全值，会直接禁止车辆走行。
当机车在自动走行状态下，司机发现意外紧 急情况时，可直接扳动手动走行控制器，机车走 行则直接切换到手动状态，即遵循手动优先原则。
当系统出现故障时，处于自动控制状态下的 机车会停止动作，即遵循故障导向安全原则。
8.结束语
将焦炉煤塔电子秤与高精度编码板定位技术结 合已经在焦炉现场实现了实际应用，根据使用情况 来看，其定位精度高、地址稳定、配对成功率高。 与其他系统相比较具有安装调试简单、方便更换、 抗干扰能力强的特点，其性能可以完全满足焦炉生 产及其他场合定位需求。该技术的广泛应用必将带 动行业的自动化、信息化的发展，带来巨大的经济 和社会效益，并具有广阔的市场前景。
