焦炉地址检测及炉号自动识别系统的制作方法.docx

焦炉地址检测及炉号自动识别系统的制作方法专利名称：焦炉地址检测及炉号自动识别系统的制作方法技术领域：本发明涉及一种焦炉地址检测及炉号自动识别系统背景技术：焦炉四大车是指推焦车、拦焦车、熄焦车和装煤车，随着国内外焦化企业自动化控制水平和自动化操作要求的不断提高，焦炉四大车的自动化操作技术F1益完善焦炉四大车自动化操作的主要目的是实现焦炉四大车的炉号自动识别、推焦和装煤联锁及自动行走和自动化操作若达到上述目的，首先要解决两个基础的技术问题第一，四大车的地址检 测问题，解决了地址检测问题，就实现了炉号自动识别，能够进行四大车的自动定位；第 二，四大车之间、四大车与中控室之间的数据交换问题，即通信问题实践表明，采用编码电缆定位技术定位精确度高，完全可以满足炼焦生产过程中对移 动机车的定位要求，而且设备运行稳定四大车的通信方式大多采用无线通信方式发明内容本发明的目的是提供一种焦炉地址检测及炉号自动识别系统，该系统采用无线扩频通 信技术及耐高温耐腐蚀格雷母线阻抗匹配编码定位电缆技术分开独立运行，实现现场四大 机车精确定位及抗干扰数据稳定通讯；将煤塔称重系统应用于自动化操作系统中，装煤重 量可直观体现在自动化操作管理客户端界面上，实现了焦炉四大车的统一管理；通过PID 算法，采用基于USS协议的命令来进行变频器的控制；该系统大大降低了成本、减少了维 护工作量、安全性能好。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现焦炉地址检测及炉号自动识别系统，该系统由地址检测及定位系统、数据通讯系统组 成，地址检测及定位系统与数据通讯系统分开独立执行，地址检测及定位系统由地面站和 车载站组成，并采用耐高温、耐腐蚀、编码定位阻抗匹配电缆技术来实现现场四大机 车的地址检测及定位，定位系统采用基于USS协议的命令、PID控制算法控制变频器运行;数据通讯系统采用无线通讯模块无线扩频通讯方式来实现四大车之间、四大车与上位机服 务器之间进行数据通讯所述的数据通讯系统还包括煤塔秤称重系统，煤塔秤称重系统客户端基于TCP/IP协议与上位机服务器相互通讯，煤塔秤称重系统客户端可将装煤重量直接体现在客户端界面 上与现有技术相比，本发明的有益效果是1) 采用耐高温、耐腐蚀、编码定位阻抗匹配电缆及无线扩频定向通信技术来解决 现场四大机车精确定位及数据稳定可靠通讯，地址检测定位系统和数据通讯系统分开独立 运行，定位精确，抗干扰能力强，数据通讯稳定；2) 可对四大机车的中心地址进行自动修正；将煤塔秤系统用于自动化操作系统中， 装煤重量直观的体现在上位机客户端界面上，实现了焦炉四大车的统一管理3) 采用编码电缆车上检测方式以获取实时地址，采用基于USS协议的命令，通过PID 算法来进行变频器的控制，实现了机车一次定位率达99%,自动走行定位精度达到10mm 以内。

4) 系统实时性高、可靠性好、可维护性好，具有定位精度高、通信误码率低、通讯 速度快，非标准部件少，设备简单，运行可靠等特点，使得焦炉生产管理更加一体化、科 学方便图1是数据通讯系统的地面站结构图； 图2是数据通讯系统的车载站结构图； 图3是编码电缆的平面展开图；图4是编码电缆位置检测原理图；图5是车上检测方式的地址检测及定位系统结构图； 图6是地上检测方式的地址检测及定位系统结构图； 图7是地面站到车载站的数据通讯信号流程图； 图8是车载站到地面站的数据通讯信号流程图；图9是焦炉地址检测及炉号自动识别系统半自动操作流程图(推焦车)；图io是焦炉地址检测及炉号自动识别系统全自动操作流程图(推焦车)具体实施方式焦炉地址检测及炉号自动识别系统，该系统由地址检测及定位系统(图5、图6)、数 据通讯系统(图l、图2)、组成，地址检测及定位系统与数据通讯系统分丌独立执行，地 址检测及定位系统由地面站和车载站组成，并采用耐高温、耐腐蚀、编码定位阻抗匹 配电缆技术来实现现场四大机车的地址检测及定位，定位系统采用基于USS协议的命令(USS协议，Universal Serial Interface Protocol的简称，通用串行接口协议，它是一种基于串行总线进行数据通讯的协议)、PID控制算法控制变频器运行；数据通讯系统采用 无线通讯模块无线扩频通讯方式來实现四大车之间、四大车与上位机服务器之间进行数据通讯。

通过CS结构将上位机服务器(Server)与煤塔称重软件(Client)融合；采用编 码电缆车上检测方式以获取实时地址，并运用PID算法，采用基于USS协议的命令來控制 变频器，实现机车一次定位，并研发出一套PLC控制软件使得PLC自动控制机车的作业地址检测及定位系统由地面站和车载站组成，分为车上检测和地面检测两种方式 见图5，车上检测方式的地面站由地址编码发生器、功率放大器、阻抗匹配单元、编码电缆依次连接组成，编码电缆前端设有始端箱，后端设有终端箱；车载站由天线箱和地址检测单元连接组成；地面站的地址编码发生器产生地址检测信号，该检测信号经功率放大器、阻抗匹配单元放大、阻抗匹配、隔离后，通过编码电缆传递给车载站的天线箱，通过车上的地址检测单元得到本车地址本实施例采用车上检测方式见图6，地上检测方式的地面站由编码电缆、功率放大器、阻抗匹配单元、地址检测 单元依次连接组成，编码电缆甜端设有始端箱，后端设有终端箱；车载站由天线箱和发振 单元连接组成；车载站的发振单元产生地址检测信号，通过天线箱传递给地面站的编码电 缆，该检测信号经功率放大器、阻抗匹配单元放大、阻抗匹配、隔离后，传递给地面站的 地址检测单元，通过地面站的地址检测单元得到本车地址。

数据通讯系统由地面站和车载站组成，见图1，地面站包括上位机服务器、客户端、 分别设置在四大车上的无线通讯模块、工业车载网络交换机、厂区监控调度网络、工业地 面网络交换机、煤塔秤称重系统，上位机服务器通过工业车载网络交换机与推焦车、拦焦 车、电机车、装煤车的无线通讯模块相通讯，上位机服务器通过厂区监控调度网络连接各 职能办公室的监控客户端，还通过工业地面网络交换机连接可进行计划编辑和记录打印等 供交换机操作人员操作的客户端；煤塔秤称重系统客户端基于TCP/IP协议与上位机服务 器相互通讯，煤塔秤称重系统客户端可将装煤重量直接体现在客户端界面上见图2,车 载站由PLC控制系统、交换机、无线通讯模块、天线箱、通讯控制器、变频器、地址检测单元、触摸屏组成，交换机分别与PLC控制系统、无线通讯模块、触摸屏、通讯控制器相 通讯，无线通讯模块连接天线箱，通讯控制器连接地址检测单元，通讯控制器还通过USS 协议与变频器相通讯，通过PID算法，采用基于USS协议对变频器进行控制；变频器还连 接PLC控制系统，PLC控制系统与以太网模块连接 数据通讯信号的流程为上行信号(地面站一车载站)见l冬l 7，地面站的上位机服务器把生产计划、系统的时钟及各机车的信息经过处理后，信号通过与工业车载网络交换机连接的地面站的四大车 无线通讯模块发送给车载站的车上无线通讯模块，四大车的车上无线通讯模块接收到地面站的信号后，通过PLC系统进行分析处理，PLC系统根据ModL)us/TCP协议发出控制信号 对各车辆的执行机构进行控制；下行信号(车载站一地面站)见图8，车载站的地址检测单元将车上检测到的物理 地址通过通讯控制器写到PLC控制系统指定的保持寄存器，开关信号和电流信号输入到 PLC控制系统中，也由上述保持寄存器保存，地面站的上位机服务器通过与PLC控制系统 的通讯协议从保持寄存器中读取数据；车载站通过车上无线通讯模块将信号传递给地面站 的相配合的无线通讯模块，地面站的无线通讯模块将该信号通过工业车载网络交换机传递 给上位机服务器，由上位机服务器对数据进行分析处理，形成命令指挥各车工作，需要记 录的数据记录并保存到数据库中。

该系统具有以下自适应功能数据通讯系统的上位机服务器可对四大机车的中心地址 进行自动修正功能；工作车辆更换后自动识别功能；计划自动跟踪功能该系统具有摘炉门联锁、推焦联锁、装煤联锁功能、车上显示功能、自动走行功能、 自动操作功能、上位机综合管理功能一、编码电缆定位技术的基本原理1.编码电缆的结构见图3、图4，编码电缆由电缆芯线、模芯和电缆护套构成安装在室外的编码电缆、 天线箱、始端箱、终端箱采用非金属材料制作而且采用密封工艺，能防尘、防水、防腐、 防火、耐高温电缆芯线采用的是超高温导线，芯线用途有两种，即基准线(R线)和地 址线(G0线一G9线)基准线R在整个电缆段中不交叉，地址线是按格雷码的编码规律来 编制的，G0每隔20CM交叉一次，Gl每隔40CM交叉一次，G2每隔80CM交叉一次，…G9 在整个电缆段中只交叉一次2. 编码电缆定位技术的基本原理图4为编码电缆位置检测原理示意图移动机车上安装一个天线箱(发射天线)，天 线箱距离扁平电缆8-12CM，天线箱发射的高频信号通过电磁感应被地面的编码电缆接收， R线为平行敷设的一对线，接收到的信号作为基准信号，G0—G9在不同的位置有不同的交 叉点，其接收到的信号在经过偶数个交叉后，相位与基准信号相同，在经过奇数个交叉点 后，相位与基准信号的相位相反，若规定同相位时地址为"0"，反相位时地址为"1"，则 在编码电缆的某一位置得到唯一 IO位的地址编码，此对应与机车的一个地址。

例如图中 G0—G9的地址码为001…l地址检测单元将地址码转换成十进制的米数，即可检测出机车离编码电缆始端的距 离，从而得到机车的位置，中控室的上位机服务器将这个地址与数据区中预设定的各炉号 的地址相比较，即可知道机车在哪个炭化室，是否已经对准目前本系统为车上检测方式， 车上检测方式和地上检测方式编码电缆的结构基本一样1) 地面站的地址编码发生器在TRO时刻接通标准信号线RO，首先发送一个同步头， 紧接着发送RO信号2) TGO时刻接通地址线GO，发送GO信号；3) 依次接通并向G1、 G2…G8、 G9、 LO发送信号4) 车上的接收天线接收到同歩头信号后，下一个时间的信号便是RO,紧接着是GO、 Gl、 G2…G8、 G9、 LO5) 车上地址检测单元根据接收到的RO信号产生一个标准信号，紧接着将接收到的各 路地址线信号放大整形后送入鉴相器/计数器中，GO、 Gl、 G2…G8、 G9信号相位与R0信 号相同，若规定地址为"0"，反相位时地址为"1"，即可得到一组格雷码6) CPU将格雷码转换成十进制数即可得到移动机车的位置 车上检测方式的特点1) 编码电缆为信号"发射天线"，车上安装有地址"接收天线"；2) 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无线通讯模块送到地面站，地面站再通过无线通信"告诉"其他车3. 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 4.地址检测单元的组成地址检测部分完成推焦车、拦焦车、熄焦车、装煤车四大车的地址实时检测、显示和 传输四大车的地址检测方式相同，每种车的地址检测都包括车上地址检测部分、编码电 缆部分、阻抗匹配单元、功率放大器和地址编码发生器，相应部件具有通用性，可在四大 车上相互交换使用车上地址检测部分包括地址检测单元和天线箱编码电缆部分包括编码电缆、终端箱、始端箱天线箱可多个，可以同时检测到多个 天线箱的物理地址，对地址进行冗余处理，提高系统稳定性。

二、无线扩频通讯技术1. 无线扩频通信的组成与原理扩频通信利用扩频码序列，采用各种调制方式在发送端扩展信号的频谱，而在接收端 用相同的扩频。