格雷母线技术在焦炉四大车联锁控制系统中的应用

靳 燕

（山西省自动化研究所，山西太原 030012）

在我国的钢铁行业和其它炼焦制气行业的焦化厂中，焦炉生产移动机车（推焦车、拦焦车、熄焦车、装煤车）的地址炉号对位、推焦动作联锁及自动走行和无人操作等一系列自动化技术问题的解决，对焦化厂提高生产管理自动化水平、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。而在四大车动作联锁控制系统中位置检测技术发挥着至关重要的作用，只有检测出一车的准确位置，主PLC才会发出另一车运行的指令。目前，我国大多数焦化企业在四车运行时还采用落后的人眼定位，对讲机通讯，致使很难准确定位，直接后果是降低焦炉使用寿命，甚至会发生重大生产事故。

当前国内外焦炉四大车联锁控制系统中的先进定位技术主要采用格雷母线位置检测技术、旋转编码器位置检测技术、定位片电磁编码位置检测技术、条形码位置检测技术等。其中格雷母线位置检测技术应用最为普遍，而且实践表明，格雷母线位置检测技术是最为成熟，绝对定位精确度高，地址检测也最为稳定可靠的。

1 格雷母线技术在四车联锁系统中的应用

1.1 检测原理、方式及特点

格雷母线技术又叫感应无线技术，也有文献称其为编码电缆位置检测技术，始于20世纪70年代的日本。我国于1997年后在国内研制成功，并成功地用在工业大型控制系统上。

格雷母线位置检测装置主要包括:扁平电缆（格雷母线电缆外形为扁平状，故称扁平电缆）、天线箱、地址编码发射器和地址编码接收器等。扁平电缆内部有若干对传输线，按用途分为通信传输对线类和地址传输对线类。地址传输对线包括基准线（R线）和地址线（G线）。基准线用于获取标准信号，它在整个感应电缆中不交叉。地址线用于检测地址，是按格雷码的编码规律来编制，各对地址线按不同步长编排，每隔一定步长交叉一次。设感应电缆的最小步长为W，则G0、G1、G2、G3、G4步长分别为 1W、2W、4W、8W、16W。天线箱是与感应电缆进行电磁耦合的装置，其宽度与感应电缆最小步长相等，为W。机车的天线箱发射高频信号通过电磁感应被地面的扁平电缆接收，G0～G9在不同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”，则在扁平电缆的某一位置得到唯一l0位的地址编码，此对应于机车的一个地址。地面站的地址检测单元将地址码转换成十进制的米数，即可检测出机车离扁平电缆始端的距离，从而得到机车的位置，中控室的PLC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。

图1 地址检测原理图

位置检测方式有两种。第一种:地上检测方式，所谓地上检测，就是把地址编码接收器安装在地面站，由地面站完成地址检测。地址编码发射器和天线箱则安装在车载站，通过天线箱发射地址信号。如车载站要得到地面站的位置，可通过无线通信方式从地面站得到。第二种:车上检测方式，所谓车上检测，也就是把地址编码接收器和天线箱安装在车载站，由车载站完成地址检测。地址编码发射器则安装在地面站，通过电缆芯线发射地址信号。如地面站要得到车载站的位置，可通过无线通信方式解决。在实际应用中选择哪一种地址检测方式要根据具体的控制系统需求来决定。如果控制系统的重心在车载站，则最好采用车上检测方式;如果控制系统的重心在地面站，则尽量采用地上检测方式。本系统采用的为地上检测方式。

检测特点:

（1）由于通过天线箱与扁平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，因而可以高速准确地检测位置信号。

（2）由于编码电缆为多对以一定规律交叉扭绞结构，能有效地抑制外部杂散电平的干扰。

（3）能够在机车行走范围内连续测址。

1.2 四大车工作内容

·推焦车 负责煤饼在焦炉内烧成焦炭后，把其从焦炉内推出。（具体动作有启门，推焦，清门，清框，并在装煤车装煤后关上炉门）

·装煤车 负责在推焦车推完焦后把事先捣固好的煤饼装入焦炉内。（具体动作有开启煤箱的前挡板，开煤壁，用手动或自动操作将其缓缓装入焦炉炉膛内，锁住后挡板收装煤底板，开锁收后挡板，到位后，关前挡板，关煤箱壁）

·拦焦车 负责和推焦车同时工作，在推焦车推焦时，拦焦车已经开启炉门对好导焦栅，让被推出的焦炭从导焦栅内通过掉入熄焦车箱内，起引导作用。

·熄焦车 负责配合推焦车、拦焦车工作，在推焦前，和拦焦车一起对好下一炉号，将其熄焦箱对好上方拦焦车的导焦栅的出口处，在推焦时，接住焦炭。推焦完毕后，将焦炭用熄焦车机车头引领熄焦箱运走熄灭的焦炭。

1.3 四车联锁控制系统简介

本系统包括中控室和车上部两大部分。中控室包括:上位机、PLC（可编程控制器）、通讯器件、扁平电缆等。主要实现以下功能:（1）焦炉动画显示;（2）生产计划的编排和传输;（3）生产记录和统计报表的生成;（4）机车位置检测;（5）采集各机车信息并形成机车联锁控制指令;（6）与各机车通信，实时数据交换。车上部包括:天线箱、通信器件、车载PLC（车载控制器）、操作站等。主要实现以下功能:现场数据采集、联锁控制、与中控室通讯等功能。

操作员在中控室的上位机上制定推焦计划，中控室的PLC用来存放四车联锁程序和推焦计划，并结合检测到的四车位置信号发送运行指令到相应机车的车载控制器及各车当前位置到各车的车载控制器。运行指令的发送是通过通讯器件传输到扁平电缆，天线箱就会接收到由扁平电缆发送的无线电波，再由天线箱通过通讯器件传送到车载控制器。车载控制器采集到现场信息后，也会反向传递给中控室的PLC。扁平电缆通过对天线箱信号的检测来确定相应机车的位置并把位置信号传给主PLC。车载控制器主要负责机车的内部联锁以及根据主控室PLC发出的指令对机车的运行进行控制，同时记录推焦车的推焦时间，拦焦车导焦栅的就位时间、熄焦车的准备好时间等，并经主PLC送到地面操作站形成报表，从而计算出推焦系数，以此达到对生产情况的监督和考核。

1.4 常见故障分析

·检测不到机车地址或地址检测偏差:（1）查看地址卡工作状态是否异常。如地址卡状态码显示为FF，说明地址卡工作异常，有故障;如地址卡状态码显示为AA，说明地址卡工作正常。（2）查看天线箱及与天线箱连接的电缆是否存在被碰掉或挂断的现象。（3）检查扁平电缆芯线是否短路或断路。用万用表测量R线和各G对线的电阻值，检查R线和G对线是否短路、断路。（4）查看电缆与始端箱的连接是否异常。

·通信异常:（1）检查通信电缆连接器是否接触不良。（2）检查通信器件是否工作异常、死机。（3）是否与天气有关。有时雨天或伴有雷电的雨天都可导致通讯异常。（4）查看周边是否有同频无线信号源的干扰。

2 结束语

用高新技术改造传统焦化产业，加速产业结构调整，使焦化行业在“效益，环保，节能，创新”等方面有所突破，全面提升焦化行业技术与管理水平，这对于我们这个煤焦大省是一个重大而迫切的问题，也是我省经济结构调整政策性重要导向之一。格雷母线位置检测技术可以精确定位机车位置，减少了焦炉机车和焦炉本体的损坏，提高了生产自动化水平和生产效率，降低了生产成本，达到了预期的功能和要求。

［1］陈进，周晓辉.工业有轨作业机车自动定位控制［J］.电气应用，2006（5）:65-68.

［2］程望斌，陈进.感应无线位置检测系统设计与实现［J］.电子技术，2011（6）:31-33.