叶轮给煤机位置感应器的简易化研究与改进

都书卫，董光磊

（华电龙口发电股份有限公司，山东 龙口265700）

1 引言

射频识别技术（RFID）作为一种非机械接触式的目标识别技术，被广泛应用于仓储、物流等行业。随着电厂燃料输煤系统自动化程度的日趋提高，各种机械设备向着精密化方向发展。

图1 叶轮给煤机定位系统示意图

其中依托于RFID 技术的叶轮给煤机对于精确掺配煤意义重大，现场仓位电子标签数量庞大，且标签阅读器安装于叶轮本体，灵活性受限，而输煤栈桥腐蚀性大，阴暗、噪音等环境恶劣，这些因素共同造成叶轮运行可靠性下降。研制一款适应现场使用环境的多功能简易式位置感应器，利于提高叶轮可靠性，保障叶轮精确化掺配煤。

2 叶轮位置感应器简易化的研制

2.1 位置感应器原理简易化

位置感应器主要用于识别现场的仓位标签（仓位发生器），仓位标签是无源标签，靠位置感应器的天线产生磁场，从而通过电磁耦合使标签内的数据芯片被触发，从而实现数据的读取改写。

位置感应器主要依托于天线接收标签发出的数据信号，通过控制电路进行解码和编码，输出电信号或者数据信号进行下一级的存储、编写等功能。

通过查找资料、询问厂家技术人员发现实现检测功能涉及的基本单元均可以简易化。其感应器的信息处理单元、反馈单元、电源单元均作出相应调整和改进，可实现简易化位置感应器的基本组成单元。

2.2 位置感应器电路设计与改进

位置感应器电路设计主要围绕信息处理单元、反馈单元、电源单元作出改进和重新设计，依托于原机的天线和数据通讯协议，对中央处理单元的80c51 单片机引脚作出新的调整，以引脚电信号控制三极管电子开关驱动继电器来外接多种功能反馈元件，实现感应正反馈和反馈效果多样化的作用。其中，反馈效果多样化通过深入现场实际环境，为满足强弱光、噪音、震动等环境影响，经过大量的实际试验和检验确定由LED、蜂鸣器、震动器等电子元件组成声光震可选反馈功能。

其中，通过程序处理读取的仓位发生器的位置编码输出具有间断时间的电信号控制NPN 型三极管的基极，其引脚通过程序控制输出“0、1”控制三极管的导通、截止，从而实现三极管开关电路的开断，电子开关驱动外接5V 继电器可以实现位置感应器反馈功能多样化选择。

从电路仿真对比可以明显看出，仿真后的继电器常开触点闭合，LED 闪光灯正常发亮，蜂鸣器发出声音，电流表XMM1、XMM2 电流可达到十几毫安甚至更高，高于单片机引脚几十微安，可以有效驱动功能电子元件，可实现最终的电路设计目的——正常检测仓位发生器。

2.3 位置感应器程序设计

单片机输出的引脚信号可以驱动外围电路实现最终的检测功能，其中最为关键的是满足接收、处理数据并输出带有时间性质的引脚状态，所以位置感应器的程序设计主要分为两大部分：一是设计接收并处理仓位发生器发出的位置编码将其有效转换成引脚状态；二是保持引脚输出状态的时间属性，根据现场实际需求进行时间调整。

引脚状态时间控制是为了保持继电器动作的时间长短，从而满足不同的反馈功能，取得更好的使用体验。

2.4 位置感应器功能器件选型

位置感应器的功能设计与电路设计结合较为紧密，功能器件的选型在符合现场环境的感官需要对关键参数进行比对，确定最终的器件[1]。

表1 现场环境与功能匹配选择表

2.4.1 光照提示器件选型

光照提示作为传统信号提示需要满足输煤栈桥强弱光变化的环境，通过绘制不同条件下光照强度对比图和现场试验选择适合输煤栈桥内的合适光照提示。

从反馈结果来看，不同的光照条件下，单一色度LED 灯反馈提示效果不尽相同，而红色提示作为传统警示色在光照下表现仍然效果不佳。通过讨论和现场实际检验发现，通过闪光灯可以增加视觉刺激，增加不同色度LED 发光灯可以有效增加视觉提示效果。

2.4.2 声音和震动器件选型

震动器件的加入是由于输煤栈桥运行时噪音可达90 多分贝，而普通蜂鸣器仅达60 分贝，单纯通过声音提示不能够完全满足现场不同的环境需求。增加震动模块则可以解决声音提示的不足，还可以增加震动功能，实现反馈效果多元化。对比设备运行和震动器自震时的幅度、频率参数来选择合适的震动模块。

从震动图和横向震动幅度看，两者波形明显有所区别，而简易化装置选择的震动器的震动加速度为0.06m/s2，远小于正常工况下现场位置发生器的震动加速度0.18m/s2。所以，选择震动马达是可以有效起到震动提示作用的。

3 实现效果

叶轮给煤机位置感应器简易化的成功研制使得现场仓位发生器的检测变得更加方便和简单。大大缩短原来仓位发生器故障确认时间，由原来的至少40s（单位仓位距离）缩短至10s（单位仓位距离）左右[2]。从另一方面来讲，简易式位置感应器为仓位发生器提供了可靠的预控手段，大大提高叶轮给煤机运行可靠性。

4 结语

从直接安全效益来讲，简易式位置感应器的研制和应用，极大地降低了叶轮给煤机载波智能装置的定位运行故障发生概率，缩短了排除仓位发生器故障的时间，弥补了仓位发生器无有效预控手段的安全管理漏洞；从间接安全效益来讲，提高预控程度和缩短故障排除时间，极大地提高叶轮的运行稳定性，增加入炉煤配比精度，减少浪费。另一方面，根据手持式位置感应器的应用，编制了检修和运行手册，进一步完善巡检预防机制和检修工作机制，提高设备精益管理水平。