焦炉车辆自动控制与管理系统的应用

焦炉车辆自动控制与管理系统的应用左殿杰（南京钢铁联合有限公司，南京210035)王燕勇（杭州钱江称重技术有限公司，杭州311112)南（京）钢联炼铁新厂现有JN-6型6m焦炉3座。2006年8月，5号焦炉四大车联锁系统投入使用。但是，投运后仅是完成炉号识别、推焦动作联锁、装煤动作联锁。各车辆仅是单元自动操作。为此，我厂和中冶焦耐公司、杭州钱江称重公司于2007年9月在5号焦炉研制开发和应用了车辆自动化控制与管理系统，实现了焦炉车辆的自动操作和管理。1系统组成及功能5号焦炉车辆自动控制与管理系统由地址检测、网络通讯和人机界面等三部分组成。1.1地址检测部分地址检测部分包括地面地址发振模块、编码电缆、车载地址检测模块、天线箱、通讯控制器等。地面地址发振模块产生的地址检测信号由编码电缆发出，车载地址检测模块通过天线箱接受该地址信号，并转换为实际物理地址传给通讯控制器。1.2网络通讯及人机界面部分包括无线扩频通讯电台、网络设备、服务器、车载显示屏、地面客户端等。（1）车载显示端。在每台车上安装液晶触摸显示屏，实时显示系统时钟、当前计划炉号、当前计划时间、各车炉号、联锁／解锁状态、一级允推、二级允推、推焦机炉门开闭状态、拦焦机导焦槽锁闭状态、熄焦车车门状态等信息。还可以在各车辆的触摸屏上进行操作与控制，为简化车辆操作台打下了基础。（2）控制与管理网络。每台车上的PLC系统、车载无线通讯电台、通讯控制器、车载显示屏通过交换机联成车载网络。每台车的车载网络、地面无线通讯电台、服务器通过地面交换机联成车辆控制网络；同时，服务器、地面客户端、煤塔秤终端构成车辆自动操作管理网络。车辆控制网络和操作管理网路是车辆自动控制管理系统的核心与关键。承担着控制与操作信息交互通讯、自动操作的执行及车辆作业的管理。另外，服务器还与厂级生产管理网络联网，组成车辆远程监控系统。通过远程客户端可以在网络上查看出焦计划及执行情况、车辆运行状况及关键动作的状态，完成生产数据分析及历史查询等。（3）客户端的管理功能。根据不同的用户，客户端的程序配置也不相同。一般，远程网络客户端只有浏览功能，而在中控室客户端上除通过操作台模块进行远程控制外，还可以利用其他模块完成计划的输入、编辑和生成，全炉区动画监控，推焦电流、平煤电流曲线记录，结焦时间浏览功能及记录报表生成、打印和备份等。中控室客户端具有以下主要功能模块：系统总貌模块、操作台模块、推焦计划模块、结焦时间模块、历史纪录模块、报表系统模块、系统设定模块及帮助系统模块。（4）服务器主要管理功能。服务器是系统信息交换中心与控制中心。负责与客户端、PLC之间的通讯，以及处理从PLC传来的数据，然后将处理完的数据上传到客户端。服务器有5个基本功能模块：车载通讯模块、客户通讯模块、联锁状态模块、历史纪录模块及系统设定模块。其中的系统设定模块提供了地址跟踪功能，使系统有了自学习能力。系统把车辆的当前地址记录下来存在服务器中，用于校准中心地址。1.3自动化控制部分自动化控制部分包含车辆自动走行定位、单台车辆全自动／半自动和四大车远程遥控。（1）车辆自动走行定位。车辆自动走行定位控制是通过通讯控制器与变频器的串行通讯实现的。通讯控制器把目的地址按USS协议转换为变频器运行指令，控制车辆的启停、增减速。当车辆满足允许走行条件，按下确认按钮，车辆自动走行到目的地址，即计划出焦炉号。车上PLC系统控制变频器参数组切换，以实现变频器控制模式的转换，即完成操作手柄控制方式与自动走行方式间的切换。（2）单台车辆全自动/半自动。单台车辆的全自动/半自动是人监视下的自动操作。是以车辆PLC为控制主体，有机结合车辆单元自动控制，来实现单台车辆的全自动/半自动控制。各车辆间的动作联锁、协调通过系统服务器上传下达指令。单台车辆的全自动操作是系统自动判断下一步需要执行的动作，当条件满足时自动进行动作，而半自动是进行每一步动作前司机均需按确认按钮才执行。下面以拦焦机为例分析如下。1)拦焦机的全自动操作。全自动/半自动开关设置在全自动位置，遥控/自动走行开关在零位，取门、导焦槽控制方式在自动位置，按下确认按钮后，系统进入全自动操作状态。全自动操作流程图见图1。图1拦焦机全自动操作流程图注：取门－表示拦焦机所要执行的动作；确认－两个动作之间需要司机按确认按钮后执行下一个动作；自动－两个动作之间不需要司机按确认按钮，条件满足自动执行下一个动作；炉门已摘－准备下一个动作，按确认按钮或自动执行时所应满足的条件，可能有多个条件；取门时间到－指系统时间早于计划时间10min以内。2)拦焦机半自动操作。全自动/半自动开关设置在半自动位置，遥控/自动走行开关在零位，取门、导焦槽控制方式在自动位置。（3）四大车远程遥控。四大车远程遥控由地面中控室操作实现。在中控室客户端上设远程操作台模块，一是可显示控制点状态，二是可进行远程控制操作。当工作车满足远程控制条件时，中控操作人员可进行每台车的远程全自动控制操作。2系统应用中的问题及解决方法2.1消除信号干扰在变频器的输入端安装高频噪声滤波器，高频滤波器的外壳接地。这样高频噪声电流Ism就能沿着保护接地线和高频噪声滤波器顺利流回变频器内部，流入其他控制系统的噪声电流就会大大减少。信号干扰的另一原因是通讯线的抗干扰性差。主要采取的措施是对信号控制线穿金属管屏蔽，布线时尽量避开动力线缆。2.2加强单元自动控制性能（1）现场控制信号点不稳定。检测元器件损坏、线路短路、机械结构变形等都造成信号点不稳定。这类故障只有通过加强日常维护来解决，控制信号点常见故障及处理方案见表1。（2）自身控制程序不完善。在单元自动程序中运用延时、滤波、保持等手段完善控制程序，另外，增加各动作间的联锁条件，以增强动作安全可靠性。2.3改进地址检测方式地址检测方式分为地上检测方式和车上检测方式。通过对比，将原先的地面检测改为车上检测，提高了地址识别的反应速度。对地址检测电缆进行调整，使得地址更稳定。在每辆车上安装3个地址检测天线箱，做到地址三冗余，以提高可靠性。2.4系统故障排除系统投运后的试运行阶段，出现了地址不稳、全自动不能长时间运行等问题。对此及时进行了排除改进，见表2。表1控制信号点常见故障及处理方案车辆故障现象故障原因解决方案1号推焦机取门机到前限后，台车撞炉门取门高速前进信号长亮，取门机前进无低速，导致撞炉门恢复取门机前进低速2号推焦机取门不能单元自动起始条件不满足查找处理相关信号推焦机关门不能单元自动推焦杆定位置信号丢失更换信号开关推焦机平煤不能单元自动小炉门开限信号丢失更换信号开关推焦机推焦不能单元自动取门台车后限信号不稳定更换合适的安装位置拦焦机导焦栅锁闭开无动作导焦栅锁闭左锁闭开限或右锁闭开限损坏检查更换拦焦机取门不能单元自动导焦栅定位置与导焦栅锁闭信号不稳定更换合适的安装位置1号装煤车1号闸板闭按动后会带动2、3、4号闸板闭，不好单独操作PLC程序有错误修改控制程序2号装煤车无法完成送盖操作闸板闭限位信号无换限位开关表2系统故障及排除方法故障名称故障描述故障原因排除方法无法自动走行煤车更换变频器后不能自动走行接线错误重新接线无法自动走行拦焦机不能实现自动走行通讯信号干扰通讯线穿金属屏蔽无称重数据报表系统中煤重项出错没按下称重确认按钮查看动作记录，规范操作地址错误拦焦机地址不对中心地址下载有误重新下载检测地址错误车辆实际所在地址与显示地址不符地址检测电缆中间连接箱接线有误重新接线焦罐旋转提前停止焦罐旋转提前停止推焦杆长度记录阈值有误重新调整参数推焦时间记录不准推焦时间记录不准实际推焦时间记录阈值有误重新调整参数各车辆计划不更新推焦计划不更新实际推焦记录阈值有误重新调整参数客户端发现推焦计划不对实际推焦数比计划多或少推焦记录信号检测不对