葉輪給煤機(jī)位置感應(yīng)器的簡易化研究與改進(jìn)

都書衛(wèi)，董光磊

（華電龍口發(fā)電股份有限公司，山東 龍口265700）

1 引言

射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）作為一種非機(jī)械接觸式的目標(biāo)識(shí)別技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于倉儲(chǔ)、物流等行業(yè)。隨著電廠燃料輸煤系統(tǒng)自動(dòng)化程度的日趨提高，各種機(jī)械設(shè)備向著精密化方向發(fā)展。

圖1 葉輪給煤機(jī)定位系統(tǒng)示意圖

其中依托于RFID 技術(shù)的葉輪給煤機(jī)對(duì)于精確摻配煤意義重大，現(xiàn)場倉位電子標(biāo)簽數(shù)量龐大，且標(biāo)簽閱讀器安裝于葉輪本體，靈活性受限，而輸煤棧橋腐蝕性大，陰暗、噪音等環(huán)境惡劣，這些因素共同造成葉輪運(yùn)行可靠性下降。研制一款適應(yīng)現(xiàn)場使用環(huán)境的多功能簡易式位置感應(yīng)器，利于提高葉輪可靠性，保障葉輪精確化摻配煤。

2 葉輪位置感應(yīng)器簡易化的研制

2.1 位置感應(yīng)器原理簡易化

位置感應(yīng)器主要用于識(shí)別現(xiàn)場的倉位標(biāo)簽（倉位發(fā)生器），倉位標(biāo)簽是無源標(biāo)簽，靠位置感應(yīng)器的天線產(chǎn)生磁場，從而通過電磁耦合使標(biāo)簽內(nèi)的數(shù)據(jù)芯片被觸發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取改寫。

位置感應(yīng)器主要依托于天線接收標(biāo)簽發(fā)出的數(shù)據(jù)信號(hào)，通過控制電路進(jìn)行解碼和編碼，輸出電信號(hào)或者數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行下一級(jí)的存儲(chǔ)、編寫等功能。

通過查找資料、詢問廠家技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)檢測功能涉及的基本單元均可以簡易化。其感應(yīng)器的信息處理單元、反饋單元、電源單元均作出相應(yīng)調(diào)整和改進(jìn)，可實(shí)現(xiàn)簡易化位置感應(yīng)器的基本組成單元。

2.2 位置感應(yīng)器電路設(shè)計(jì)與改進(jìn)

位置感應(yīng)器電路設(shè)計(jì)主要圍繞信息處理單元、反饋單元、電源單元作出改進(jìn)和重新設(shè)計(jì)，依托于原機(jī)的天線和數(shù)據(jù)通訊協(xié)議，對(duì)中央處理單元的80c51 單片機(jī)引腳作出新的調(diào)整，以引腳電信號(hào)控制三極管電子開關(guān)驅(qū)動(dòng)繼電器來外接多種功能反饋元件，實(shí)現(xiàn)感應(yīng)正反饋和反饋效果多樣化的作用。其中，反饋效果多樣化通過深入現(xiàn)場實(shí)際環(huán)境，為滿足強(qiáng)弱光、噪音、震動(dòng)等環(huán)境影響，經(jīng)過大量的實(shí)際試驗(yàn)和檢驗(yàn)確定由LED、蜂鳴器、震動(dòng)器等電子元件組成聲光震可選反饋功能。

其中，通過程序處理讀取的倉位發(fā)生器的位置編碼輸出具有間斷時(shí)間的電信號(hào)控制NPN 型三極管的基極，其引腳通過程序控制輸出“0、1”控制三極管的導(dǎo)通、截止，從而實(shí)現(xiàn)三極管開關(guān)電路的開斷，電子開關(guān)驅(qū)動(dòng)外接5V 繼電器可以實(shí)現(xiàn)位置感應(yīng)器反饋功能多樣化選擇。

從電路仿真對(duì)比可以明顯看出，仿真后的繼電器常開觸點(diǎn)閉合，LED 閃光燈正常發(fā)亮，蜂鳴器發(fā)出聲音，電流表XMM1、XMM2 電流可達(dá)到十幾毫安甚至更高，高于單片機(jī)引腳幾十微安，可以有效驅(qū)動(dòng)功能電子元件，可實(shí)現(xiàn)最終的電路設(shè)計(jì)目的——正常檢測倉位發(fā)生器。

2.3 位置感應(yīng)器程序設(shè)計(jì)

單片機(jī)輸出的引腳信號(hào)可以驅(qū)動(dòng)外圍電路實(shí)現(xiàn)最終的檢測功能，其中最為關(guān)鍵的是滿足接收、處理數(shù)據(jù)并輸出帶有時(shí)間性質(zhì)的引腳狀態(tài)，所以位置感應(yīng)器的程序設(shè)計(jì)主要分為兩大部分：一是設(shè)計(jì)接收并處理倉位發(fā)生器發(fā)出的位置編碼將其有效轉(zhuǎn)換成引腳狀態(tài)；二是保持引腳輸出狀態(tài)的時(shí)間屬性，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際需求進(jìn)行時(shí)間調(diào)整。

引腳狀態(tài)時(shí)間控制是為了保持繼電器動(dòng)作的時(shí)間長短，從而滿足不同的反饋功能，取得更好的使用體驗(yàn)。

2.4 位置感應(yīng)器功能器件選型

位置感應(yīng)器的功能設(shè)計(jì)與電路設(shè)計(jì)結(jié)合較為緊密，功能器件的選型在符合現(xiàn)場環(huán)境的感官需要對(duì)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行比對(duì)，確定最終的器件[1]。

表1 現(xiàn)場環(huán)境與功能匹配選擇表

2.4.1 光照提示器件選型

光照提示作為傳統(tǒng)信號(hào)提示需要滿足輸煤棧橋強(qiáng)弱光變化的環(huán)境，通過繪制不同條件下光照強(qiáng)度對(duì)比圖和現(xiàn)場試驗(yàn)選擇適合輸煤棧橋內(nèi)的合適光照提示。

從反饋結(jié)果來看，不同的光照條件下，單一色度LED 燈反饋提示效果不盡相同，而紅色提示作為傳統(tǒng)警示色在光照下表現(xiàn)仍然效果不佳。通過討論和現(xiàn)場實(shí)際檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過閃光燈可以增加視覺刺激，增加不同色度LED 發(fā)光燈可以有效增加視覺提示效果。

2.4.2 聲音和震動(dòng)器件選型

震動(dòng)器件的加入是由于輸煤棧橋運(yùn)行時(shí)噪音可達(dá)90 多分貝，而普通蜂鳴器僅達(dá)60 分貝，單純通過聲音提示不能夠完全滿足現(xiàn)場不同的環(huán)境需求。增加震動(dòng)模塊則可以解決聲音提示的不足，還可以增加震動(dòng)功能，實(shí)現(xiàn)反饋效果多元化。對(duì)比設(shè)備運(yùn)行和震動(dòng)器自震時(shí)的幅度、頻率參數(shù)來選擇合適的震動(dòng)模塊。

從震動(dòng)圖和橫向震動(dòng)幅度看，兩者波形明顯有所區(qū)別，而簡易化裝置選擇的震動(dòng)器的震動(dòng)加速度為0.06m/s2，遠(yuǎn)小于正常工況下現(xiàn)場位置發(fā)生器的震動(dòng)加速度0.18m/s2。所以，選擇震動(dòng)馬達(dá)是可以有效起到震動(dòng)提示作用的。

3 實(shí)現(xiàn)效果

葉輪給煤機(jī)位置感應(yīng)器簡易化的成功研制使得現(xiàn)場倉位發(fā)生器的檢測變得更加方便和簡單。大大縮短原來倉位發(fā)生器故障確認(rèn)時(shí)間，由原來的至少40s（單位倉位距離）縮短至10s（單位倉位距離）左右[2]。從另一方面來講，簡易式位置感應(yīng)器為倉位發(fā)生器提供了可靠的預(yù)控手段，大大提高葉輪給煤機(jī)運(yùn)行可靠性。

4 結(jié)語

從直接安全效益來講，簡易式位置感應(yīng)器的研制和應(yīng)用，極大地降低了葉輪給煤機(jī)載波智能裝置的定位運(yùn)行故障發(fā)生概率，縮短了排除倉位發(fā)生器故障的時(shí)間，彌補(bǔ)了倉位發(fā)生器無有效預(yù)控手段的安全管理漏洞；從間接安全效益來講，提高預(yù)控程度和縮短故障排除時(shí)間，極大地提高葉輪的運(yùn)行穩(wěn)定性，增加入爐煤配比精度，減少浪費(fèi)。另一方面，根據(jù)手持式位置感應(yīng)器的應(yīng)用，編制了檢修和運(yùn)行手冊，進(jìn)一步完善巡檢預(yù)防機(jī)制和檢修工作機(jī)制，提高設(shè)備精益管理水平。