基于單片機的加煤車智能取煤系統(tǒng)的應(yīng)用

宋 健

（萊蕪鋼鐵集團有限公司萊蕪三控冶金建設(shè)監(jiān)理事務(wù)所，山東 濟南271104）

1 前 言

山鋼萊蕪分公司焦化廠現(xiàn)有4座焦?fàn)t，焦?fàn)t的生產(chǎn)是焦化廠眾多生產(chǎn)流程中最重要的環(huán)節(jié)之一，是聯(lián)系了煤焦區(qū)域和化產(chǎn)品區(qū)域的樞紐。裝煤車受煤過程的順利進(jìn)行主要取決于煤塔底部煤塔漏嘴、壓風(fēng)閥的可靠動作，裝煤工序的正常有序進(jìn)行，影響焦?fàn)t的正常生產(chǎn)以及后續(xù)化產(chǎn)品的生產(chǎn)與加工。傳統(tǒng)的煤塔漏嘴、壓風(fēng)閥控制方式存在線路復(fù)雜、動作不準(zhǔn)確、故障率高等缺陷。因此，如何找到一種安全、可靠的控制方式，對焦?fàn)t的生產(chǎn)將帶來巨大的影響。

2 取煤系統(tǒng)

裝煤車取煤是焦?fàn)t生產(chǎn)的第一道工序，直接影響到焦?fàn)t生產(chǎn)的后序工作。加煤車運行在焦?fàn)t爐頂?shù)能壍郎?，煤塔位于整個焦?fàn)t的中間位置，加煤車和煤塔是兩個互相獨立運行的部分。煤塔漏嘴位于煤塔底部，煤塔漏嘴在加煤車的取煤過程中發(fā)揮重要的作用，加煤車司機對煤塔漏嘴高效的控制，決定了整個取煤過程的順利，直接影響后續(xù)焦?fàn)t的生產(chǎn)過程。

位于煤塔底部的煤塔漏嘴一共有3排，每排一共有4 個漏嘴，煤塔漏嘴都有開閉和壓風(fēng)3 個動作信號，一共有36個數(shù)字量信號，所有的控制指令都是由加煤車司機室內(nèi)的司機發(fā)出，通過控制漏嘴的開閉，實現(xiàn)取煤的過程。

3 取煤控制方式

3.1 傳統(tǒng)取煤控制方式

傳統(tǒng)控制方法采用電磁控制原理。工人操作的裝煤車和固定的煤塔是相互獨立且分離的兩個分部，控制系統(tǒng)在裝煤車司機室內(nèi)，煤塔底部是煤塔漏嘴和壓風(fēng)閥及其控制線路，怎樣保證在移動的裝煤車司機室內(nèi)的司機對漏嘴、壓風(fēng)閥控制，對整套系統(tǒng)的順利運行、焦?fàn)t的生產(chǎn)至關(guān)重要。電磁控制原理組成中，發(fā)送信號時通過裝煤車上的電磁鐵動作，固定部分煤塔底部地面上裝設(shè)的電磁接近開關(guān)，用來接收裝煤車發(fā)出的信號。

控制流程：裝煤車司機發(fā)出指令→相應(yīng)電磁鐵得電→磁接近開關(guān)動作→電磁閥、接觸器動作。具體控制過程：煤塔漏嘴、壓風(fēng)閥的動作指令由位于加煤車司機室內(nèi)部的司機發(fā)出；司機按下煤塔漏嘴、壓風(fēng)閥開閉按鈕后，其有線連接的電磁鐵得電勵磁；勵磁后的電磁鐵觸發(fā)相對應(yīng)的磁接近開關(guān)動作，感應(yīng)距離5～10 cm；控制開閉的磁接近開關(guān)動作，觸點閉合將信號輸入PLC 輸入點，PLC 通過輸出繼電器控制相關(guān)的控制開閉的接觸器動作，電機得電后，煤塔漏嘴相應(yīng)控制排打開或者關(guān)閉，壓風(fēng)閥線圈得電或者失電，完成風(fēng)吹動作。

此種方式為傳統(tǒng)的電磁控制，在焦?fàn)t的煤塔底部共有12個漏嘴和壓風(fēng)閥，漏嘴有開閉兩個動作、壓風(fēng)閥有一個動作，因此需要裝設(shè)36 個電磁鐵和36個磁接近開關(guān)，每個電磁鐵和磁接近開關(guān)都是由有線控制，因此設(shè)備越多，線路越復(fù)雜，設(shè)備的故障點和故障率相應(yīng)的會越來越高，對加煤車取煤系統(tǒng)的維護(hù)就越困難。為了保證加煤車取煤的順利進(jìn)行，同時也降低操作人員的勞動強度，減少設(shè)備的故障率，對原控制系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，采用無線電控制方式來對其進(jìn)行優(yōu)化。

3.2 智能取煤控制方式

通常在無線控制時，會采用紅外線或電磁波作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿浇椋ㄟ^媒介使得無線控制功能得以實踐，通過無線實現(xiàn)指令的收發(fā)功能。首先，需要對要發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包處理，主要過程為通過特點的編碼方式進(jìn)行編碼，編碼后經(jīng)過調(diào)制、載波輸出后，發(fā)射出去，這是指令的采集和發(fā)射模塊需要做的工作。相對應(yīng)的接收模塊，則是進(jìn)行解碼的操作，通過解碼，將經(jīng)過編碼加密的指令提取出來，還原成為原來的命令，通過執(zhí)行器執(zhí)行相關(guān)的指令［1］。

無線控制系統(tǒng)由三部分構(gòu)成，它們分別是位于裝煤車的發(fā)射端裝置、煤塔漏嘴接收端裝置以及核心單元單片機，通過三者密切的配合實現(xiàn)對煤塔漏嘴、壓風(fēng)閥的控制。

3.3 智能取煤控制系統(tǒng)的組成與工作原理

煤塔漏嘴的控制方式主要思路：單片機將檢測到得按鍵信息經(jīng)過單片機編碼后通過無線電發(fā)送到接收端，接收端系統(tǒng)對該數(shù)據(jù)（控制信號）進(jìn)行判斷，并控制相應(yīng)的執(zhí)行器執(zhí)行相應(yīng)的動作，從而實現(xiàn)無線通信控制［2］，如圖1所示。

圖1 無線通訊結(jié)構(gòu)示意圖

在此設(shè)計系統(tǒng)中主要的控制設(shè)備分別位于移動的裝煤車和固定的煤塔底部，移動部分的設(shè)備主要是進(jìn)行指令的輸入，通過對加煤車司機的指令進(jìn)行分析后，進(jìn)行相關(guān)的處理，然后通過單片機和無線傳輸芯片發(fā)送出去。與此同樣，在固定端的煤塔底部，相關(guān)的控制設(shè)備是接收端的單片機和無線收發(fā)芯片組成的控制端系統(tǒng)，主要功能是接收裝煤車的各種指令包，通過解碼對司機室發(fā)出的各種信號進(jìn)行解包還原，然后控制相應(yīng)的設(shè)備動作，從而通過整個通訊控制過程完成裝煤車的取煤。煤塔漏嘴取煤無線控制系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計主要是C 語言實現(xiàn)。

項目中的輸入信號主要由裝煤車司機發(fā)出，裝煤車的司機通過操作臺的輸入端將各種數(shù)字量和模擬量輸入指令輸入到發(fā)射端的單片機，單片機對輸入指令進(jìn)行編碼打包處理后，通過發(fā)射端的無線傳輸芯片將指令信息傳送出去供接收端使用。煤塔底部固定的接收端的接收控制系統(tǒng)對發(fā)射端發(fā)送的指令信息進(jìn)行接收和初步處理后，傳送給相連接的接收端的單片機，單片機按照對應(yīng)的解碼規(guī)則，將指令信號解碼，變?yōu)樗緳C室司機發(fā)出的指令信息，單片機進(jìn)而操縱相關(guān)的設(shè)備進(jìn)行動作，煤塔中的煤順利進(jìn)入加煤車的儲罐中，完成裝煤車的整個取煤過程。

4 結(jié) 語

從影響煤塔取煤的故障原因入手分析，通過對問題和操作方式進(jìn)行分析，研制出了分離式中遠(yuǎn)距離煤塔智能取煤控制系統(tǒng)。通過對系統(tǒng)的設(shè)計研究，自動化程度進(jìn)一步提升，系統(tǒng)工藝的穩(wěn)定性得到增強。煤塔取煤無線控制符合現(xiàn)場實際的生產(chǎn)需求，工作人員可以實現(xiàn)在司機室內(nèi)完成加煤車取煤的全部過程，節(jié)省了現(xiàn)場確認(rèn)的時間，提升了工作效率，設(shè)備的故障率大大降低，設(shè)備運行穩(wěn)定性進(jìn)一步增強。雖然設(shè)計的控制系統(tǒng)滿足實際現(xiàn)場的應(yīng)用要求，但是由于生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)工藝、人為操作等多方面因素的影響，本控制系統(tǒng)的許多方面還需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善：1）人機操作可以更加簡化和人性化?？梢栽鲈O(shè)人機互動觸摸屏以及現(xiàn)場執(zhí)行器執(zhí)行情況顯示。2）增加網(wǎng)絡(luò)模塊，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程進(jìn)行訪問和故障的處理。