一種焦爐機車的精確定位系統的製作方法

2023-05-22 08:18:11

本發明涉及定位技術領域，具體涉及一種焦爐機車的精確定位系統。

背景技術：

焦炭主要用於高爐煉鐵和用於銅、鉛、鋅、鈦、銻、汞等有色金屬的鼓風爐冶煉，起還原劑、發熱劑和料柱骨架作用。故焦炭在重工業生產中的地位舉足輕重。焦炭生產的主要過程為:首先是煉焦煤料的製備(簡稱備煤),它是將煤礦運來的各種精煤(或低灰分原煤)製備成配比準確、粒度適當、質量均一、符合煉焦要求的煤料。一般包括：卸煤、貯存和混勻、配合、粉碎和混合，並將製備好的煤料送到焦爐貯煤塔。然後，將已經製備好的煤料從煤塔放入裝煤車,分別送至各個炭化室裝爐。經過一個結焦周期(即從裝爐到推焦所需的時間，一般為14～18小時，視炭化室寬度而定)，即可用推焦車將煉製成熟的焦炭經攔焦車推入熄焦車。該過程要求推焦車、兩側爐門、攔焦車和熄焦車在同一直線上。熄焦後，將焦炭卸入涼焦臺；然後篩分、貯藏。

實際生產現場，每個工作爐組含有多個爐室，故焦爐機車運行距離長，頻繁往復。而焦爐機車工作時分布在焦爐的兩側，受爐室阻隔工作人員不能互視，更增加了對位的難度。且現場環境溫度高，粉塵大，自身震動頻繁，因此焦爐機車定位是焦爐生產中安全隱患較大的環節。國內外都曾發生過因為三車對正偏差而導致「紅焦落地」的嚴重事故，造成了人員的傷亡和財產的損失。目前，如何保證三車安全高效運行，特別是在進行推焦前的三車精確對正與聯鎖控制是焦爐生產的核心安全問題。各國科技工作者相繼研究開發了多種三車對位聯鎖自動控制系統，一定程度上解決了這一問題。這些技術主要包括：編碼器位置檢測技術、紅外定位技術和編碼電纜定位技術等。

由於受到複雜工況或技術自身的原因，這些定位技術的定位精度都不夠理想。比如編碼器位置檢測技術，由於焦爐機車行程長、車輪附近溫度高、導軌隨溫度變化有形變而導致累積誤差大；編碼電纜定位技術，由於工藝條件的限制，細分精度不可能太大，根據經驗細分精度取20較好，若編碼電纜絕對地址檢測的精度為100mm，則精密地址檢測的精度為±5mm。

技術實現要素：

針對焦爐機車定位精度差的問題，本申請提供一種焦爐機車的精確定位系統，包括第一定位裝置、第二定位裝置和plc控制器；

第一定位裝置安裝於焦爐機車上，第二定位裝置安裝於爐門前方；

第一定位裝置感應到預定位爐門前的第二定位裝置時，第一定位裝置通過plc控制器先對焦爐機車的運行速度進行粗調節，再對焦爐機車的運行狀態精確制動，使焦爐機車精確定位於預定位爐門前。

一種實施例中，第一定位裝置包括：rfid粗調節模塊、霍爾效應精定位模塊和控制模塊；

rfid粗調節模塊和霍爾效應精定位模塊分別與控制模塊信號連接；

rfid粗調節模塊用於感應所述第二定位裝置的rfid信息，所述rfid信息中含有爐門的編號信息，並將爐門的編號信息發送至控制模塊；

霍爾效應精定位模塊用於根據第二定位裝置產生感應電壓信號，並將感應電壓信號發送至控制模塊；

控制模塊將所述爐門的編號信息發送至plc控制器，再將所述感應電壓信號轉化為電流信號後，發送至plc控制器，plc控制器作出相應控制動作。

一種實施例中，霍爾效應精定位模塊包括第一霍爾傳感器和第二霍爾傳感器。

一種實施例中，控制模塊包括電路板、轉換模塊和微控制器；

第一霍爾傳感器和第二霍爾傳感器分別對稱設置於所述電路板上；

轉換模塊將所述第一霍爾傳感器和第二霍爾傳感器感應的電壓信號轉換為電流信號，並發送給plc控制器，plc控制器根據此電流信號對所述焦爐機車的運行狀態進行精確控制；

微控制器接收並發送所述第二定位裝置的rfid信息，通過plc控制器對所述焦爐機車的運行速度進行粗調節。

一種實施例中，第一霍爾傳感器和第二霍爾傳感器在焦爐機車運行方向呈前後排列。

一種實施例中，第二定位裝置包括定位杆、定位盤、永磁鐵和rfid標籤；

定位盤設置於所述定位杆的頂部，rfid標籤設置於所述定位盤上表面，所述永磁鐵設置於所述rfid標籤正下方的定位盤的內部空穴中。

一種實施例中，永磁鐵的強度為8000高斯，且，第一霍爾傳感器和第二霍爾傳感器與永磁鐵上下相對時，其相對距離為9cm。

上述實施例的精確定位系統，由於第一定位裝置和第二定位裝置相互感應，通過plc控制器對焦爐機車先進行焦爐機車的運行速度的粗調節，再進行焦爐機車的運行狀態精確制動，能在工況惡劣且定位精度要求較高的情況下對焦爐機車進行可靠的定位，對焦爐機車定位的智能度高且工作效率高。

附圖說明

圖1為第一定位裝置結構圖；

圖2為第二定位裝置結構圖；

圖3為焦爐機車精確定位過程圖；

圖4為定位點附近電流波形圖。

具體實施方式

下面通過具體實施方式結合附圖對本發明作進一步詳細說明。

本例提供一種焦爐機車的精確定位系統，包括第一定位裝置1、第二定位裝置2和plc控制器，第一定位裝置1的結構圖如圖1所示，第二定位裝置2的結構圖如圖2所示，通過第一定位裝置1和第二定位裝置2的感應，且與plc控制器的配合，對焦爐機車的運行速度和運行狀態進行調節，達到精確定位的目的。

具體地，第一定位裝置1包括：rfid粗調節模塊11、霍爾效應精定位模塊12、控制模塊13和殼體14；其中，rfid粗調節模塊11和霍爾效應精定位模塊12分別與控制模塊13信號連接，且，rfid粗調節模塊11、霍爾效應精定位模塊12和控制模塊13分別設置於殼體14內。

rfid粗調節模塊11就是rfid讀寫模塊，用於對第二定位裝置2的rfid信息進行寫入和讀取，該rfid信息中含有爐門的編號信息，rfid粗調節模塊11將爐門的編號信息發送至控制模塊13；控制模塊13再將爐門編號信息發送給plc控制器。因此，通過rfid粗調節模塊11能識別出焦爐機車目前運行至哪一個爐門，同時，plc控制器根據預定位爐門和該rfid粗調節模塊11當前識別的爐門編號，合理調整焦爐機車的運行速度，以達到及時減速，準確定位的目的。

霍爾效應精定位模塊12用於根據第二定位裝置產生感應電壓信號，並將感應電壓信號發送至控制模塊13；本例的霍爾效應精定位模塊12包括第一霍爾傳感器121和第二霍爾傳感器122。

控制模塊13將爐門的編號信息發送至plc控制器的同時，也將感應電壓信號轉化為電流信號後，發送至plc控制器，，以便plc控制器作出相應控制動作。具體地，控制模塊13包括電路板131、轉換模塊132和微控制器133，第一霍爾傳感器121和第二霍爾傳感器122分別對稱設置於電路板131上；轉換模塊132將第一霍爾傳感器121和第二霍爾傳感器122感應的電壓信號轉換為電流信號，並發送至plc控制器，以便對焦爐機車的運行狀態進行精確制動；微控制器133接收並發送第二定位裝置的rfid信息，通過plc控制器對所述焦爐機車的運行速度進行粗調節。

殼體14上設有固定件141和用於供電及數據傳輸的接口142，當殼體14通過固定件141安裝於焦爐機車上時，第一霍爾傳感器121和第二霍爾傳感器122在焦爐機車運行方向呈前後排列。

本例的第二定位裝置2包括定位杆21、定位盤22、永磁鐵23和rfid標籤24；定位盤22設置於定位杆21的頂部，rfid標籤24設置於定位盤22上表面，永磁鐵23設置於rfid標籤24正下方的定位盤22的內部空穴中；其中，永磁鐵23的強度為8000高斯，且，第一霍爾傳感器121和第二霍爾傳感器122與永磁鐵23上下相對時，其相對距離為9cm。

本例的精確定位系統的工作原理是：根據爐門間距和定位要求在爐門前方設置若干個第二定位裝置2，本例中，每個爐門的前方安裝3個第二定位裝置2，假設爐門的編號為1、2、3、……，則rfid標籤24攜帶的爐門信息為：101、102、103、201、202、203、301、302、303……，當焦爐機車從2號爐門向3號爐門運動時，且預定位爐門是3號爐門，plc控制器控制焦爐機車進行加速行駛，如圖3(a)所示，焦爐機車加速到正常行駛的速度後勻速行駛，當焦爐機車上的第一定位裝置1經過rfid標籤24信息為303的第二定位裝置2時(假設依次經過rfid標籤24信息為303、302、301的第二定位裝置2)，rfid粗調節模塊11識別出爐門編號信息，並將該識別信息發送至微控制器133，微控制器133向plc控制器發送識別信息，plc控制器根據識別信息控制電機及其驅動器作減速行駛，從而，焦爐機車進入中速行駛狀態；接著，當焦爐機車上的第一定位裝置1經過rfid標籤24信息為302的第二定位裝置2時，rfid粗調節模塊11、微控制器133和plc控制器作出上述相同操作，使焦爐機車繼續減速，從而，焦爐機車進入低速運行狀態；焦爐機車按低速狀態行駛，焦爐機車上的第一定位裝置1將經過rfid標籤24信息為301的第二定位裝置2，需強調說明，該rfid標籤24信息為301的第二定位裝置2的安裝位置必須經過精準測量，當焦爐機車以低速到達該第二定位裝置2時，plc控制器鬚髮出制動指令，而該第二定位裝置2所在位置距焦爐機車對正爐門時第一定位裝置2中心的距離正好為制動距離，如圖3(b)和圖3(c)所示，即該第二定位裝置2起到提前制動的作用，該第二定位裝置2即為制動起點。

精確制動的原理是：第一霍爾傳感器121和第二霍爾傳感器122在平行經過永磁鐵23時，會產生一線性度較好的電壓波形，再通過轉換模塊132將電壓信號轉換成電流信號，就可形成定位點附近線性度較好的電流波形，如圖4所示，當第一定位裝置1離第二定位裝置2較遠時，第一定位裝置1輸出的電流信號為12ma，當該第一定位裝置1勻速接近第二定位裝置2時，電流信號會先升後降再長，然後，當第一定位裝置1離開第二定位裝置2時，電流信號又穩定在12ma，由於在定位點附近的電流信號，線性度極好，而電流的大小隻與位置有關，從而，電流信號在線性區達到12ma時可作為定位點位置。由於系統噪聲和外部幹擾的存在，精確判斷12ma出現的時間存在一定難度。這也是影響定位精度的關鍵因素。故本發明採用在線擬合的控制算法提高定位精度。具體地，在定位點附近plc控制器通過採集一段時間內的電流數據，並對這些電流數據進行實時擬合，並根據最新的採樣值反覆迭代擬合，可以通過擬合的曲線、此時的電流值和採樣周期，可以預測定位點電流值出現的時間，若電流值的採樣周期為t0，當預測定位點出現的剩餘時間小於t0時可停止預測，根據該時間對焦爐機車進行制動。

以上應用了具體個例對本發明進行闡述，只是用於幫助理解本發明，並不用以限制本發明。對於本發明所屬技術領域的技術人員，依據本發明的思想，還可以做出若干簡單推演、變形或替換。