镍铁自动化行车控制系统方案样本.doc

镍铁矿热炉
自动化行车
控制系统技术方案

武汉利德测控技术股份有限公司
饶生峰 1379557

目 录

1 前言 3
2 系统控制构造 3
3 系统构成构造 4
4 格雷母线定位技术 8
5 系统安全保障 19
6 上位机功能阐明 21
6.1 系统简介 21
6.2 权限管理与登录 21
6.3 主菜单 22
6.4 行车操作及状态显示 23
6.5 行车故障显示 24
6.6 行车趋势图 24
6.7 生产产量报表 25
6.8 料罐车操作及状态显示 26
6.9 料罐车故障显示 26
6.10 登录报表 27
7 现场图片 28
7.1 矿热炉平板车格雷母线定位 28
7.2 矿热炉炉顶自动化行车格雷母线定位 28

1 前言
格雷母线技术是利德公司具备自主知识产权专利技术，已成功应用于港口、钢铁、铁路等众多领域，具备非接触、检测精度高、寿命长等特点，定位精度可达5mm。
行车控制系统采用全自动工作方式，无论上料、下料、到位都由系统自动，完毕，运营过程中无需人为干入，只需在初始步时，操作人员对的选取现场状态，如加入哪个料仓、再按下自动启动即可。
2 系统控制构造

图 1系统控制构造图

行车三种控制方式选取在行车司机室进行，在进行控制方式切换时，行车任何机构动作动作停止。只有选取为“自动”时，才干进行自动运营控制，该控制方式在上位机上进行。当行车上选取“自动”时，上位机可以选取“远程自动”和“远程手动”两种方式。
a) 远程自动时，当行车满足自动运营条件，可以在上微机启动自动运营，这时行车将自动进行取料、加料、放空罐等循环动作。
b) 远程手动时，顾客可以输入一种坐标，行车自动走行至该处；也可以对各机构手动选取速度和走行方向来控制。
c) 行车和料罐车间动作通过通讯来协调，实现自动取料罐和放空料罐动作。
d)行车浮现紧急状况时，可以在上微机上按下急停按钮来紧急停车。为防止自动时设备失控，自动控制系统对通讯状态进行实时监视，一旦通讯异常，则行车和自动控制系统PLC均会自动紧急停车，保证系统运营安全。
e)增长第三套行车控制系统实现1/2号行车备份，当1/2号行车故障时，通过手动切换可以代替该行车。
3 系统构成构造
系统重要是对行车实行自动控制。以提高工作效率和工作质量。

图 2控制系统构成构造图

从部件所处控制层级来分:可分为中控级、现场级部件。
中控级部件:上位机、光纤互换机、中控PLC、无线网桥等
系统构成，实现自动/手动操作，自动操作初始化选取等。
现场级部件:重要有PLC、光纤互换机、RS485通讯模块、变频器、振荡台、地址解码器、天线箱、格雷母线、AD转换模块、称量机构、车检地址解码器、天线箱、格雷母线、车检振荡台等；其中地检格雷母线安装在现场行车小车一侧，天线箱安装在小车上，车检格雷母线安装在现场行车大车一滑线侧，天线箱安装在大车上，除大车车检格雷母线振荡台安装在中控制室，其她设备安装在行车电气室电气柜里。
现场站又可以分为电源某些、地址检测某些和控制某些。
电源某些：
l 隔离变压器:将~380V电压变成~220V电压,起电压隔离作用。
l 24V开关电源:将~220V电压变成24V直流电压,为需要24V电压部件供电。
地址检测某些：
l 震荡台:产生39Khz正弦波交流信号送到天线箱。其输出信号峰峰值普通为5-8V。不随意变化其输出值大小。
l 天线箱:将震荡台送来39Khz正弦波交流信号滤波放大,变成电磁场信号。
l 格雷母线:接受天线箱发射电磁场信号,将其变为50-200mv交流电压送到地址解码器解析出地址。
l 地址接口板:转换物理接线方式,把格雷母线通过接线端子送来模仿信号再通过排线送到地址解码器。
l 地址解码器:对输入模仿信号滤波、放大解决后得到小吊物理地址。同步接受AD模块通过串口送来重量值，再将地址和重量通过另一串口积极送到PLC中。
重量检测某些：
l 重量传感器：将所承受重量转换为电流输出通过无线方式传播到PLCRS232模块。
控制某些:
l PLC：运营程序，采集地址、重量信息、平车状态数据，综合解决后送地址、重量、各种状态信息给中控室上位机，同步输出有关控制方向，速度到变频器，控制平移电机动作。
行车控制
1）、车载柜

2、地面柜（中控室内）

4 格雷母线定位技术
基于格雷母线位置检测有两种方式：地上检测方式和车上检测方式，两种检测方式格雷母线构造基本同样。本系统采用地上检测方式。
1.格雷母线构造
图 3格雷母线外形图

针对工业生产上大型移动机车自动化而采用格雷母线是一种构造独特非屏蔽电缆，它是地址检测最重要部件。
轨间电缆可采用诸各种布线方式，如使格雷母线每隔一定距离相交叉，形成交叉感应回线，如图2所示。图中L1和L2分别是线圈长和宽。

图 4交叉格雷母线位置测试

图5是1对L线，5对G线，1对R线实用电缆平铺图，格雷母线外侧是二根起保护作用钢缆，钢缆内侧有多根导线绞合在一起，每根导线均为交叉形式，G0、G1、G2、G3、G4对线交叉间隔为100、200、400、800、160Omm，而宽度相似均为100mm，依照功能区别可分为通信线(L)，地址线(G)，地址基准线(R)三种，如果将这些对线平铺，可以得到图3所示电缆构造平铺图。在实际使用上，为了避免在同一位置上同步存在着各种交叉点，因此在电缆编制上均是采用格雷码编码方式。

图 5格雷母线对线平铺图

图 6无线感应地址测试原理图
2.地面位置检测原理
如图7所示，机车上天线由多匝导线绕制而成，长为100 mm，宽为10O mm。格雷母线沿机车轨道平铺，安放在机车上天线尽量在格雷母线水平正上方。当电缆天线在格雷母线G0对线第1号位置发射信号或发射载波时，在电缆始端，R端与G2端收到信号相位相似，而由于G0与G1对线端口与发射位之间存在着奇次交叉，因此，R端与G0端G1端收到信号相位相反。电缆端口信号分别通过地上局带通滤波后，各路G线信号分别与R线信号进行比较鉴相，同相为0，反相为1，此时，事实上已经得到一种三位格雷码011，相应十进制数为3。

图 7地面测试地址示意图
3.精密地址检测原理
不论是地面位置测试办法，还是车上位置测试办法，其定位精度为天线纵向长度，也即G0对线交叉点距离。为了提高机车位置测量精度而进一步缩小交叉点间距离，势必会使天线与电缆之间收到信号幅度减小而难以检测，因此必要此外采用办法来进行精密地址检测。
图8是精密定位检测示意图。随着天线移动，天线或电缆收到信号电压幅度U0呈三角波形状，这电压幅度相对反映了天线精密位置。但是，由于天线离电缆距离和天线发射信号幅度，自身是不稳定，因此以上办法并不能精确测试精密地址。为此，引进了另一对与G0错开交叉对线L0，此对线中产生电压幅度三角波曲线也正好与G0对线产生电压幅度锯齿波曲线错开，这二根曲线随着天线离电缆远近和发射信号大小同步涨落，因此它们之间比值U0/u0是稳定，那么咱们可以用这个值来计算出精密地址值来，理论上可以获得任意高定位精度。由于天线没有抗干扰能力，它发射信号时随着噪声发射，格雷母线地址对线获得有用信号时也不能抑制噪声，比值U0/u0与相应位置关系也就不准，这样就不也许获得很高定位精度，必要对比值U0/u0与相应位置关系采用数字化以提高定位抗干扰能力。当前可以用这种办法稳定地将最小交叉地址间隔(普通为100 mm)分为20份，即可达到 5 mm定位精度。

图 8 电压模仿量变化与精密地址关系
4.格雷母线位置检测方式特点
①通过安装在移动机车上天线箱与敷设在地上格雷母线之间电磁耦合来检测移动机车位置，无机械性接触磨损，因而可高速精确地检测和传送位置信息；
②由于格雷母线为多对以一定规律交叉扭绞构造，能有效地抑制外部散杂电平干扰；
③由于是运用各对地址线接受到信号相位和基准线接受到信号相位相比较，以同相为“0”，反相为“1”进行组合而得到地址信息，因此地址稳定，不受电平波动影响；
④能在移动机车行走范畴内持续地、高精度地检测绝对地。
选取那一种地址检测工作方式要依照控制系统需求来考虑决定。如果控制系统重心在移动站上，则采用车上检测方式较好；如果控制系统重心在固定站，则采用地上检测方式较适当。

5.地上检测系统构成
重要由地址编码发生器、天线箱、格雷母线、位置检测单元、PLC模块等某些构成。重要完毕地址编码信号发射以及位置检测，并将位置信息输送到顾客PLC中。
重要技术指标
①、地址辨别率：5mm
②、数据输出接口： RS232转Modbus Plus
③、发振调制频率：地址检测系统39Khz。
④、地面站功耗：≦100W
⑤、车载站功耗：≦100W
⑥、天线箱和母线间距离60-200mm可调

图 9地上检测示意图

地址解码器面板显示阐明

图 10检测单元面板
PWR: 亮 系统电源正常
S01： 闪烁 系统正常运营
S02： 亮 来自天线箱信号过小
S04： 亮 接口单元（继电器输出单元）刷新批示
S05： 亮 串行通信口0接受批示
S06： 亮 串行通信口0发送批示
S07： 亮 串行通信口1接受批示
S08： 亮 串行通信口1发送批示
A01-A15： 亮 地址检测格雷码批示。A01为高位，A15为低位
数码批示 高四位单位为米，低三位单位为毫米
6、车上检测方式
(1)车上检测方式特点是：
① 编码电缆为信号“发射天线”，车上安装有地址“接受天线”；
② 地址检测单元在车上，各车直接得到本车地址；
③ 各车地址分别通过通信送到地面站，地面站再通过通信“告诉”其她车。

(2)车上检测原理及框图
车上检测原理及框图如图6、7所示。

编码电缆
始端箱
终端箱
天线箱
地址检测单元
阻抗配单元
功率放大器
地址编码发生器

图6 车上位置检测原理框图

7、编码电缆位置检测方式特点
（1）由于通过安装在移动机车上天线箱与敷设在地上编码电缆之间电磁耦合来检测移动机车位置，因此无机械性接触磨损，因而可高速精确地检测和传送位置信息；
（2）由于编码电缆为多对以一定规律交叉扭绞构造，能有效地抑制外部散杂电平干扰；
（3）由于是运用各对地址线接受到信号相位和基准线接受到信号相位相比较，以同相为“0”，反相为“1”进行组合而得到地址信息，因此地址稳定，不受电平波动影响；
（4）能在移动机车行走范畴内持续地、高精度地检测绝对地址。
选取那一种地址检测工作方式要依照控制系统需求来考虑决定。如果控制系统重心在移动站上，则采用车上检测方式较好；如果控制系统重心在固定站，则采用地上检测方式较适当。
本系统采用了车上检测和地上检测两种检测方式。

图7 车上位置检测方式原理示意图

8、车上检测系统构成
如图6所示，系统由地面站和车载站构成
（1）、地面站：由编码电缆、终端箱、地面发振装置等某些构成。如图8所示。
地面站重要完毕如下任务：地址编码、功率放大，信号发射。

图8 地面站原理框图

（2）、车载站：重要由地址检测单元、天线箱等某些构成。如图9所示。
车载站重要完毕地址编码信号接受和解调（地址检测）。

图9 车载站原理框图

9、车上检测重要技术指标
1、地址辨别率：5mm
2、数据输出接口：RS232
3、工作频率：50.000Khz.
4、车载站功耗：≦100W

10、车上检测地址检测单元面板显示阐明

图10 地址检测单元面板图

如图10所POW为电源批示灯，亮阐明系统供电正常，灭阐明系统供电不正常。RUN为系统运营批示灯，它不断闪烁阐明系统工作正常，否则系统已经停止运营。ERR为出错批示灯，如果它亮，则阐明有一天线箱工作不正常。RX0和TX0为串口通讯批示灯,RX0闪烁阐明通讯接受正常,TX0闪烁阐明通讯发送正常。G15至G0为格雷码地址显示批示灯，亮阐明该位为1，灭为0。
数码管显示当前位置，单位为m，如9.235m。
P2为RS232/RS485通讯端口。
P5为天线箱信号输入接口，IN1+和IN1-为一对天线输入，IN2+和IN2-为一对天线输入。
P6为系统24V供电接口，+24V接到端子+24V，电源地接到GND。
11．格雷母线维护注意事项
故障1、本手册仅合用于各部件配备如下系统：
地址检测单元采用数码显示地址检测单元
具备通讯合同转换模块
2、本系统所有部件设定参数不得任意更改或调节，这样有也许致使系统运营异常甚至瘫痪；系统在运营或维修时对部件间连接电缆不要带电插拨，带电插拨也许损坏某些元器件。
3、各类系统设立文献不许更改，以防止系统环境发生变化。
4、设备地线要可靠接地．防止干扰信号窜入。

12．格雷母线故障解决
本系统原则化限度高，具备高可靠性；构造简朴，地址检测和数据通信彻底分开，技术思路清晰，便于维护。
（1）地址检测
保证地址检测系统可靠、无端障运营是此系统基本。由于地址检测系统各功能部件安装位置、所处环境不同，其浮现故障也许性也不同，在系统浮现异常时，为了迅速定位、排除故障，应遵循如下原则：
①故障查找顺序为车载部件—>电气室部件—>格雷母线部件；
②优先使用互换法定位故障，运用订购备件或备用设备上相似型号部件对也许故障部件替代，不要容易对部件进行拆御或对设定值进行调节。
故障现象1：检测不到平车地址，平车在轨道上行走，但此时相应地址解码格雷码LED批示灯不亮，LCD上显示地址为乱码。
系统断电重启后查看故障与否消除。先查看天线箱与否被碰掉或者歪斜、连至天线箱电缆与否被挂断
打开分站控制柜，用万用表测量地址信号发生单元(振荡台)输出端电压，正常状况下有效值为4-10V，出厂设立为6-7V；
用万用表或示波器查看匹配放大单元各G线上输出，随着机车移动，正常状况下，G线上信号峰—峰值在 0-3V左右变化
拨下匹配放大单元输入电缆，用万用表测量R线、L线和各G对线电阻值应为20-60Ω左右，检查R、L、G对线与否短路、断路
在上步测量明确电缆某些存在故障时，查看电缆与否损坏、段间箱或始端箱连接异常
故障现象2：地址解码模块上地址显示正常，但触摸屏中无法显示正常数据。
此种故障浮现时普通有如下几种状况：
（1）地址解码模块到PLC之间硬线路由发生断路故障，请检查地址板到PLC232通讯线与否对的，以及周边电缆连接状况。检查控制柜当中PLC以及主站PLC运营灯与否正常。
（2）合同转换模块供电发生异常或模块损坏，查看合同转换模块面板上电源批示灯与否正常，通讯灯与否正常闪烁。
故障现象3：平车自动运营当中，和其她平车不同步并在某些不固定位置左右摇晃不定。
（1） 检查天线箱与否歪斜，不正对格雷母线。如歪斜请重新安装天线箱，检查格雷母线与否有划伤及没拉紧现象。检查电控柜当中格雷母线接线板上各个接线与否松动。
（2） 替代法更换电控柜当中地址板以及震荡台。

5 系统安全保障
为了防止人为操作失误和系统设备浮现故障引起人身伤亡、设备损坏事故，本系统添加了某些安全保障急停报警功能。
注意：本系统不能消除和杜绝所有安全隐患！
序号
故障名称
阐明
解决办法
1
变频故障
变频器发生了故障
依照故障代码解决好外部故障,按下故障复位按扭,如不能恢复,到现场断开变频器供电开关,1分钟后再合上,
2
电机热保护故障
电机热继断开
检查电机及热继
3
走行故障
平车运营过程中在同一种位置停车过长时间
行车机构打滑,电机不动作或格雷母线系统导致地址故障
4
急停故障
HMI急停按扭按下、PLC之间及PLC与上位机之间通讯超时
1. 解决完突发状况后,解除急停
2. 检查网线连接、设备供电。
3. 检查无线网桥、互换机和POE工作状态与否正常
5
料罐仪表通讯故障
PLC与料罐称重仪表RS485通讯超时
检查PLC通讯模块、相应称重仪表工作状态
6
行车位置调节故障
行车与目的位置对中失败
检查行车相应机构制动器及电气回路
7
行车上限位报警
行车上限位动作
1. 检查上限位与否工作异常
2. 绝对值编码器工作与否异常
8
上位机与主控PLC之间通讯故障
上位机与主控PLC之间通讯超时
检查上位机和主控PLC网线和水晶头与否完好，水晶头与否正常插入通讯口，上位机网卡与否异常，光纤互换机与否工作异常。
9
主控PLC与行车PLC之间通讯故障
主控PLC与行车PLC之间通讯超时
检查主控PLC与行车PLC网线和水晶头与否完好，水晶头与否正常插入通讯口，各通讯模块和通讯口与否异常，无线网桥供电和工作状况与否异常，光纤互换机与否工作异常，光纤和光纤跳线与否完好。
10
主控PLC与平车PLC之间通讯故障
主控PLC与平车PLC之间通讯超时
检查主控PLC与平车PLC网线和水晶头与否完好，水晶头与否正常插入通讯口，各通讯模块和通讯口与否异常，光纤互换机与否工作异常，光纤和光纤跳线与否完好。

备注：上述安全功能只有在设备正常工作时才起作用，如果设备不正常，也许会浮现错误急停和报警现象。在操作本系统过程当中除满足以上安全保护外，还必要严格遵守起重行业安全操作规范。

6 上位机功能阐明
6.1 系统简介
本系统重要功能是对行车进行自动控制，实现自动抓取料罐、自动加料、自动放回空罐这一循环生产过程。该自动控制系统所有操作都在上位机画面上进行，整个生产过程可在上位机实时监控。
该系统控制方式分为HMI手动和自动两种方式。上位机画面上重要有如下功能：行车位置显示（X、Y、Z三个方向）、12个料罐重量显示、行车自动和手动操作、急停和故障复位、故障查询、使用人员管理与登录报表、生产报表、料罐坐标设立。
6.2 权限管理与登录

配备顾客：有管理权限人员可以添加和删除授权使用操作员、技术员等用 户，并可设立各顾客初始密码。
密码修改：当前登录人员修改自己登录密码
注销：当前登录人员退出登录状态
顾客登录：使用人员登录监控系统
6.3 主菜单

主菜单重要用于监控画面选取
新增第三套行车系统增长了通讯切换功能：
与1#平车通讯：按下本按扭时中间行车取代1#行车工作。（柜本面板上旋扭选取打到左边）
与2#平车通讯：按下本按扭时中间行车取代2#行车工作。（柜本面板上旋扭选取打到右边）
取消与平车通讯：按下本按扭时取消上两个操作。恢复原系统工作状态。（柜本面板上旋扭选取打到中间位）
用1号窑加2号罐区：按下本按扭可以用中间行车从1号窑区将料提到2#区，用本功能时要确认2#区行车处在安全不干涉位。
用2号窑加1号罐区：按下本按扭可以用中间行车从2号窑区将料提到2#区，用本功能时要确认1#区行车处在安全不干涉位。
取消跨区操作：按下本按扭时取消上两个操作。恢复原系统工作状态。
6.4 行车操作及状态显示

4.1料罐监控
该画面重要内容为12个料罐坐标和实时重量显示，各料罐使用状况。
增长第三套行车后料罐坐标依照外部选取而发生变化：
1）、与1#平车通讯时显示1#罐区12个罐坐标。
2）、与2#平车通讯时显示2#罐区12个罐坐标。
3）、用1号窑加2号罐区时显示2#罐区12个罐坐标。
4）、用2号窑加1号罐区时显示1#罐区12个罐坐标。

4.2行车控制
“遥控”、“空操”和“自动”用于批示行车当前工作状态选取状况。只有在行车司机室选取“自动”时，才可以在画面上对行车进行远程控制，远程控制分为远程手动和自动。
主电源控制：重要用于在“自动”方式时，对行车主回路合闸。
限位：用于批示行车各机构限位动作状况。
6.5 行车故障显示

该画面重要显示行车报警信息。
点击“行车历史报警”可以查看此前报警记录，并可打印该记录。
6.6 行车趋势图

趋势图画面重要显示行车位置和重量适时与历史曲线图。
6.7 生产产量报表

生产报表画面用于选取查看平车和电动平车年、月、日生产报表。下面以行车日报表举例阐明。

该表格显示是行车一种班组加料状况，涉及每次加料时间和重量。该表格自动依照上位机时间来区别班组，每个班组记录8小时数据，每条记录均是自动生成。顾客也可以通过画面上“设立打印时间”按钮来手动设立报表显示区间。
“打印”按钮用于打印该页报表。
年报表和月报表与此类似。
6.8 料罐车操作及状态显示

该画面显示是电动平车工作状态，重要涉及料罐重量、平车位置，锁紧装置状态，操作按钮重要用于对料罐车上罐子有无和与否有料状况进行初始化确认操作、自动运营操作、锁紧装置远程操作、料罐车半自动运营操作、急停操作等。这些操作只在电动平车操作面板选取“远程”时有效。
6.9 料罐车故障显示
与行车故障显示类似，该画面显示电动平车某些故障报警记录。
料罐车趋势图

该画面重要显示电动平车称重信号曲线，涉及实时和历史两某些。
6.10 登录报表

该报表重要记录所有被授权使用人员登录和注销状况。
7 现场图片
7.1 矿热炉平板车格雷母线定位

7.2 矿热炉炉顶自动化行车格雷母线定位