料倉(cāng)礦槽筒倉(cāng)卸料小車(chē)定位與控制系統(tǒng)

第1章 卸料小車(chē)定位與控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1 現(xiàn)場(chǎng)概述

在散狀物料處理的輸送系統(tǒng)中將物料卸在不同的料倉(cāng)之中的過(guò)程稱(chēng)之為卸料或布料。布料的關(guān)鍵設(shè)備就是卸料小車(chē)（又叫卸料車(chē)、布料小車(chē)、移動(dòng)式可逆輸送機(jī)、可逆帶式輸送機(jī)、可逆配倉(cāng)帶式輸送機(jī)、可逆配倉(cāng)移動(dòng)式皮帶輸送機(jī)、梭式布料機(jī)），它的作用就是在輸料系統(tǒng)中將上料皮帶機(jī)上的料卸在指定的料倉(cāng)里，為達(dá)到卸料小車(chē)能給不同的料倉(cāng)卸不同的料，卸料小車(chē)需要沿著上料皮帶機(jī)運(yùn)行方向進(jìn)行正反方向的往復(fù)運(yùn)行。

在鐵前系統(tǒng)中的礦山、原料、燒結(jié)、球團(tuán)、焦化、煉鐵以及港口碼頭都會(huì)用到卸料小車(chē)來(lái)卸料，雖然工藝條件不同，但對(duì)卸料小車(chē)的位置檢測(cè)是關(guān)鍵一環(huán)，會(huì)直接影響產(chǎn)品質(zhì)量和工作效率。如港口碼頭是在大型散料倉(cāng)庫(kù)上方裝設(shè)運(yùn)行軌道安裝皮帶運(yùn)輸機(jī)，當(dāng)固體顆粒狀成品不直接裝車(chē)時(shí)，可通過(guò)皮帶運(yùn)輸機(jī)輸送到卸料小車(chē)進(jìn)料口，再由卸料小車(chē)沿著運(yùn)行軌道將固體顆粒成品均勻撒在散料倉(cāng)庫(kù)內(nèi)進(jìn)行儲(chǔ)存；卸料車(chē)通過(guò)精確位置控制來(lái)實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)均勻布料，由此提高倉(cāng)容，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。在鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中鐵前環(huán)節(jié)需要將不同料種進(jìn)行混配，料倉(cāng)布料的精確度影響鋼鐵質(zhì)量和效益，通過(guò)對(duì)卸料車(chē)的高效準(zhǔn)確自動(dòng)化控制能夠科學(xué)達(dá)到鐵前產(chǎn)品質(zhì)量要求，并能提高生產(chǎn)效益，改善操作人員工作環(huán)境。

1.2 目前采用的定位方式

目前最原始的控制是操作人員隨小車(chē)一起移動(dòng)現(xiàn)地使用手動(dòng)控制卸料小車(chē)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)料倉(cāng)的卸料，崗位操作人員通過(guò)人眼觀測(cè)每個(gè)料倉(cāng)的料位，根據(jù)需要將小車(chē)開(kāi)到合理的料倉(cāng)卸料。其次對(duì)卸料小車(chē)的控制大多是通過(guò)在每個(gè)料倉(cāng)處安裝限位開(kāi)關(guān)，利用其提供的幾個(gè)點(diǎn)的位置信號(hào)在操作室內(nèi)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制；對(duì)小車(chē)到達(dá)目標(biāo)倉(cāng)位和換倉(cāng)的判斷是基于操作臺(tái)上的倉(cāng)位信號(hào)燈的指示信號(hào)：例如1#-12#共12個(gè)倉(cāng)就在操作臺(tái)面板上設(shè)置對(duì)應(yīng)的12個(gè)位置指示燈。指示燈的信號(hào)是通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)的每個(gè)倉(cāng)旁邊裝一個(gè)或多個(gè)接近開(kāi)關(guān)（或限位開(kāi)關(guān)）得到的。當(dāng)小車(chē)經(jīng)過(guò)倉(cāng)位處的接近開(kāi)關(guān)或限位開(kāi)關(guān)時(shí)，開(kāi)關(guān)感應(yīng)到一個(gè)信號(hào)，送給中控室，從而對(duì)應(yīng)倉(cāng)的指示燈亮，操作人員就知道小車(chē)到達(dá)了目標(biāo)倉(cāng)，即按停止按扭進(jìn)行卸料，當(dāng)中控室的料位信號(hào)指示倉(cāng)滿(mǎn)后操作人員控制小車(chē)?yán)^續(xù)向左或向右運(yùn)行，直到到達(dá)對(duì)應(yīng)的目標(biāo)倉(cāng)，信號(hào)燈亮后再停下來(lái)布料，以此達(dá)到換倉(cāng)的目的。

傳統(tǒng)的這種方式所使用的限位開(kāi)關(guān)會(huì)出現(xiàn)如下問(wèn)題：第一容易失靈，接近開(kāi)關(guān)或限位開(kāi)關(guān)的工作原理決定了其可靠性不佳。其次由于小車(chē)制動(dòng)時(shí)發(fā)生的“溜車(chē)”現(xiàn)象，停不準(zhǔn)。所以一旦小車(chē)不能準(zhǔn)確停在所安裝的限位開(kāi)關(guān)范圍內(nèi)（發(fā)生溜車(chē)），中控室的操作臺(tái)上的所有信號(hào)燈無(wú)一變亮，這樣也就出現(xiàn)了我們所說(shuō)的“小車(chē)位置丟失”，中控人員不知道小車(chē)到底在什么位置了，這時(shí)就需要派人到現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)小車(chē)位置后告知中控，中控才能繼續(xù)操作小車(chē)運(yùn)行到達(dá)目標(biāo)位置。上述問(wèn)題對(duì)控制和生產(chǎn)帶來(lái)的影響總結(jié)如下：

卸料小車(chē)是直接將料卸到料倉(cāng)的，由于定位的不準(zhǔn)或失靈（特別在發(fā)生溜車(chē)時(shí)如果操作人員責(zé)任心不強(qiáng)，未到現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)位置，晚間值班多易出現(xiàn)）容易導(dǎo)致錯(cuò)倉(cāng)混料的事故，直接影響到原料成分的穩(wěn)定性，造成質(zhì)量不合格；

整個(gè)連續(xù)的生產(chǎn)過(guò)程常被打斷，不僅影響了生產(chǎn)效率，而且設(shè)備的實(shí)際作業(yè)率很低，無(wú)法實(shí)現(xiàn)整個(gè)流程的信息化高效作業(yè)；

失靈后需專(zhuān)門(mén)派人到現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)小車(chē)位置，派到現(xiàn)場(chǎng)的觀察人員與操作室操作人員之間頻繁的信息交換主要是通過(guò)對(duì)講機(jī)來(lái)傳遞的，因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)噪音干擾嚴(yán)重，受通話(huà)質(zhì)量、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境等影響，難以保證信息傳遞準(zhǔn)確性。一來(lái)容易引發(fā)事故，二來(lái)無(wú)端耗費(fèi)大量工作時(shí)間；

當(dāng)操作人員在控制室內(nèi)操作卸料小車(chē)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)觀察人員的存在始終是一個(gè)安全隱患。如果操作工與現(xiàn)場(chǎng)觀察人員之間相互配合出現(xiàn)失誤，就有可能發(fā)生意外傷亡事件；

卸料現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境極差，粉塵和噪音嚴(yán)重影響了崗位操作人員的身體健康，不宜長(zhǎng)期有人在現(xiàn)場(chǎng)值守；

中控室只能感應(yīng)到幾個(gè)點(diǎn)的位置信號(hào)，中控室無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)量程的監(jiān)控功能；

因?yàn)槎ㄎ徊粶?zhǔn)，中控室調(diào)度需要時(shí)刻同崗位操作人員保持聯(lián)系，以便確定現(xiàn)場(chǎng)的卸料情況，進(jìn)行全盤(pán)計(jì)劃和調(diào)度。中控和現(xiàn)場(chǎng)互相之間的溝通交流就占用了大量的時(shí)間，給提高設(shè)備的整體作業(yè)率帶來(lái)了許多不便；

限位開(kāi)關(guān)的失靈還可能導(dǎo)致卸料小車(chē)兩端碰撞或掉道事故。

要完善解決上述問(wèn)題就必須做到兩點(diǎn)：第一，位置信號(hào)要可靠準(zhǔn)確，而且要能在現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)粉塵的環(huán)境下可靠工作。第二，中控要能把小車(chē)的運(yùn)行軌跡跟蹤監(jiān)控下來(lái)，非常直觀地知道小車(chē)目前所處料倉(cāng)的位置坐標(biāo)和對(duì)應(yīng)的料倉(cāng)（如果采用攝相頭監(jiān)控?zé)o法指導(dǎo)操作人員對(duì)幾十米長(zhǎng)的一模一樣的倉(cāng)位進(jìn)行識(shí)別）。也就是說(shuō)如果我們能知道現(xiàn)場(chǎng)小車(chē)的連續(xù)絕對(duì)位置坐標(biāo)，就能很好地做到這兩點(diǎn)。

1.3 本系統(tǒng)采用的定位技術(shù)

本系統(tǒng)使用刻度標(biāo)尺精確定位技術(shù)來(lái)檢測(cè)卸料小車(chē)的實(shí)時(shí)位置，將卸料小車(chē)的實(shí)時(shí)位置信息傳送到系統(tǒng)PLC，再到上位機(jī)，主控操作人員或崗位人員通過(guò)上位機(jī)時(shí)刻掌握卸料小車(chē)的具體位置和每個(gè)料倉(cāng)的倉(cāng)容情況（結(jié)合料位計(jì)）來(lái)控制卸料小車(chē)運(yùn)行。通過(guò)刻度標(biāo)尺精確定位系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的協(xié)同工作，可以實(shí)現(xiàn)卸料小車(chē)行走位置準(zhǔn)確可靠，將皮帶機(jī)上的料卸在指定的料倉(cāng)中，防止偏離卸料口，實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)或多點(diǎn)布料，滿(mǎn)足卸料需求。

通過(guò)該技術(shù)的使用，可以時(shí)刻掌握各個(gè)料倉(cāng)的實(shí)際料量，了解卸料小車(chē)的實(shí)時(shí)位置，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定點(diǎn)或多點(diǎn)均勻卸料?？商岣咝读闲?，節(jié)約成本；有利于減少工人勞動(dòng)強(qiáng)度，保護(hù)崗位操作人員身體健康；杜絕各類(lèi)生產(chǎn)安全事故和混料錯(cuò)倉(cāng)等質(zhì)量事故的發(fā)生；實(shí)現(xiàn)信息的有效收集，有利于提高設(shè)備作業(yè)率；提高自動(dòng)化控制水平和信息化管理水平，保障產(chǎn)量和質(zhì)量，提升企業(yè)形象，提高企業(yè)產(chǎn)值和競(jìng)爭(zhēng)力。

第2章 刻度標(biāo)尺精確定位系統(tǒng)

2.1 刻度標(biāo)尺系統(tǒng)簡(jiǎn)單說(shuō)明

刻度標(biāo)尺精確定位系統(tǒng)包括一臺(tái)地面電氣柜（含刻度分析儀等）、一臺(tái)車(chē)載電氣柜（含刻度生成儀等）、刻度標(biāo)尺以及游尺指針等。其中刻度標(biāo)尺是由扁平狀的PVC合成材質(zhì)外殼材料和內(nèi)部按照格雷碼規(guī)律編制的芯線(xiàn)構(gòu)成，類(lèi)似一把有刻度的標(biāo)尺，一般安裝在沿移動(dòng)機(jī)車(chē)運(yùn)行軌道單側(cè)邊，或者沿運(yùn)行軌跡鋪設(shè)在地面上，亦或安裝在軌道旁的柵欄立柱上均可，需要檢測(cè)多長(zhǎng)的位移就鋪設(shè)多長(zhǎng)的刻度標(biāo)尺；游尺指針安裝在機(jī)車(chē)上，用于識(shí)別本機(jī)車(chē)所在的位置。游尺指針相對(duì)刻度標(biāo)尺平行非接觸移動(dòng)，游尺指針指向的刻度即是當(dāng)前位置值，可以在車(chē)上或地上得到位移量，無(wú)需初始參考點(diǎn)，定位精度5毫米，分辨率2毫米；可以斷續(xù)或連續(xù)檢測(cè)，尤其適用于軌道不平整的大車(chē)或環(huán)形運(yùn)動(dòng)機(jī)械位移檢測(cè)。防水、防油、防塵、耐酸堿，適用于冶金、礦山、水利、港口碼頭堆場(chǎng)、倉(cāng)儲(chǔ)、化工等條件比較惡劣的環(huán)境。

2.2 刻度標(biāo)尺系統(tǒng)原理

刻度標(biāo)尺精確定位系統(tǒng)采用電磁感應(yīng)原理來(lái)檢測(cè)移動(dòng)設(shè)備的位移量，當(dāng)游尺指針線(xiàn)圈中通入交變電流時(shí)，在游尺指針附近會(huì)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)?？潭葮?biāo)尺近似處在一個(gè)交變的、均勻分布的磁場(chǎng)中,每對(duì)刻度標(biāo)尺芯線(xiàn)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。刻度生成儀信號(hào)通過(guò)電磁耦合方式傳送到刻度標(biāo)尺的感應(yīng)環(huán)線(xiàn)上。刻度分析儀對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行相位比較。交叉線(xiàn)的信號(hào)相位與平行線(xiàn)的信號(hào)相位相同，地址為“0”；交叉線(xiàn)的信號(hào)相位與平行線(xiàn)的信號(hào)相位相反，地址為“1”，這樣感應(yīng)的地址信息是格雷碼排列，由此確定游尺指針在刻度標(biāo)尺長(zhǎng)度方向上的位置。

2.3 刻度標(biāo)尺技術(shù)指標(biāo)

移動(dòng)機(jī)車(chē)地址測(cè)量精度：≤5mm，分辨率：2毫米，測(cè)量范圍：任意定制；

工作環(huán)境溫度：系統(tǒng)工作溫度：-20℃— +70℃，

刻度標(biāo)尺工作溫度：不加防護(hù)套：-40℃—+85℃，

加防火套： -40℃—600℃，高溫時(shí)耐熱時(shí)間約80秒；

 非接觸間隙：150mm±50mm(根據(jù)需要可達(dá)500毫米)，左右偏擺容差：±50mm；

 重量：刻度標(biāo)尺重量：1.5Kg/m，外形尺寸：100mm×10mm×長(zhǎng)度；

游尺指針重量：≤2.5Kg，外形尺寸：400mm×400mm×30mm（特殊可定制）；

 通信誤碼率：＜10-7；

 刷新速度：20HZ；

 適應(yīng)速度：≤350M/min；

 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出：RS232/RS485，可擴(kuò)展其它信號(hào)；

 信號(hào)傳輸距離：≤1200米（485信號(hào)輸出）；

 刻度標(biāo)尺和游尺指針?lè)雷o(hù)等級(jí)：普通IP67，最高IP69（水下工作）；

 輸入電源：220VAC±10%；

 耗電：地面電氣柜<100w  車(chē)載電氣柜<100w。

2.4 刻度標(biāo)尺功能特點(diǎn)

系統(tǒng)中的刻度生成儀（兼函數(shù)信號(hào)發(fā)生）按一定的周期發(fā)出地址載波信號(hào)，經(jīng)游尺指針****至刻度標(biāo)尺，地面站的刻度分析儀接收到信號(hào)后，解碼還原出機(jī)車(chē)所處刻度標(biāo)尺處的絕對(duì)地址，經(jīng)控制器處理后由RS232或者RS485輸出。

無(wú)磨損的非接觸式位置檢測(cè)，使用壽命長(zhǎng)；

可以斷續(xù)或連續(xù)檢測(cè)，測(cè)距長(zhǎng)達(dá)2公里，位移檢測(cè)長(zhǎng)度可以根據(jù)需要定制；

耐污染能力超強(qiáng)，可用在水下、防蒸汽、耐酸堿；

安裝簡(jiǎn)單更換方便（無(wú)需改變現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境），免維護(hù)；

高穩(wěn)定性、高可靠性、多種信號(hào)輸出方式選擇；

具有反向極性保護(hù)功能、防雷擊、防射頻干擾、防靜電；

無(wú)需參考點(diǎn)的位移量絕對(duì)型輸出，不怕掉電；

位置的取樣時(shí)間和測(cè)量長(zhǎng)度沒(méi)有關(guān)系；

可以用在環(huán)形運(yùn)動(dòng)機(jī)械位置檢測(cè)。

刻度標(biāo)尺可以埋在水泥地面內(nèi)，方便安裝和防護(hù)，不影響作業(yè)環(huán)境。

2.5 刻度標(biāo)尺單套設(shè)備結(jié)構(gòu)圖（一維檢測(cè)）

1) 車(chē)載子系統(tǒng)：由游尺指針、車(chē)載電氣柜（內(nèi)含刻度生成儀、開(kāi)關(guān)電源等）。

2) 地面子系統(tǒng)：由地面電氣柜組成（內(nèi)含刻度分析儀、開(kāi)關(guān)電源、網(wǎng)關(guān)、標(biāo)尺引線(xiàn)轉(zhuǎn)換器等）。

3) 刻度標(biāo)尺子系統(tǒng)：由專(zhuān)用刻度標(biāo)尺、CN箱、EN箱、普通電纜以及各種用于刻度標(biāo)尺安裝、固定、防護(hù)機(jī)構(gòu)組成。

圖示2：一維檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

第3章 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能特點(diǎn)

實(shí)時(shí)檢測(cè)卸料車(chē)當(dāng)前位置，即所處倉(cāng)位（槽位）識(shí)別；

多點(diǎn)均勻布料（下料），提高倉(cāng)容利用率；

精確作業(yè)，優(yōu)化流程，減少人工出錯(cuò)機(jī)率；

防止錯(cuò)倉(cāng)混料、卸料時(shí)偏離卸料口事故的發(fā)生；

根據(jù)工藝與料位計(jì)配合，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，半自動(dòng)、全自動(dòng)操作；

實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的計(jì)算機(jī)管理，遠(yuǎn)程監(jiān)控，生產(chǎn)狀況存貯查詢(xún)；

保護(hù)工人身體健康和人身安全；可提高工作效率和生產(chǎn)管理水平;

延長(zhǎng)卸料車(chē)的使用壽命。

位置聯(lián)鎖控制防止下料落空或超過(guò)極限位置發(fā)生碰撞/脫軌事故。

第4章 系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域

主要用于散狀物料處理環(huán)境中的物料搬運(yùn)設(shè)備。如礦山系統(tǒng)、冶金系統(tǒng)、港口碼頭系統(tǒng)、化工系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、水泥系統(tǒng)、輕工系統(tǒng)、建材系統(tǒng)、軍工系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)等有軌搬運(yùn)設(shè)備精確定位和自動(dòng)控制，如：礦山采礦選礦卸料小車(chē)定位、燒結(jié)機(jī)成品卸料車(chē)定位系統(tǒng)、燒結(jié)成品礦槽移動(dòng)布料小車(chē)定位系統(tǒng)、燒結(jié)成品礦倉(cāng)卸料小車(chē)定位系統(tǒng)、燒結(jié)混勻配料系統(tǒng)卸料小車(chē)自動(dòng)定位系統(tǒng)、鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯工程中卸料小車(chē)自動(dòng)定位系統(tǒng)、燒結(jié)工程燃料破碎室倉(cāng)上卸料小車(chē)定位系統(tǒng)、燒結(jié)工程配料室混勻倉(cāng)上卸料小車(chē)定位系統(tǒng)、混勻配料槽卸料小車(chē)定位系統(tǒng)、高爐礦槽作業(yè)線(xiàn)上皮帶卸料小車(chē)定位系統(tǒng)、球團(tuán)環(huán)保車(chē)間卸料系統(tǒng)、綜合原料場(chǎng)工程中卸料小車(chē)自動(dòng)定位系統(tǒng)、原料廠(chǎng)供-2A、2B卸料小車(chē)自動(dòng)混勻配料系統(tǒng)、高爐礦槽卸料小車(chē)智能布料系統(tǒng)、礦槽作業(yè)線(xiàn)移動(dòng)布料小車(chē)布料控制系統(tǒng)、焦化備煤系統(tǒng)帶式輸送機(jī)用的卸料車(chē)位置檢測(cè)系統(tǒng)、煉鐵原燃料供料系統(tǒng)焦炭卸料車(chē)定位、燒結(jié)卸料車(chē)定位和球團(tuán)及雜礦卸料車(chē)定位、帶式輸送機(jī)卸料小車(chē)的位置檢測(cè)、儲(chǔ)煤筒倉(cāng)上卸料小車(chē)三定點(diǎn)卸料系統(tǒng)、港口儲(chǔ)運(yùn)筒倉(cāng)卸料系統(tǒng)、石灰窯小車(chē)自動(dòng)卸料系統(tǒng)等。