煉焦過程自動化管理控制系統的制作方法

專利名稱：煉焦過程自動化管理控制系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及計算機技術和感應無線技術，特別指煉焦過程自動化管理控制系統中移動機車的管理和控制。
背景技術：
感應無線技術是七十年代在日本開始應用的一種工業應用技術，感應無線技術采用獨特的編碼感應電纜技術，十分成功地解決移動機車實現集中管理控制的兩大難題數據通信與位置檢測。感應無線技術在國內開始應用是1988年，有關論文有兩篇《感應無線位置檢測技術》、《感應無線數據通信系統SW-88》分別發表在《電子技術應用》93年第4期與第6期。將感應無線技術應用到煉焦過程，最早是岳陽市電子研究所與武漢鋼鐵公司焦化廠合作研制的焦爐三車聯鎖系統。該系統研制成功后分別發表了論文《感應無線和煉焦過程控制》(《燃料與化工》，29卷第3期)。原有系統采用STD總線籠架結構的單片機系統構成，原有系統過于復雜，原有系統的控制核心是實時控制中心，實時控制中心是由STD總線籠架結構的單片機系統構成。原有系統的位置檢測，是分成兩部分，其一是粗地址檢測，其二是精密位置檢測，兩部分分別由兩個單片機控制檢測，電子線路復雜。原有系統有一塊DT板，在數據計算機中，專門處理與實時控制中心是通信以及對系統的數據進行記錄整理。

發明內容
本實用新型的目的是針對背景技術中存在的問題和缺點加以改進，提供一種結構簡單、系統可靠性大大提高的煉焦過程自動化管理控制系統。
本實用新型的目的是通過以下技術方案達到的，本實用新型由計算機技術、應感無線技術組成，其特點是系統包括中控室部分、車上部分、編碼感應電纜部分、其中
1)、所述的中控室部分包括主控計算機、動畫計算機和中控柜，且中控柜有多個相同的單元分別對應多個車，每個單元中由中控PLC通過端口1RS-485通信接口與主控計算機通信，端口0RS-485通信接口與車上PLC通信并控制地址檢測器對地址信號進行放大、檢測，并顯示中控PLC送來的地址。由通信器對中控PLC送到車上PLC的串行數據進行調制，調制后送功率放大器放大，從編碼感應電纜上發出；接收編碼感應電纜上由車上PLC發出的數據通信調制信號，進行放大解調，送到中控PLC。
2)、所述的車上部分包括車上PLC、通信器、功率放大器、感應無線、車上顯示屏。車上PLC將車況通過數據通信傳送給主控計算機，并接收主控計算機的指令實施對機車控制。通信器對車上PLC送到中控PLC的串行數據進行調制，調制后送到功率放大器放大，然后送到同車行走的感應天線上發送；并接收感應天線傳來的中控PLC發出的串行數據通信調制信號，解調后送車上PLC。車上顯示屏RS-485通信接口與主控計算機通信，接收主控計算機的信息，用數碼管顯示，語音提示指導操作。
3)、所述的編碼感應電纜部分在電纜中有若干對線，分為兩類，通信用對線和地址類對線，通信對線按一定的規律交叉，地址對線按格雷碼規律交叉，用護套封裝后安裝有沿機車軌道一旁。
本實用新型數據通信誤碼率大大降低，達到＜10-7，原系統數據通信誤碼率為＜10-6；原有系統位置檢測精度是1cm，本實用新型位置檢測精度達到0.5cm；本實用新型采用能夠抗同頻干擾的感應無線技術抗干擾天線，大大地提高了系統抗干擾能力；本實用新型所有元器件全部采用工業級或軍用級產品。系統可靠性大大提高。


圖1是本實用新型系統結構圖圖2是中控柜單元結構圖圖3是車上部分結構圖圖4是中控地址檢測電原理圖圖5是中控地址顯示電原理圖圖6是調制器電原理圖圖7是解調器電原理圖圖8是功率放大器電原理圖圖9是阻抗配器電原理圖圖10是機控顯示屏電原理圖圖11是顯示屏電原理圖圖12是電流放大板電原理圖具體實施方式
由圖1、2、3可知，本實用新型由計算機技術、感應無線技術組成，其特點是系統包括中控室部分、車上部分、編碼感應電纜部分、其中1)、所述的中控室部分包括主控計算機、動畫計算機和中控柜。且中控柜有多個相同的單元分別對應多個車，每個單元中由中控PLC通過端口1RS-485通信接口與主控計算機通信，端口0RS-485通信接口與車上PLC通信并控制地址檢測器對地址信號進行放大、檢測，并顯示中控PLC送來的地址。由通信器對中控PLC送到車上PLC的串行數據進行調制，調制后送功率放大器放大，從編碼感應電纜上發出，或接收編碼感應電纜上由車上PLC發出的數據通信調制信號，進行放大解調，送到中控PLC。
2)、所述的車上部分包括車上PLC、通信器、功率放大器、感應無線、車上顯示屏，且通過車上PLC將車況通過數據通信傳送給主控計算機，實施對機車控制，由通信器對車上PLC送到中控PLC的串行數據進行調制，調制后送到功率放大器放大，然后送到同車行走的感應天線上發送，并接收感應天線傳來的中控PLC發出的串行數據通信調制信號，解調后送車上PLC，車上顯示屏RS-485通信接口與主控計算機通信，接收主控計算機的信息，用數碼管顯示，語音提示指導操作。
3)、所述的編碼感應電纜部分在電纜中有若干對線，分為兩類，通信用對線和地址類對線，通信對線按一定的規律交叉，地址對線按格雷碼規律交叉，用護套封裝后安裝有沿機車軌道一旁。
本實用新型有若干臺計算機(包括PLC、單片機)組成，其分布與所用的軟件如下主控計算機一臺研華工業控制計算機，放置在中控室。其軟件名稱為千盟煉焦過程自動化管理控制軟件。操作系統Winndows2000，編程語言Visalbasic6.0。采用的數據庫Microsoft Access2000(單機版)和Microsoft SQLserever2000(網絡版)。軟件功能對整個生產過程實行集中管理控制。
動畫計算機一臺研華工業控制計算機，放置在中控室或調度室。其軟件名稱千盟煉焦過程動畫軟件。操作系統Windows2000，編程語言Visal basic6.0。軟件功能用動畫形式實時顯示煉焦生產全過程。
中控室PLC四臺SIMATIC S7-200PLC CPU226，安裝在中控室中控柜內，分別對應推焦車、攔焦車、熄焦車、加煤車四種車。其軟件名稱為千盟移動機車位置檢測軟件。編程環境；STEP7-Micro/WIN3.2版，編程語言SIMATIC和IEC1131指令集，軟件功能檢測移動機車所處的位置。
車上PLCn*片SIMATIC S7-200 CPU224，安裝在機車控制柜內。其軟件名稱為千盟移動機車控制軟件。編程環境STEP7-Micro WIN3.2版，編程語言SIMATIC和IEC1131指令集。軟件功能是檢測機車工作狀態和實施控制。
顯示屏單片機n*片AT89C51單片機，安裝在機車顯示屏內。其軟件名稱為千盟移動機車顯示屏軟件。編程語言MSC-51系列單片機指令集，調試軟件MEDWIN(中文版)，燒錄軟件RP3000。軟件功能數字顯示及語言提示。
注n為作業車臺數，一般有7臺作業，其中推焦車2臺，攔焦車3臺，熄焦車2臺。
以上各部分計算機通過數據通信連成一體，并能通過網卡將系統并入局域網，從而使領導、調度人員及時了解生產現場情況。
以上5個軟件構成軟件系統，其名稱為“千盟煉焦過程自動化管理控制系統V1.0”。系統軟件“千盟煉焦過程自動化管理控制系統V1.0”于2003年6月已獲中國版權局頒發的著作權證明書。編號軟著登示第008600號，登記號2003S R3059。
系統功能本實用新型主要是解決焦化廠煉焦過程中四大車數據通信，位置檢測，爐號對位，推焦聯鎖，摘門聯鎖，等一系列問題，從而達到煉焦生產過程實行計算機集中管理控制。
生產計劃自動編排可根據5-2串序或9-2串序的生產工藝，自動編排推焦計劃；可以手工編排推焦計劃；可以手工修改推焦計劃。
爐號及識別及方向判斷根據所檢測的機車位置，自動識別機車所處的爐號；根據所檢測的機車位置和計劃推焦爐號的位置，判斷機車應正確運行的方向。
推焦聯鎖只有當主控計算機根據各方面綜合信息，以及生產工藝要求給出允許推焦命令后，才能推焦；設置聯鎖解除開關，以便當系統發生故障時解除聯鎖。
摘爐門聯鎖只有當主控計算機根據各方面綜合信息，以及生產工藝要求，分別給出推焦車允許摘爐門命令后，推焦車才能摘爐門；給出攔焦車允許摘爐門命令后，攔焦車才能摘爐門；在推焦車、攔焦車操作臺上裝有摘門聯鎖與解除聯鎖選擇開關，以便機車檢修、維修爐門或當系統出現故障時解除聯鎖。
推焦判斷準確地判斷推焦開始和推焦結束，從而記錄推焦開始和推焦結束時間。
平煤判斷準確地判斷平煤開始和平煤結束，從而記錄裝煤時間。
機車駕駛室顯示在機車駕駛室顯示屏用高亮數碼管顯示；當前計劃推焦爐號和計劃推焦時間；當前系統統一標準時鐘時間；當前各車所處爐號。在機車駕駛室顯示屏發光二極管指示；各車到位指示和運行方向；一級允推信號，二級允推信號。
機車駕駛室語音提示在機車駕駛室顯示屏用語音提示機車推作人員。當推焦車對準計劃推焦爐號并有一定的停留時間，提示“推焦車已到計劃爐區，準備工作完畢”；當攔焦車對準計劃推焦爐號并有一定的停留時間且焦槽到位，提示“攔焦車已到計劃爐區，準備工作完畢”；當熄焦車對準計劃推焦爐號并有一定的停留時間且熄焦車車門關，提示“熄焦車已到計劃爐區，準備工作完畢”；當實際時間與計劃推焦時間相差5分鐘時，提示“推焦時刻快到，請各車加快準備”；當判斷推焦時間時，提示“推焦開始，如有緊急情況，請按停止推焦按鈕”；當判斷推焦時間結束時，提示“推焦順利完成，請到新爐號推焦”。
動畫功能以動畫方式實時跟蹤顯示全爐區俯視圖，機車移動狀態及所處爐號，推焦桿、平煤桿、導焦槽工作狀態以及熄焦、熄焦過程；在推焦開始后，顯示推焦二維橫向圖及紅焦從爐孔通過流入熄焦車的過程；顯示各炭化室焦炭成熟程度(以顏色表示成熟程度)；顯示推焦電流和平煤電流動態曲線；可全幅模擬顯示機車數字顯示屏。
記錄功能每一個碳化室在推焦結束后，自動形成一條記錄；可隨時查詢記錄。
統計打印功能自動計算產生序數值K1、K2、K3；自動生成班組統計報表；自動生成日、月、年統計報表；打印上述報表。
系統技術指標數據通信技術指標通信方式串行異步通信；通信接口RS-485；波特率2400bit/s；調制方式FSK；校驗方式偶校驗+縱向冗余校驗通信誤碼率＜10-7地址檢測指標地址檢測精度0.5cm；天線感應范圍≤15cm各部分電路結構和基本原理地址檢測器地址檢測器其有兩塊電路板，中控地址檢測板和中控顯示板。
中控地址檢測板(圖4)
R信號選擇在PLC控制下，由IC6模擬選通門4051，將編碼感應電纜上的R信號(R0～R5)分別進行選通，由IC7 TL081前級放大，B2帶通濾波器濾波，IC8 TL081后級放大，IC9、IC10全波整流，濾波后送EM231 AI0，進行A/D轉換，PLC選擇其中信號幅度最大Ri作為基準信號。并由IC12 LM311整形成方波。
粗地址檢測在PLC控制下，由IC1模擬選通門4067，將編碼感應電纜上的G信號(G0～G10)分別進行選通，由IC2 TL081前級放大，B1帶通濾波器濾波，IC3TL081后級放大，由IC12 LM311整形成方波，與Ri的方波比較相位，由IC13ACC4070進行相位鑒別，根據同相為0，反相為1的原則進行鑒別，然后，將結構送PLC。
精密地址檢測在PLC控制下，由IC1模擬選通門4067，將編碼感應電纜上的G0、G0’信號分別進行選通放大，全波整流，濾波后送EM231 AI1，進行A/D轉換。若G0、G0’的幅值數據分別為DG0、DG0’。則根據如下公式計算地址。
若粗地址為偶數精密地址＝DG0’/(DG0+DG0’)若粗地址為奇數精密地址＝DG0/(DG0+DG0’)綜合地址＝粗地址+精密地址中控顯示板(圖5)由PLC將檢測的綜合地址，送到該板進行顯示；由PLC將檢測的地址信號格雷碼用發光二極管顯示。
通信器由圖6可知調制器PLC送來的數據信號通過U1 MAX485轉換為TTL電平信號并送入U9 54LS51；U5 54SO4產生的震蕩信號也送入U9。U9的P6腳輸出載波信號，通過U6 54LS73、U8 54LS393分頻移相后分別從U6的P8和P13腳輸出兩路調制信號(頻率為地上79KHz、車上49KHz)，相位差為90度，該信號通過兩路帶通BP1、BP2濾波后送功率放大器。
由圖7可知解調器將接收的數據通信調制信號通過U1、U2 TL081移相、求和、放大后由BP1濾波，濾波信號通過U3 TL081限幅后由BP2進行二次濾波，二次濾波信號通過U4 TL081放大后送入U9 MC1595，U9將二次濾波信號與U12 54S04產生的震蕩信號相乘后輸出3.5KHz的信號，該信號通過U8 TL084濾波后送入U7 XR2211，U7將載波信號解調為數據信號，該數據信號通過調制器的U1進行電平轉換后送入PLC。
功率放大器(圖8)調制信號經IC7、IC8 TL081前置放大，送IC6 LM3886進行功率放大發出。
阻抗匹配器(圖9)用變壓器實現與編碼感應電纜隔離和阻抗匹配。G1-G10信號和R0-R2信號共有13個完全相同的單元，編碼感應電纜上的信號有+G1和-G1送入，經變壓器隔離后，由R1、D1、D2限幅，并由ZD1提供一個2.5V的直流電壓，從G1輸出。L0、L1是兩個完全相同的單元。編碼感應電纜上的信號，從B1的+L0、-L0送入，一路通過R15作為G0送出；另一路在R17、L1、C4諧振串聯，通過R16、D29、D30限幅，從L0送出。功放輸出的L0信號，通過D31、D32、C2送到B1的彝族線圈，B1的+L0、-L0輸出。
車上顯示屏(圖11)IC601 AT89C51單片機是車上顯示屏的核心。在AT89C51單片機內寫入千盟移動機車顯示屏軟件。由AT89C51單片機對整個顯示屏的顯示、語音提示等進行控制。IC602 DS12887時鐘芯片為顯示屏提供標準時鐘；IC603 54LS373I鎖存低位地址；IC604 54LS244作為線驅動器；IC605 MAX831為看門狗芯片；IC606 MAX485為串行通信接口；IC608 54LS154地址譯碼器。IC801 27080作為語音存儲器；IC803 VP1410作為語音控制器；IC804和IC805將語音進行放大送喇叭發音。IC101-IC123 CC4511作為顯示驅動；LED101-LED123為數碼管；IC124-IC127 54LS373作為發光二極管的鎖存和驅動。
電流放大板(圖12)在推焦時，互感器將推焦電流的互感信號送到IC1 TL081放大；IC2和IC3TL081全波整流，R9、C2濾波后送車上EM231 AI0作A/D轉換從而得到推焦電流的數據。在平煤時，互感器將推平煤電流的互感信號送到IC4 TL081放大；IC5和IC6 TL081全波整流，R19、C4濾波后送車上EM231 AI1作A/D轉換從而得到平煤電流的數據。
權利要求1.一種煉焦過程自動化管理控制系統，由計算機技術、感應無線技術組成，其特征在于系統包括中控室部分、車上部分、編碼感應電纜部分、其中1)、所述的中控室部分包括主控計算機、動畫計算機和中控柜，且中控柜有多個相同的單元分別對應多個車，每個單元中由中控PLC通過端口1RS-485通信接口與主控計算機通信，端口0RS-485通信接口與車上PLC通信并控制地址檢測器對地址信號進行放大、檢測，并顯示中控PLC送來的地址，通信器對中控PLC送到車上PLC的串行數據進行調制，調制后送功率放大器放大，從編碼感應電纜上發出，接收編碼感應電纜上由車上PLC發出的數據通信調制信號，進行放大解調，送到中控PLC；2)、所述的車上部分包括車上PLC、通信器、功率放大器、感應無線、車上顯示屏，車上PLC將車況通過數據通信傳送給主控計算機，并接收主控計算機的指令實施對機車控制，通信器對車上PLC送到中控PLC的串行數據進行調制，調制后送到功率放大器放大，然后送到同車行走的感應天線上發送，并接收感應天線傳來的中控PLC發出的串行數據通信調制信號，解調后送車上PLC，車上顯示屏RS-485通信接口與主控計算機通信，接收主控計算機的信息，用數碼管顯示，語音提示指導操作；3)、所述的編碼感應電纜部分在電纜中有若干對線，分為兩類，通信用對線和地址類對線，通信對線按一定的規律交叉，地址對線按格雷碼規律交叉，用護套封裝后安裝有沿機車軌道一旁。
2.根據權利要求1所述的煉焦過程自動化管理控制系統，其特征在于所述的地址檢測在PLC控制下，由(IC6)模擬選通門(4051)，將編碼感應電纜上的R信號，R0～R5，分別進行選通，由(IC7 TL081)前級放大，(B2帶通濾波器濾波)，(IC8 TL081)后級放大，(IC9、IC10)全波整流，濾波后送EM231 AI0，進行A/D轉換，PLC選擇其中信號幅度最大Ri作為基準信號，并由(IC12 LM311)整形成方波，在PLC控制下，由(IC1)模擬選通門(4067)，將編碼感應電纜上的G信號，G0～G10，分別進行選通，由(IC2 TL081)前級放大，(B1)帶通濾波器濾波，(IC3 TL081)后級放大，由(IC12 LM311)整形成方波，與Ri的方波比較相位，由(IC13A CC4070)進行相位鑒別，根據同相為0，反相為1的原則進行鑒別，然后，將結構送PLC，在PLC控制下，由(IC1)模擬選通門(4067)，將編碼感應電纜上的G0、G0’信號分別進行選通放大，全波整流，濾波后送EM231 AI1，進行A/D轉換，若G0、G0’的幅值數據分別為DG0、DG0’。
3.根據權利要求1所述的煉焦過程自動化管理控制系統，其特征在于所述的通信器中的調制器由PLC送來的數據信號通過(U1 MAX485)轉換為TTL電平信號并送入(U9 54LS51)；(U5 54S04)產生的震蕩信號也送入(U9)；(U9)的(P6)腳輸出載波信號，通過(U6 54LS73、U8 54LS393)分頻移相后分別從(U6)的(P8)和(P13)腳輸出兩路調制信號，頻率為地上79KHz、車上49KHz，相位差為90度，該信號通過兩路帶通(BP1、BP2)濾波后送功率放大器。
4.根據權利要求1所述的煉焦過程自動化管理控制系統，其特征在于所述的通信器中的解調器將接收的數據通信調制信號通過(U1、U2 TL081)移相、求和、放大后由(BP1)濾波，濾波信號通過(U3 TL081)限幅后由(BP2)進行二次濾波，二次濾波信號通過(U4 TL081)放大后送入(U9 MC1595)，(U9)將二次濾波信號與(U12 54S04)產生的震蕩信號相乘后輸出3.5KHz的信號，該信號通過(U8 TL084)濾波后送入(U7 XR2211)，(U7)將載波信號解調為數據信號，該數據信號通過調制器的(U1)進行電平轉換后送入PLC。
5.根據權利要求1所述的煉焦過程自動化管理控制系統，其特征在于所述的功率放大器由調制信號經(IC7、IC8 TL081)前置放大，送(IC6 LM3886)進行功率放大發出。
6.根據權利要求1所述的煉焦過程自動化管理控制系統，其特征在于所述的車上顯示屏(IC601 AT89C51)單片機是車上顯示屏的核心；由(AT89C51)單片機對整個顯示屏的顯示、語音提示等進行控制；(IC602 DS12887)時鐘芯片為顯示屏提供標準時鐘；(IC603 54LS373)鎖存低位地址；(IC60454LS244)作為線驅動器；(IC605 MAX831)為看門狗芯片；(IC606 MAX485)為串行通信接口；(IC608 54LS154)地址譯碼器；(IC801 27080)作為語音存儲器；(IC803 VP1410)作為語音控制器；(IC804)和(IC805)將語音進行放大送喇叭發音；(IC101-IC123 CC4511)作為顯示驅動；(LED101-LED123)為數碼管；(IC124-IC127 54LS373)作為發光二極管的鎖存和驅動。
專利摘要本實用新型涉及計算機技術和感應無線技術，特別指煉焦過程自動化管理控制系統中移動機車的管理和控制。由計算機技術、感應無線技術組成，其特點是系統包括中控室部分、車上部分、編碼感應電纜部分、其中中控室部分包括主控計算機、動畫計算機和中控柜，且中控柜有多個相同的單元分別對應多個車；車上部分包括車上PLC、通信器、功率放大器、感應無線、車上顯示屏；編碼感應電纜部分在電纜中有若干對線，分為兩類，通信用對線和地址類對線，通信對線按一定的規律交叉，地址對線按格雷碼規律交叉，用護套封裝后安裝有沿機車軌道一旁。本實用新型采用能夠抗同頻干擾的感應無線技術抗干擾天線，大大地提高了系統抗干擾能力。
文檔編號G05B15/00GK2667537SQ0324848
公開日2004年12月29日 申請日期2003年8月7日 優先權日2003年8月7日
發明者陳進, 余燎原, 龔曙波, 周曉暉, 陳新 申請人:岳陽千盟電子有限公司