第1章 卸料小車定位系統(tǒng)簡介

1.1 現(xiàn)場概述

在散狀物料處理的輸送系統(tǒng)中將物料卸在不同的料倉之中的過程稱之為卸料或布料。布料的關鍵設備就是卸料小車（又叫卸料車、布料小車、移動式可逆輸送機、可逆帶式輸送機、可逆配倉帶式輸送機、可逆配倉移動式皮帶輸送機、梭式布料機），它的作用就是在輸料系統(tǒng)中將上料皮帶機上的料卸在指定的料倉里，為達到卸料小車能給不同的料倉卸不同的料，卸料小車需要沿著上料皮帶機運行方向進行正反方向的往復運行。

在鐵前系統(tǒng)中的礦山、原料、燒結(jié)、球團、焦化、煉鐵以及港口碼頭都會用到卸料小車來卸料，雖然工藝條件不同，但對卸料小車的位置檢測是關鍵一環(huán)，會直接影響產(chǎn)品質(zhì)量和工作效率。如港口碼頭是在大型散料倉庫上方裝設運行軌道安裝皮帶運輸機，當固體顆粒狀成品不直接裝車時，可通過皮帶運輸機輸送到卸料小車進料口，再由卸料小車沿著運行軌道將固體顆粒成品均勻撒在散料倉庫內(nèi)進行儲存；卸料車通過精確位置控制來實現(xiàn)多點均勻布料，由此提高倉容，創(chuàng)造經(jīng)濟效益。在鋼鐵生產(chǎn)過程中鐵前環(huán)節(jié)需要將不同料種進行混配，料倉布料的精確度影響鋼鐵質(zhì)量和效益，通過對卸料車的高效準確自動化控制能夠科學達到鐵前產(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一起移動現(xiàn)地使用手動控制卸料小車來實現(xiàn)對料倉的卸料，崗位操作人員通過人眼觀測每個料倉的料位，根據(jù)需要將小車開到合理的料倉卸料。其次對卸料小車的控制大多是通過在每個料倉處安裝限位開關，利用其提供的幾個點的位置信號在操作室內(nèi)進行遠程控制；對小車到達目標倉位和換倉的判斷是基于操作臺上的倉位信號燈的指示信號：例如1#-12#共12個倉就在操作臺面板上設置對應的12個位置指示燈。指示燈的信號是通過在現(xiàn)場的每個倉旁邊裝一個或多個接近開關（或限位開關）得到的。當小車經(jīng)過倉位處的接近開關或限位開關時，開關感應到一個信號，送給中控室，從而對應倉的指示燈亮，操作人員就知道小車到達了目標倉，即按停止按扭進行卸料，當中控室的料位信號指示倉滿后操作人員控制小車繼續(xù)向左或向右運行，直到到達對應的目標倉，信號燈亮后再停下來布料，以此達到換倉的目的。

傳統(tǒng)的這種方式所使用的限位開關會出現(xiàn)如下問題：第一容易失靈，接近開關或限位開關的工作原理決定了其可靠性不佳。其次由于小車制動時發(fā)生的“溜車”現(xiàn)象，停不準。所以一旦小車不能準確停在所安裝的限位開關范圍內(nèi)（發(fā)生溜車），中控室的操作臺上的所有信號燈無一變亮，這樣也就出現(xiàn)了我們所說的“小車位置丟失”，中控人員不知道小車到底在什么位置了，這時就需要派人到現(xiàn)場確認小車位置后告知中控，中控才能繼續(xù)操作小車運行到達目標位置。上述問題對控制和生產(chǎn)帶來的影響總結(jié)如下：

卸料小車是直接將料卸到料倉的，由于定位的不準或失靈（特別在發(fā)生溜車時如果操作人員責任心不強，未到現(xiàn)場確認位置，晚間值班多易出現(xiàn)）容易導致錯倉混料的事故，直接影響到原料成分的穩(wěn)定性，造成質(zhì)量不合格；

整個連續(xù)的生產(chǎn)過程常被打斷，不僅影響了生產(chǎn)效率，而且設備的實際作業(yè)率很低，無法實現(xiàn)整個流程的信息化高效作業(yè)；

失靈后需專門派人到現(xiàn)場確認小車位置，派到現(xiàn)場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對講機來傳遞的，因為現(xiàn)場噪音干擾嚴重，受通話質(zhì)量、現(xiàn)場環(huán)境等影響，難以保證信息傳遞準確性。一來容易引發(fā)事故，二來無端耗費大量工作時間；

當操作人員在控制室內(nèi)操作卸料小車時，現(xiàn)場觀察人員的存在始終是一個安全隱患。如果操作工與現(xiàn)場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)場環(huán)境極差，粉塵和噪音嚴重影響了崗位操作人員的身體健康，不宜長期有人在現(xiàn)場值守；

中控室只能感應到幾個點的位置信號，中控室無法實現(xiàn)對現(xiàn)場長量程的監(jiān)控功能；

因為定位不準，中控室調(diào)度需要時刻同崗位操作人員保持聯(lián)系，以便確定現(xiàn)場的卸料情況，進行全盤計劃和調(diào)度。中控和現(xiàn)場互相之間的溝通交流就占用了大量的時間，給提高設備的整體作業(yè)率帶來了許多不便；

限位開關的失靈還可能導致卸料小車兩端碰撞或掉道事故。

要完善解決上述問題就必須做到兩點：第一，位置信號要可靠準確，而且要能在現(xiàn)場強粉塵的環(huán)境下可靠工作。第二，中控要能把小車的運行軌跡跟蹤監(jiān)控下來，非常直觀地知道小車目前所處料倉的位置坐標和對應的料倉（如果采用攝相頭監(jiān)控無法指導操作人員對幾十米長的一模一樣的倉位進行識別）。也就是說如果我們能知道現(xiàn)場小車的連續(xù)絕對位置坐標，就能很好地做到這兩點。

1.3 本系統(tǒng)采用的定位技術

本系統(tǒng)使用刻度標尺精確定位技術來檢測卸料小車的實時位置，將卸料小車的實時位置信息傳送到系統(tǒng)PLC，再到上位機，主控操作人員或崗位人員通過上位機時刻掌握卸料小車的具體位置和每個料倉的倉容情況（結(jié)合料位計）來控制卸料小車運行。通過刻度標尺精確定位系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的協(xié)同工作，可以實現(xiàn)卸料小車行走位置準確可靠，將皮帶機上的料卸在指定的料倉中，防止偏離卸料口，實現(xiàn)定點或多點布料，滿足卸料需求。

通過該技術的使用，可以時刻掌握各個料倉的實際料量，了解卸料小車的實時位置，實現(xiàn)自動定點或多點均勻卸料?？商岣咝读闲剩?jié)約成本；有利于減少工人勞動強度，保護崗位操作人員身體健康；杜絕各類生產(chǎn)安全事故和混料錯倉等質(zhì)量事故的發(fā)生；實現(xiàn)信息的有效收集，有利于提高設備作業(yè)率；提高自動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)值和競爭力。

第2章 刻度標尺精確定位系統(tǒng)

2.1 刻度標尺系統(tǒng)簡單說明

刻度標尺精確定位系統(tǒng)包括一臺地面電氣柜（含刻度分析儀等）、一臺車載電氣柜（含刻度生成儀等）、刻度標尺以及游尺指針等。其中刻度標尺是由扁平狀的PVC合成材質(zhì)外殼材料和內(nèi)部按照格雷碼規(guī)律編制的芯線構(gòu)成，類似一把有刻度的標尺，一般安裝在沿移動機車運行軌道單側(cè)邊，或者沿運行軌跡鋪設在地面上，亦或安裝在軌道旁的柵欄立柱上均可，需要檢測多長的位移就鋪設多長的刻度標尺；游尺指針安裝在機車上，用于識別本機車所在的位置。游尺指針相對刻度標尺平行非接觸移動，游尺指針指向的刻度即是當前位置值，可以在車上或地上得到位移量，無需初始參考點，定位精度5毫米，分辨率2毫米；可以斷續(xù)或連續(xù)檢測，尤其適用于軌道不平整的大車或環(huán)形運動機械位移檢測。防水、防油、防塵、耐酸堿，適用于冶金、礦山、水利、港口碼頭堆場、倉儲、化工等條件比較惡劣的環(huán)境。

2.2 刻度標尺系統(tǒng)原理

刻度標尺精確定位系統(tǒng)采用電磁感應原理來檢測移動設備的位移量，當游尺指針線圈中通入交變電流時，在游尺指針附近會產(chǎn)生交變磁場?？潭葮顺呓铺幵谝粋€交變的、均勻分布的磁場中,每對刻度標尺芯線會產(chǎn)生感應電動勢?？潭壬蓛x信號通過電磁耦合方式傳送到刻度標尺的感應環(huán)線上?？潭确治鰞x對接收到的信號進行相位比較。交叉線的信號相位與平行線的信號相位相同，地址為“0”；交叉線的信號相位與平行線的信號相位相反，地址為“1”，這樣感應的地址信息是格雷碼排列，由此確定游尺指針在刻度標尺長度方向上的位置。

2.3 刻度標尺技術指標

移動機車地址測量精度：≤5mm，分辨率：2毫米，測量范圍：任意定制；

工作環(huán)境溫度：系統(tǒng)工作溫度：-20℃— +70℃，

刻度標尺工作溫度：不加防護套：-40℃—+85℃，

加防火套： -40℃—600℃，高溫時耐熱時間約80秒；

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

 重量：刻度標尺重量：1.5Kg/m，外形尺寸：100mm×10mm×長度；

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；

 適應速度：≤350M/min；

 標準信號輸出：RS232/RS485，可擴展其它信號；

 信號傳輸距離：≤1200米（485信號輸出）；

 刻度標尺和游尺指針防護等級：普通IP67，最高IP69（水下工作）；

 輸入電源：220VAC±10%；

 耗電：地面電氣柜<100w  車載電氣柜<100w。

2.4 刻度標尺功能特點

系統(tǒng)中的刻度生成儀（兼函數(shù)信號發(fā)生）按一定的周期發(fā)出地址載波信號，經(jīng)游尺指針發(fā)射至刻度標尺，地面站的刻度分析儀接收到信號后，解碼還原出機車所處刻度標尺處的絕對地址，經(jīng)控制器處理后由RS232或者RS485輸出。

無磨損的非接觸式位置檢測，使用壽命長；

可以斷續(xù)或連續(xù)檢測，測距長達2公里，位移檢測長度可以根據(jù)需要定制；

耐污染能力超強，可用在水下、防蒸汽、耐酸堿；

安裝簡單更換方便（無需改變現(xiàn)場環(huán)境），免維護；

高穩(wěn)定性、高可靠性、多種信號輸出方式選擇；

具有反向極性保護功能、防雷擊、防射頻干擾、防靜電；

無需參考點的位移量絕對型輸出，不怕掉電；

位置的取樣時間和測量長度沒有關系；

可以用在環(huán)形運動機械位置檢測。

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

2.5 刻度標尺單套設備結(jié)構(gòu)圖（一維檢測）

1) 車載子系統(tǒng)：由游尺指針、車載電氣柜（內(nèi)含刻度生成儀、開關電源等）。

2) 地面子系統(tǒng)：由地面電氣柜組成（內(nèi)含刻度分析儀、開關電源、網(wǎng)關、標尺引線轉(zhuǎn)換器等）。

3) 刻度標尺子系統(tǒng)：由專用刻度標尺、CN箱、EN箱、普通電纜以及各種用于刻度標尺安裝、固定、防護機構(gòu)組成。

圖示2：一維檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

第3章 系統(tǒng)實現(xiàn)功能特點

實時檢測卸料車當前位置，即所處倉位（槽位）識別；

多點均勻布料（下料），提高倉容利用率；

精確作業(yè)，優(yōu)化流程，減少人工出錯機率；

防止錯倉混料、卸料時偏離卸料口事故的發(fā)生；

根據(jù)工藝與料位計配合，可實現(xiàn)遠程控制，半自動、全自動操作；

實現(xiàn)生產(chǎn)過程的計算機管理，遠程監(jiān)控，生產(chǎn)狀況存貯查詢；

保護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;

延長卸料車的使用壽命。

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

第4章 系統(tǒng)應用領域

主要用于散狀物料處理環(huán)境中的物料搬運設備。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)、機械系統(tǒng)等有軌搬運設備精確定位和自動控制，如：礦山采礦選礦卸料小車定位、燒結(jié)機成品卸料車定位系統(tǒng)、燒結(jié)成品礦槽移動布料小車定位系統(tǒng)、燒結(jié)成品礦倉卸料小車定位系統(tǒng)、燒結(jié)混勻配料系統(tǒng)卸料小車自動定位系統(tǒng)、鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯工程中卸料小車自動定位系統(tǒng)、燒結(jié)工程燃料破碎室倉上卸料小車定位系統(tǒng)、燒結(jié)工程配料室混勻倉上卸料小車定位系統(tǒng)、混勻配料槽卸料小車定位系統(tǒng)、高爐礦槽作業(yè)線上皮帶卸料小車定位系統(tǒng)、球團環(huán)保車間卸料系統(tǒng)、綜合原料場工程中卸料小車自動定位系統(tǒng)、原料廠供-2A、2B卸料小車自動混勻配料系統(tǒng)、高爐礦槽卸料小車智能布料系統(tǒng)、礦槽作業(yè)線移動布料小車布料控制系統(tǒng)、焦化備煤系統(tǒng)帶式輸送機用的卸料車位置檢測系統(tǒng)、煉鐵原燃料供料系統(tǒng)焦炭卸料車定位、燒結(jié)卸料車定位和球團及雜礦卸料車定位、帶式輸送機卸料小車的位置檢測、儲煤筒倉上卸料小車三定點卸料系統(tǒng)、港口儲運筒倉卸料系統(tǒng)、石灰窯小車自動卸料系統(tǒng)等。