数字化煤场中堆取料机定位的实现原理

摘要：现代化工厂的生产工艺越来越依靠自动化和数字化技术的支持。以煤化工企业为例，煤是这个企业生产中重要的原料，合理的进行资源配给是创造企业效益不可或缺的环节。以前资源分配的合理化过分依赖于生产设备的使用规范和生产人员的工作经验。如何合理有效的分配资源呢？这就需要在生产工艺中引入自动化和数字化，本文以数字化煤场管理为例，简述一下堆取料机如何实现自动定位，从而对煤场的主体设备进行动态管理。

关键字：定位无线技术编码器

中图分类号：C93文献标识码： A

The realization of the locomotive in the coal yard of digital positioning principle

(Qian’an Operation Department, Beijing Shougang Automation & Information Technology CO., Ltd., Qian’an 064400)

Abstract :Modern factory production process automation and digital technology is more and more rely on the support. In coal chemical industry enterprise, for example, coal is important in the production of raw materials, reasonable resource ration is to create an indispensable component of the enterprise benefit. When the original resource allocation rationalization relies too heavily on the use of production equipment specification and production personnel working experience. How to reasonable and effective allocation of resources? This will require a introduced in the production process automation and digitalization, based on the digital management of coal, for example, briefly describes how to realize the automatic positioning, how to carry on the dynamic management of the coal main equipment.

Keywords: Positioning Wireless technologyEncoder

一、堆取料机设备的特殊性

堆取料机是焦化厂生产环节中的重点设备，是煤种分类调配的主要工具。它具备两方面工作任务：一、堆取料机负责将翻车机或卸车机卸下的煤，按照煤种种类，通过皮带分堆堆放在煤场的指定位置上；二、堆取料机还负责将煤场上的煤，按照生产工艺要求，通过斗轮和皮带将指定的煤运输到配煤仓中。这就是通常所说的“堆煤”和“取煤”操作。

堆取料机的主体设备安装在两条钢轨上运行，钢轨之间就是“堆煤”和“取煤”的主皮带。目前，一些大型的堆取料机均具备自动化控制系统，同时与皮带系统也存在着大量的开关量连锁，主控室一般通过控制皮带来控制堆取料机的小皮带和斗轮。

堆取料机的大臂是一个有固定长度可进行0-270度旋转的钢铁结构，大臂通过旋转将煤堆到指定的位置，或取指定的煤种。它的前方安装了一个旋转斗轮，斗轮在取煤的过程中，通过旋转将煤取到小皮带上，再运输到其他地方。堆煤的过程中，斗轮不旋转。

图1.1 斗轮式堆取料机

综上所述，由于堆取料机设备的特殊性，如果要对它实现动态管理，首先要实现机车行走位置的精确定位，同时还要实现斗轮位置的精确定位。确定其在堆取什么煤。从而在煤场动态管理画面上直观的显示出堆取料机的运行状态。

二、堆取料机定位的实现方式

2.1 堆取料机行走位置的实现方式

本文所介绍的堆取料机行走位置检测采用在大车上的从动轮上安装编码器的方式。为确保传输过程中数据准确性，可以在堆取料机的行走轨迹上安装几对光电开关以对走行位置进行及时校正（轨道下一侧安装光电开关投光器，堆取料机上安装光电开关受光器）。编码器通过DP电缆，连接到PLC主站上，为了在编码器DP网络出现问题时不影响现有PLC系统运行，可以加装DP主站模块。光电开关信号通过线缆接入堆取料机的现有的自动控制系统。

2.2 堆取料机斗轮位置的实现方式

堆取料机的斗轮位置利用了几何中最常用的公式。由于机车大臂的长度是一定的，只需直到大臂旋转与皮带产生的夹角，就可利用勾股定理，直接算出斗轮与皮带的垂直距离，将所求得的距离输出到煤场动态画面中，就可以直观的看到堆取料机斗轮所在的位置。

图2.2 斗轮位置计算方式

现在我们就来解决如何测量大臂旋转角度的问题。这里还是采用旋转编码器的形式，通过对机械结构的探查我们可以得知，大臂的旋转靠的是齿轮结构，齿轮和大臂同轴，齿轮运动，随之大臂就开始旋转。由此我们可以利用堆取料机的齿轮机构，加装一套从动齿轮机构，使其与大臂旋转的主运动齿轮咬合，在后加的从动齿轮机构上安装一台编码器。

图2.3 编码器安装在齿轮结构外侧

采用齿轮机构的安装方式，因为齿轮随大臂运动，编码器的转速不高，单是编码器的精度决定于齿轮的咬合程度，长期使用，齿轮出现磨损，会降低编码器的精度，这个问题可以通过定期检查矫正回转编码器数值来解决。采用双编码器方式，实现了对堆取料机行走位置和斗轮位置的定位。

三、信号无线传输的实现方式

目前越来越多的无线技术应用到工厂，取代了原有的通讯电缆。使数据通讯更加稳健、可靠。涉及到本文所说的堆取料机，数据如何通讯呢？堆取料机是大型的移动设备，在之前，它的特殊性决定其数据通讯必须采用大量的拖缆和滑线。而现在的无线技术完全可以替代这些易损的设备。

一般煤场距离主控中心较远，而且堆取料机的原有控制系统的数据都不采集到工业数据库服务器中，且堆取料机为移动设备，距离现有工业网络节点比较远。因此大量采用了无线传输设备进行数据通信。

下面以MOXA的无线传输设备为例，简述一下如何实现堆取料机的无线通讯。

为了实现堆取料机数据传输，在原西门子PLC系统中添加以太网模块，以太网模块通过赫斯曼交换机与安装在机车司机室内的MOXA无线客户端相连，数据通过设置在机车顶端和主控中心楼顶的天线，传输进主控中心的无线AP，再通过工业环网主交换机进入到工业服务器中，煤场动态管理系统通过调取工业服务器中的数据采集到堆取料机的位置信息。

由于堆取料机为移动设备，为避免通讯出现死角，无线天线必须为全向天线。中控楼为无线接收核心部分，考虑到天线损坏影响整个网络运行，在中控楼AP基站天线架设双冗余天线，确保设备稳定。

无线技术的应用大大降低了安装成本和维护费用，其良好的数据通讯功能，保证了数据的连续性和准确性。

四、总结

随着高炉对焦炭质量的要求越来越严格，要求焦化厂的配煤管理逐步精细，质量控制更加平稳。煤场的动态、数字化管理是摆在焦化行业面前一个尤为重要的问题。而做到煤场的动态管理，对堆取料机实现定位，是一个不可或缺的环节。本文叙述了一种成本低廉，维护简单的实现方式，不但能满足系统的需求，还可以扩展更多的功能。值得在行业内部进行推广。

参考文献：

[1] 房振发 李春雷 《PLC在堆取料机上的应用》 .2003 第11期《自动化仪表》

[2] 肖洪 孙永 《旋转编码器在斗轮堆取料机上的应用》.2008 第3期《燃料与化工》

[3] MOXA无线设备选型手册