焦化厂输煤系统承担从卸煤坑至储煤场堆煤及储煤场至煤仓取煤的任务,输煤系统的安全、可靠运行是保证全厂安全、高效运行不可缺少的环节,程控输煤系统由系统程控中心,PLC控制系统和调度系统3个方面构成,程控输煤系统采用性能可靠、抗干扰强的PLC作为主控制器,以工业控制计算机作为上位机,他负责统计、报表及界面的可视化操作,调度系统是PLC控制系统的工作基础,该系统与厂部MIS通讯,用于确定堆煤、取煤的煤种、数量、位置。

1 煤场定位系统的功能及实现

1.1 定位系统的主要功能

基于ADAM4000模块的煤场定位系统作为调度系统的一个重要组成部分,负责实时采集堆取料机及其转臂的位置信息并将数据无线发送给程控中心。程控中心依据接收到的数据来判断如何作业,并通过PLC控制系统来实现对斗轮堆取料机的行走位置,悬臂仰俯角度、回转角度的控制,因此现场数据准确及时的采集是整个输煤系统能够正常运行的前提条件,程控中心接收到定位系统发送的信息后,从数据库中检索煤场对应位置的存煤数据,判断堆煤操作合法性,如果合法则形成新的堆煤历史记录,自动修改煤场堆煤信息,如果操作非法,发出堆煤错误报警信息,同理判断取煤操作合法性,斗轮堆取料机启停控制信号,电流量及启停反馈信号动力中心、将其通过电缆引到程控室、经隔离与PLC相连,从而使PLC能够控制斗轮堆取料机的启、停、位置或给出操作报警信号,由司机手动控制。

1.2 定位系统的整体构成

煤场定位系统以工控机控制ADAM400系列模块为基础,位置检测部分由单片机检测电路实现,工控机通过ADAM模块得到位置信息后,再通过GPRS发送装置将其发送至控制中心进行处理,系统组成结构如图1所示。

其中ADAM4520把工控机串口RS232标准转换到RS485标准,计数/频率模块ADAM4080得到单片机检测电路检测到的位置信息并上上转给工控机,利用数字量I/O模块ADAM4050进行限制报警控制,为了方便与现场工作人员交互信息,在堆取料机上安装了RS232串口接口方式的点阵式LED显示屏,显示输煤系统运行过程中的状态信息,其接口通过RS485到RS232转换模块ADAM4521来实现,无线数传模块LQ8100DTU GPRS内嵌TCP/IP协议栈,具有永远在线、按流量计费、动态IP地址管理的优点,可实现串口透明的无线数据传输、数据高速实时传输,将数据准确发送到控制中心。

1．3 单片机检测电路

堆取料机车轮轴上和转臂转动轴上都装有齿轮,位置型传感器固定在齿轮旁边对其走齿情况进行检测,系统利用AT89C52单片机根据传感器的两路输出确定堆取料机的位置或转臂的旋转角度,将数据存入非易失性存储器,并将采集到的位置数据以连续脉冲的形式发送给ADAM4080,而ADAM4080对脉冲进行计数,脉冲数量与要发送的位置数据相对应。此外,还配备了初始位置设定电路和3个行程开关以实现位置矫正。单片机检测电路的电路图如图2所示。

2 系统的工作原理

2．1 位置数据的检测

堆取料机的走行距离及转臂旋转角度都与相应轴上的齿轮旋转角度成正比,通过传感器检测走齿数即可换算出走行距离,同时必须还要知道走行或旋转的方向。利用位置型双路测速传感器πWl6LD可实现以上要求,其采用新型磁敏感元件、钢铁材质导磁体触发,具有频响宽(从静态开始到30 kHz)、稳定性好、抗干扰强的优点;传感器的输出为两路有相位差的幅度稳定的方波信号,具有判向功能,能分辨齿轮、齿条的运动方向,可以测量双向运动的位移量和正反角度转动的角度值。位置型传感器的工作原理如图3所示。

πW16LD的两路输出分别接单片机的INTO和P1．6,外部中断O采取边沿触发方式,即每走一个齿传感器便产生一个脉冲来引发一次中断,在中断服务程序中,要判断P1．6是高电平还是低电平,为高电平则将单片机用来存储位置数据的寄存器值加1,否则减1,在中断结束前把新数据存入有锂电池的存储器HKl235。

2．2 位置矫正及初始位置输入电路

在系统长时间运行过程中可能由于车轮滑动等因素而使位置数据产生误差,定位系统在堆取料机全长260 m的行进轨道的60 m,120 m,180 m处设置了3个矫正点,通过行程开关以中断的方式把单片机中的位置数据矫正成正确的数据。堆取料机和转臂的初始位置数据通过以82C79为核心输入电路来置入,其中断输出引脚IRQ和3个行程开关的输出分别接到4输入或非门的4个输入端上以实现中断扩展,或非门的输出接到89C52的INT1引脚,当单片机的外部中断1产生中断时,服务程序首先通过依次读P1．3～P1．5的逻辑状态以判断是否为行程开关引起的触发,如果是则把寄存器存储的数据修改成此开关所对应的位置数据;否则即为有键按下使82C79产生的中断,则将代表位置的4个键值依次读出,通过程序转换成2 B表示的数据,在服务程序结束前将新数据存入HK1235。电路图如图4所示。

2．3 ADAM4080与单片机的通信

计数／频率模块ADAM4080的计数器输入主要技术指标为：

通道：2个独立的32位计数器;

输入频率：最大50 kHz;

输入方式：隔离或非隔离;

隔离输入电平：逻辑O：最大+1 V;逻辑1：+3．5 V～+30 V：

数字量输出：集电极开路2通道。

电路连接如图2所示。利用ADAM4080内部的计数器O对单片机P1．1输出的脉冲进行计数,单片机在发脉冲的同时通过P1．2发出一个同步信号,在发送脉冲期间同步信号保持高电平其余时间输出低电平,利用此信号来作为ADAM4080内部计数器O的计数控制门GATE0的输入信号。工控机每隔10 s读取一次计数器0中的数据,读取后清零计数器O。由于所发脉冲数在0～9264之间(轨道全长260 m,每走一个齿对应O．028 m),脉冲频率为5 kHz,故最长发脉冲时间为1．86 s,工控机每10 s读一次数据,保证时间不会发生冲突。为使此过程循环进行以实现数据的更新,工控机要通过一个握手信号与单片机通信,可以通过ADAM4080的数字输出通道DOO来实现。将DOO接到单片机的P1．0上,每次工控机从ADAM4080中读取完数据并将计数器O清零后,先使DO0输出高电平,通知单片机可以重新启动发脉冲的过程,然后再使DOO输出低电平为下一次启动作准备,其中工控机对AD-AM4080操作的主要命令如表1所示。

上述通信过程的时序图如图5所示。

单片机通过查询方式来判断握手信号的状态,如果P1．0为高电平则发脉冲,否则等待。由时序图可知发送连续脉冲的时间与位置数据有关,为了避免出现当脉冲已发完而高电平尚未复位,即一次通信中发送多次而产生数据错误,可设置一个标志,低电平期间将其清O,到高电平后先判断标志,为O则发送,否则继续判断P1．O的状态,而在第一次发完之后将标志置1,便可保证正常通信。程序流程图如图6所示。

3 抗干扰措施

系统供电电源为30 V,为了提高抗干扰能力,AD-AM4080内部的数字系统和单片机检测电路的数字系统都采用隔离DC-DC,且两个数字系统共地。脉冲信号及同步信号用30 V驱动以提高其抗干扰性能,同时要保证数字系统与30 V电源隔离,因此单片机系统通过光耦元件4N25输出信号,而ADAM4080设置为隔离方式输入。传感器采用30 V供电,其两路输出也通过4N25接入系统。单片机系统利用软件陷阱结合硬件看门狗X25045保证了系统可靠工作,现场运行效果良好。

4 结语

基于ADAM4000系列模块的煤场定位系统实时准确地为程控输煤系统提供煤场堆取料机的位置信息,在实际运行中,保证了输煤系统稳定可靠的工作,定位系统结构简单,造价适中,具有进一步推广的价值。