专利名称：炼焦过程自动化管理控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及计算机技术和感应无线技术，特别指炼焦过程自动化管理控制系统中移动机车的管理和控制。
背景技术：
感应无线技术是七十年代在日本开始应用的一种工业应用技术，感应无线技术采用独特的编码感应电缆技术，十分成功地解决移动机车实现集中管理控制的两大难题数据通信与位置检测。感应无线技术在国内开始应用是1988年，有关论文有两篇《感应无线位置检测技术》、《感应无线数据通信系统SW-88》分别发表在《电子技术应用》93年第4期与第6期。将感应无线技术应用到炼焦过程，最早是岳阳市电子研究所与武汉钢铁公司焦化厂合作研制的焦炉三车联锁系统。该系统研制成功后分别发表了论文《感应无线和炼焦过程控制》(《燃料与化工》，29卷第3期)。原有系统采用STD总线笼架结构的单片机系统构成，原有系统过于复杂，原有系统的控制核心是实时控制中心，实时控制中心是由STD总线笼架结构的单片机系统构成。原有系统的位置检测，是分成两部分，其一是粗地址检测，其二是精密位置检测，两部分分别由两个单片机控制检测，电子线路复杂。原有系统有一块DT板，在数据计算机中，专门处理与实时控制中心是通信以及对系统的数据进行记录整理。
发明内容
本实用新型的目的是针对背景技术中存在的问题和缺点加以改进，提供一种结构简单、系统可靠性大大提高的炼焦过程自动化管理控制系统。
本实用新型的目的是通过以下技术方案达到的，本实用新型由计算机技术、应感无线技术组成，其特点是系统包括中控室部分、车上部分、编码感应电缆部分、其中
1)、所述的中控室部分包括主控计算机、动画计算机和中控柜，且中控柜有多个相同的单元分别对应多个车，每个单元中由中控PLC通过端口1RS-485通信接口与主控计算机通信，端口0RS-485通信接口与车上PLC通信并控制地址检测器对地址信号进行放大、检测，并显示中控PLC送来的地址。由通信器对中控PLC送到车上PLC的串行数据进行调制，调制后送功率放大器放大，从编码感应电缆上发出；接收编码感应电缆上由车上PLC发出的数据通信调制信号，进行放大解调，送到中控PLC。
2)、所述的车上部分包括车上PLC、通信器、功率放大器、感应无线、车上显示屏。车上PLC将车况通过数据通信传送给主控计算机，并接收主控计算机的指令实施对机车控制。通信器对车上PLC送到中控PLC的串行数据进行调制，调制后送到功率放大器放大，然后送到同车行走的感应天线上发送；并接收感应天线传来的中控PLC发出的串行数据通信调制信号，解调后送车上PLC。车上显示屏RS-485通信接口与主控计算机通信，接收主控计算机的信息，用数码管显示，语音提示指导操作。
3)、所述的编码感应电缆部分在电缆中有若干对线，分为两类，通信用对线和地址类对线，通信对线按一定的规律交叉，地址对线按格雷码规律交叉，用护套封装后安装有沿机车轨道一旁。
本实用新型数据通信误码率大大降低，达到＜10-7，原系统数据通信误码率为＜10-6；原有系统位置检测精度是1cm，本实用新型位置检测精度达到0.5cm；本实用新型采用能够抗同频干扰的感应无线技术抗干扰天线，大大地提高了系统抗干扰能力；本实用新型所有元器件全部采用工业级或军用级产品。系统可靠性大大提高。
图1是本实用新型系统结构图图2是中控柜单元结构图图3是车上部分结构图图4是中控地址检测电原理图图5是中控地址显示电原理图图6是调制器电原理图图7是解调器电原理图图8是功率放大器电原理图图9是阻抗配器电原理图图10是机控显示屏电原理图图11是显示屏电原理图图12是电流放大板电原理图具体实施方式
由图1、2、3可知，本实用新型由计算机技术、感应无线技术组成，其特点是系统包括中控室部分、车上部分、编码感应电缆部分、其中1)、所述的中控室部分包括主控计算机、动画计算机和中控柜。且中控柜有多个相同的单元分别对应多个车，每个单元中由中控PLC通过端口1RS-485通信接口与主控计算机通信，端口0RS-485通信接口与车上PLC通信并控制地址检测器对地址信号进行放大、检测，并显示中控PLC送来的地址。由通信器对中控PLC送到车上PLC的串行数据进行调制，调制后送功率放大器放大，从编码感应电缆上发出，或接收编码感应电缆上由车上PLC发出的数据通信调制信号，进行放大解调，送到中控PLC。
2)、所述的车上部分包括车上PLC、通信器、功率放大器、感应无线、车上显示屏，且通过车上PLC将车况通过数据通信传送给主控计算机，实施对机车控制，由通信器对车上PLC送到中控PLC的串行数据进行调制，调制后送到功率放大器放大，然后送到同车行走的感应天线上发送，并接收感应天线传来的中控PLC发出的串行数据通信调制信号，解调后送车上PLC，车上显示屏RS-485通信接口与主控计算机通信，接收主控计算机的信息，用数码管显示，语音提示指导操作。
3)、所述的编码感应电缆部分在电缆中有若干对线，分为两类，通信用对线和地址类对线，通信对线按一定的规律交叉，地址对线按格雷码规律交叉，用护套封装后安装有沿机车轨道一旁。
本实用新型有若干台计算机(包括PLC、单片机)组成，其分布与所用的软件如下主控计算机一台研华工业控制计算机，放置在中控室。其软件名称为千盟炼焦过程自动化管理控制软件。操作系统Winndows2000，编程语言Visalbasic6.0。采用的数据库Microsoft Access2000(单机版)和Microsoft SQLserever2000(网络版)。软件功能对整个生产过程实行集中管理控制。
动画计算机一台研华工业控制计算机，放置在中控室或调度室。其软件名称千盟炼焦过程动画软件。操作系统Windows2000，编程语言Visal basic6.0。软件功能用动画形式实时显示炼焦生产全过程。
中控室PLC四台SIMATIC S7-200PLC CPU226，安装在中控室中控柜内，分别对应推焦车、拦焦车、熄焦车、加煤车四种车。其软件名称为千盟移动机车位置检测软件。编程环境；STEP7-Micro/WIN3.2版，编程语言SIMATIC和IEC1131指令集，软件功能检测移动机车所处的位置。
车上PLCn*片SIMATIC S7-200 CPU224，安装在机车控制柜内。其软件名称为千盟移动机车控制软件。编程环境STEP7-Micro WIN3.2版，编程语言SIMATIC和IEC1131指令集。软件功能是检测机车工作状态和实施控制。
显示屏单片机n*片AT89C51单片机，安装在机车显示屏内。其软件名称为千盟移动机车显示屏软件。编程语言MSC-51系列单片机指令集，调试软件MEDWIN(中文版)，烧录软件RP3000。软件功能数字显示及语言提示。
注n为作业车台数，一般有7台作业，其中推焦车2台，拦焦车3台，熄焦车2台。
以上各部分计算机通过数据通信连成一体，并能通过网卡将系统并入局域网，从而使领导、调度人员及时了解生产现场情况。
以上5个软件构成软件系统，其名称为“千盟炼焦过程自动化管理控制系统V1.0”。系统软件“千盟炼焦过程自动化管理控制系统V1.0”于2003年6月已获中国版权局颁发的著作权证明书。编号软著登示第008600号，登记号2003S R3059。
系统功能本实用新型主要是解决焦化厂炼焦过程中四大车数据通信，位置检测，炉号对位，推焦联锁，摘门联锁，等一系列问题，从而达到炼焦生产过程实行计算机集中管理控制。
生产计划自动编排可根据5-2串序或9-2串序的生产工艺，自动编排推焦计划；可以手工编排推焦计划；可以手工修改推焦计划。
炉号及识别及方向判断根据所检测的机车位置，自动识别机车所处的炉号；根据所检测的机车位置和计划推焦炉号的位置，判断机车应正确运行的方向。
推焦联锁只有当主控计算机根据各方面综合信息，以及生产工艺要求给出允许推焦命令后，才能推焦；设置联锁解除开关，以便当系统发生故障时解除联锁。
摘炉门联锁只有当主控计算机根据各方面综合信息，以及生产工艺要求，分别给出推焦车允许摘炉门命令后，推焦车才能摘炉门；给出拦焦车允许摘炉门命令后，拦焦车才能摘炉门；在推焦车、拦焦车操作台上装有摘门联锁与解除联锁选择开关，以便机车检修、维修炉门或当系统出现故障时解除联锁。
推焦判断准确地判断推焦开始和推焦结束，从而记录推焦开始和推焦结束时间。
平煤判断准确地判断平煤开始和平煤结束，从而记录装煤时间。
机车驾驶室显示在机车驾驶室显示屏用高亮数码管显示；当前计划推焦炉号和计划推焦时间；当前系统统一标准时钟时间；当前各车所处炉号。在机车驾驶室显示屏发光二极管指示；各车到位指示和运行方向；一级允推信号，二级允推信号。
机车驾驶室语音提示在机车驾驶室显示屏用语音提示机车推作人员。当推焦车对准计划推焦炉号并有一定的停留时间，提示“推焦车已到计划炉区，准备工作完毕”；当拦焦车对准计划推焦炉号并有一定的停留时间且焦槽到位，提示“拦焦车已到计划炉区，准备工作完毕”；当熄焦车对准计划推焦炉号并有一定的停留时间且熄焦车车门关，提示“熄焦车已到计划炉区，准备工作完毕”；当实际时间与计划推焦时间相差5分钟时，提示“推焦时刻快到，请各车加快准备”；当判断推焦时间时，提示“推焦开始，如有紧急情况，请按停止推焦按钮”；当判断推焦时间结束时，提示“推焦顺利完成，请到新炉号推焦”。
动画功能以动画方式实时跟踪显示全炉区俯视图，机车移动状态及所处炉号，推焦杆、平煤杆、导焦槽工作状态以及熄焦、熄焦过程；在推焦开始后，显示推焦二维横向图及红焦从炉孔通过流入熄焦车的过程；显示各炭化室焦炭成熟程度(以颜色表示成熟程度)；显示推焦电流和平煤电流动态曲线；可全幅模拟显示机车数字显示屏。
记录功能每一个碳化室在推焦结束后，自动形成一条记录；可随时查询记录。
统计打印功能自动计算产生序数值K1、K2、K3；自动生成班组统计报表；自动生成日、月、年统计报表；打印上述报表。
系统技术指标数据通信技术指标通信方式串行异步通信；通信接口RS-485；波特率2400bit/s；调制方式FSK；校验方式偶校验+纵向冗余校验通信误码率＜10-7地址检测指标地址检测精度0.5cm；天线感应范围≤15cm各部分电路结构和基本原理地址检测器地址检测器其有两块电路板，中控地址检测板和中控显示板。
中控地址检测板(图4)
R信号选择在PLC控制下，由IC6模拟选通门4051，将编码感应电缆上的R信号(R0～R5)分别进行选通，由IC7 TL081前级放大，B2带通滤波器滤波，IC8 TL081后级放大，IC9、IC10全波整流，滤波后送EM231 AI0，进行A/D转换，PLC选择其中信号幅度最大Ri作为基准信号。并由IC12 LM311整形成方波。
粗地址检测在PLC控制下，由IC1模拟选通门4067，将编码感应电缆上的G信号(G0～G10)分别进行选通，由IC2 TL081前级放大，B1带通滤波器滤波，IC3TL081后级放大，由IC12 LM311整形成方波，与Ri的方波比较相位，由IC13ACC4070进行相位鉴别，根据同相为0，反相为1的原则进行鉴别，然后，将结构送PLC。
精密地址检测在PLC控制下，由IC1模拟选通门4067，将编码感应电缆上的G0、G0’信号分别进行选通放大，全波整流，滤波后送EM231 AI1，进行A/D转换。若G0、G0’的幅值数据分别为DG0、DG0’。则根据如下公式计算地址。
若粗地址为偶数精密地址＝DG0’/(DG0+DG0’)若粗地址为奇数精密地址＝DG0/(DG0+DG0’)综合地址＝粗地址+精密地址中控显示板(图5)由PLC将检测的综合地址，送到该板进行显示；由PLC将检测的地址信号格雷码用发光二极管显示。
通信器由图6可知调制器PLC送来的数据信号通过U1 MAX485转换为TTL电平信号并送入U9 54LS51；U5 54SO4产生的震荡信号也送入U9。U9的P6脚输出载波信号，通过U6 54LS73、U8 54LS393分频移相后分别从U6的P8和P13脚输出两路调制信号(频率为地上79KHz、车上49KHz)，相位差为90度，该信号通过两路带通BP1、BP2滤波后送功率放大器。
由图7可知解调器将接收的数据通信调制信号通过U1、U2 TL081移相、求和、放大后由BP1滤波，滤波信号通过U3 TL081限幅后由BP2进行二次滤波，二次滤波信号通过U4 TL081放大后送入U9 MC1595，U9将二次滤波信号与U12 54S04产生的震荡信号相乘后输出3.5KHz的信号，该信号通过U8 TL084滤波后送入U7 XR2211，U7将载波信号解调为数据信号，该数据信号通过调制器的U1进行电平转换后送入PLC。
功率放大器(图8)调制信号经IC7、IC8 TL081前置放大，送IC6 LM3886进行功率放大发出。
阻抗匹配器(图9)用变压器实现与编码感应电缆隔离和阻抗匹配。G1-G10信号和R0-R2信号共有13个完全相同的单元，编码感应电缆上的信号有+G1和-G1送入，经变压器隔离后，由R1、D1、D2限幅，并由ZD1提供一个2.5V的直流电压，从G1输出。L0、L1是两个完全相同的单元。编码感应电缆上的信号，从B1的+L0、-L0送入，一路通过R15作为G0送出；另一路在R17、L1、C4谐振串联，通过R16、D29、D30限幅，从L0送出。功放输出的L0信号，通过D31、D32、C2送到B1的彝族线圈，B1的+L0、-L0输出。
车上显示屏(图11)IC601 AT89C51单片机是车上显示屏的核心。在AT89C51单片机内写入千盟移动机车显示屏软件。由AT89C51单片机对整个显示屏的显示、语音提示等进行控制。IC602 DS12887时钟芯片为显示屏提供标准时钟；IC603 54LS373I锁存低位地址；IC604 54LS244作为线驱动器；IC605 MAX831为看门狗芯片；IC606 MAX485为串行通信接口；IC608 54LS154地址译码器。IC801 27080作为语音存储器；IC803 VP1410作为语音控制器；IC804和IC805将语音进行放大送喇叭发音。IC101-IC123 CC4511作为显示驱动；LED101-LED123为数码管；IC124-IC127 54LS373作为发光二极管的锁存和驱动。
电流放大板(图12)在推焦时，互感器将推焦电流的互感信号送到IC1 TL081放大；IC2和IC3TL081全波整流，R9、C2滤波后送车上EM231 AI0作A/D转换从而得到推焦电流的数据。在平煤时，互感器将推平煤电流的互感信号送到IC4 TL081放大；IC5和IC6 TL081全波整流，R19、C4滤波后送车上EM231 AI1作A/D转换从而得到平煤电流的数据。
权利要求1.一种炼焦过程自动化管理控制系统，由计算机技术、感应无线技术组成，其特征在于系统包括中控室部分、车上部分、编码感应电缆部分、其中1)、所述的中控室部分包括主控计算机、动画计算机和中控柜，且中控柜有多个相同的单元分别对应多个车，每个单元中由中控PLC通过端口1RS-485通信接口与主控计算机通信，端口0RS-485通信接口与车上PLC通信并控制地址检测器对地址信号进行放大、检测，并显示中控PLC送来的地址，通信器对中控PLC送到车上PLC的串行数据进行调制，调制后送功率放大器放大，从编码感应电缆上发出，接收编码感应电缆上由车上PLC发出的数据通信调制信号，进行放大解调，送到中控PLC；2)、所述的车上部分包括车上PLC、通信器、功率放大器、感应无线、车上显示屏，车上PLC将车况通过数据通信传送给主控计算机，并接收主控计算机的指令实施对机车控制，通信器对车上PLC送到中控PLC的串行数据进行调制，调制后送到功率放大器放大，然后送到同车行走的感应天线上发送，并接收感应天线传来的中控PLC发出的串行数据通信调制信号，解调后送车上PLC，车上显示屏RS-485通信接口与主控计算机通信，接收主控计算机的信息，用数码管显示，语音提示指导操作；3)、所述的编码感应电缆部分在电缆中有若干对线，分为两类，通信用对线和地址类对线，通信对线按一定的规律交叉，地址对线按格雷码规律交叉，用护套封装后安装有沿机车轨道一旁。
2.根据权利要求1所述的炼焦过程自动化管理控制系统，其特征在于所述的地址检测在PLC控制下，由(IC6)模拟选通门(4051)，将编码感应电缆上的R信号，R0～R5，分别进行选通，由(IC7 TL081)前级放大，(B2带通滤波器滤波)，(IC8 TL081)后级放大，(IC9、IC10)全波整流，滤波后送EM231 AI0，进行A/D转换，PLC选择其中信号幅度最大Ri作为基准信号，并由(IC12 LM311)整形成方波，在PLC控制下，由(IC1)模拟选通门(4067)，将编码感应电缆上的G信号，G0～G10，分别进行选通，由(IC2 TL081)前级放大，(B1)带通滤波器滤波，(IC3 TL081)后级放大，由(IC12 LM311)整形成方波，与Ri的方波比较相位，由(IC13A CC4070)进行相位鉴别，根据同相为0，反相为1的原则进行鉴别，然后，将结构送PLC，在PLC控制下，由(IC1)模拟选通门(4067)，将编码感应电缆上的G0、G0’信号分别进行选通放大，全波整流，滤波后送EM231 AI1，进行A/D转换，若G0、G0’的幅值数据分别为DG0、DG0’。
3.根据权利要求1所述的炼焦过程自动化管理控制系统，其特征在于所述的通信器中的调制器由PLC送来的数据信号通过(U1 MAX485)转换为TTL电平信号并送入(U9 54LS51)；(U5 54S04)产生的震荡信号也送入(U9)；(U9)的(P6)脚输出载波信号，通过(U6 54LS73、U8 54LS393)分频移相后分别从(U6)的(P8)和(P13)脚输出两路调制信号，频率为地上79KHz、车上49KHz，相位差为90度，该信号通过两路带通(BP1、BP2)滤波后送功率放大器。
4.根据权利要求1所述的炼焦过程自动化管理控制系统，其特征在于所述的通信器中的解调器将接收的数据通信调制信号通过(U1、U2 TL081)移相、求和、放大后由(BP1)滤波，滤波信号通过(U3 TL081)限幅后由(BP2)进行二次滤波，二次滤波信号通过(U4 TL081)放大后送入(U9 MC1595)，(U9)将二次滤波信号与(U12 54S04)产生的震荡信号相乘后输出3.5KHz的信号，该信号通过(U8 TL084)滤波后送入(U7 XR2211)，(U7)将载波信号解调为数据信号，该数据信号通过调制器的(U1)进行电平转换后送入PLC。
5.根据权利要求1所述的炼焦过程自动化管理控制系统，其特征在于所述的功率放大器由调制信号经(IC7、IC8 TL081)前置放大，送(IC6 LM3886)进行功率放大发出。
6.根据权利要求1所述的炼焦过程自动化管理控制系统，其特征在于所述的车上显示屏(IC601 AT89C51)单片机是车上显示屏的核心；由(AT89C51)单片机对整个显示屏的显示、语音提示等进行控制；(IC602 DS12887)时钟芯片为显示屏提供标准时钟；(IC603 54LS373)锁存低位地址；(IC60454LS244)作为线驱动器；(IC605 MAX831)为看门狗芯片；(IC606 MAX485)为串行通信接口；(IC608 54LS154)地址译码器；(IC801 27080)作为语音存储器；(IC803 VP1410)作为语音控制器；(IC804)和(IC805)将语音进行放大送喇叭发音；(IC101-IC123 CC4511)作为显示驱动；(LED101-LED123)为数码管；(IC124-IC127 54LS373)作为发光二极管的锁存和驱动。
专利摘要本实用新型涉及计算机技术和感应无线技术，特别指炼焦过程自动化管理控制系统中移动机车的管理和控制。由计算机技术、感应无线技术组成，其特点是系统包括中控室部分、车上部分、编码感应电缆部分、其中中控室部分包括主控计算机、动画计算机和中控柜，且中控柜有多个相同的单元分别对应多个车；车上部分包括车上PLC、通信器、功率放大器、感应无线、车上显示屏；编码感应电缆部分在电缆中有若干对线，分为两类，通信用对线和地址类对线，通信对线按一定的规律交叉，地址对线按格雷码规律交叉，用护套封装后安装有沿机车轨道一旁。本实用新型采用能够抗同频干扰的感应无线技术抗干扰天线，大大地提高了系统抗干扰能力。
文档编号G05B15/00GK2667537SQ0324848
公开日2004年12月29日 申请日期2003年8月7日 优先权日2003年8月7日
发明者陈进, 余燎原, 龚曙波, 周晓晖, 陈新 申请人:岳阳千盟电子有限公司