leaddcf武漢利德測控技術股份有限公司

WuhanLEADDOMeasuring&ControlCo.,Ltd

鎮鐵礦熱爐

自動化行車

控制系統技術方案

武漢利德測控技術股份有限公司

饒生/p>

目錄

1前言..........................................................................3

2系統控制結構..................................................................3

3系統組成結構..................................................................4

4格雷母線定位技術..............................................................8

5系統安全保障.................................................................19

6上位機功能說明...............................................................21

6.1系統簡介...............................................................21

6.2權限管理與登錄........................................................21

6.3主菜單.................................................................22

6.4行車操作及狀態顯示....................................................23

6.5行車故障顯示..........................................................24

6.6行車趨勢圖............................................................24

6.7生產產量報表..........................................................25

6.8料罐車操作及狀態顯示..................................................26

6.9料罐車故障顯示........................................................26

6.10登錄報表..............................................................27

7現場圖片.....................................................................28

7.1礦熱爐平板車格雷母線定位.............................................28

7.2礦熱爐爐頂自動化行車格雷母線定位....................................28

1前百

格雷母線技術是利德公司具有自主知識產權的專利技術，已成功應用于港

口、鋼鐵、鐵路等眾多領域，具有非接觸、檢測精度高、壽命長等特點，定位精

度可達5mmo

行車控制系統采用全自動的工作方式，無論上料、下料、到位都由系統自

動，完成，運行過程中無需人為干入，只需在初始步時，操作人員正確選擇現場

狀態，如加入哪個料倉、再按下自動啟動即可。

2系統控制結構

中心盥制獺

行轉制系用

圖1系統控制結構圖

行車的三種控制方式選擇在行車司機室進行，在進行控制方式切換時，行車

的任何機構動作的動作停止。只有選擇為“自動”時，才能進行自動運行控制，

該控制方式在上位機上進行。當行車上選擇“自動”時，上位機可以選擇“遠程

自動”和“遠程手動”兩種方式。

a）遠程自動時，當行車滿足自動運行條件，可以在上微機啟動自動運行，這

時行車將自動進行取料、力ri料、放空罐等循環動作。

b）遠程手動時，用戶可以輸入一個坐標，行車自動走行至該處；也可以對各

機構手動選擇速度和走行方向來控制。

C）行車和料罐車間的動作通過通訊來協調，實現自動取料罐和放空料罐的動

作。

d）行車出現緊急情況時，可以在上微機上按下急停按鈕來緊急停車。為防止

自動時設備失控，自動控制系統對通訊狀態進行實時監視，一旦通訊異常，則行

車和自動控制系統的PLC均會自動緊急停車，確保系統運行的安全。

e）增加第三套行車控制系統實現1/2號行車的備份，當1/2號行車故障時，

通過手動切換可以替代該行車。

3系統組成結構

系統主要是對行車實施自動控制。以提高工作效率和工作質量。

出依渣洞橋供電峨

小

車猛嫌機

有

，下

胃

s光纖嫌機

或

天懶

大車格科場

電的平鏟LC2

無發同橋供螺塊

小

光纖理機

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#

WLC

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小

車死纖嫌機

格

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理

線摘交螂

WIW

碎器1/2

大輔翻M

臺m^i-12

圖2控制系統組成結構圖

從部件所處的控制層級來分:可分為中控級、現場級部件。

中控級部件:上位機、光纖交換機、中控PLC、無線網橋等

系統組成，實現自動/手動操作，自動操作的初始化選擇等。

現場級部件:主要有PLC、光纖交換機、RS485通訊模塊、變頻器、振蕩臺、地

址解碼器、天線箱、格雷母線、AD轉換模塊、稱量機構、車檢地址解碼器、天

線箱、格雷母線、車檢振蕩臺等；其中地檢格雷母線安裝在現場行車小車一側，

天線箱安裝在小車上，車檢格雷母線安裝在現場行車大車一滑線側，天線箱安裝

在大車上，除大車車檢格雷母線振蕩臺安裝在中控制室，其他設備安裝在行車電

氣室的電氣柜里。

現場站又可以分為電源部分、地址檢測部分和控制部分。

電源部分：

?隔離變壓器:將~380v電壓變成~220V電壓,起電壓隔離作用。

?24V開關電源:將?220V電壓變成24V直流電壓,為需要24V電壓的部件供

電。

地址檢測部分：

?震蕩臺:產生39Khz的正弦波交流信號送到天線箱。其輸出信號峰峰值一

般為5-8V。不的隨意改變其輸出值的大小。

?天線箱:將震蕩臺送來的39Khz的正弦波交流信號濾波放大,變成電磁場

信號。

?格雷母線:接收天線箱發射的電磁場信號，將其變為50-200mv的交流電

壓送到地址解碼器解析出地址。

?地址接口板:轉換物理接線方式,把格雷母線通過接線端子送來的模擬信

號再通過排線送到地址解碼器。

?地址解碼器:對輸入的模擬信號濾波、放大處理后得到小吊的物理地址。

同時接收AD模塊通過串口送來的重量值，再將地址和重量通過另一串口

主動送到PLC中。

重量檢測部分：

?重量傳感器：將所承受的重量轉換為電流輸出通過無線方式傳輸到PLC

的RS232模塊。

控制部分:

?PLC：運行程序，采集地址、重量信息、平車狀態數據，綜合處理后送地

址、重量、各種狀態信息給中控室上位機，同時輸出相關控制方向，速度到

變頻器，控制平移電機動作。

行車控制

1）、車載柜

代斗匕體AH

Qfloar?K2c61

6fl2個

空開個

MltiMtr2處1個

UM120-2416

岫衿地”一鞏才AFC-1GJW?B1fl

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M/U?SfSTZft10片

5T2.Crr4

2、地面柜（中控室內）

元

代、SM■和2F立

QFl5?M1個

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KI日麥tT22W1個

CZI1個

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XI加nzi82片

u/xi-renzWE1片

4格雷母線定位技術

基于格雷母線的位置檢測有兩種方式：地上檢測方式和車上檢測方式，兩種

檢測方式格雷母線的結構基本一樣。本系統采用地上檢測方式。

1.格雷母線的結構

格宙母線

圖3格雷母線外形圖

針對工業生產上的大型移動機車的自動化而采用的格雷母線是一種結構

獨特的非屏蔽電纜，它是地址檢測的最重要的部件。

軌間電纜可采用很多種布線方式，如使格雷母線每隔一定距離相交叉，形成

交叉感應回線，如圖2所示。圖中的U和L2分別是線圈的長和寬。

圖5是1對L線，5對G線，1對R線的實用電纜平鋪圖，格雷母線的外側

是二根起保護作用的鋼纜，鋼纜內側有多根導線絞合在一起，每根導線均為交叉

形式，GO、GkG2、G3、G4對線交叉間隔為100、200、400、800、1600mm,而

寬度相同均為100mm根據功能區分可分為通信線(L),地址線(G),地址基準線

(R)三種，如果將這些對線平鋪，可以得到圖3所示的電纜結構平鋪圖。在實際

使用上，為了避免在同一位置上同時存在著多個交叉點，所以在電纜的編制上均

是采用格雷碼的編碼方式。

圖5格雷母線對線平鋪圖

水平移動

天線

感應電纜

圖6無線感應地址測試原理圖

2.地面位置檢測原理

如圖7所示，機車上的天線由多匝導線繞制而成，長為100mm,寬為100nrni。

格雷母線沿機車軌道平鋪，安放在機車上的天線盡可能在格雷母線的水平正上

方。當電纜的天線在格雷母線G0對線第1號位置發射信號或發射載波時，在電

纜的始端，R端與G2端收到的信號相位相同，而由于G0與G1對線端口與發射

位之間存在著奇次交叉，所以，R端與G0端G1端收到的信號相位相反。電纜端

口的信號分別經過地上局的帶通濾波后，各路G線信號分別與R線信號進行比較

鑒相，同相為0,反相為1,此時，實際上已經得到一個三位的格雷碼011,對

應「進制數為3。

機上局

3.精密地址檢測原理

不管是地面位置測試方法，還是車上位置測試方法，其定位精度為天線縱向

長度，也即GO對線交叉點的距離。為了提高機車位置測量精度而進一步縮小交

叉點間的距離，勢必會使天線與電纜之間收到的信號的幅度減小而難以檢測，所

以必須另外采取方法來進行精密地址檢測。

圖8是精密定位檢測的示意圖。隨著天線的移動，天線或電纜收到的信號

的電壓幅度U0呈三角波形狀，這電壓幅度相對反映了天線的精密位置。但是，

由于天線離電纜的距離和天線發射信號的幅度，本身是不穩定的，所以以上的方

法并不能準確測試精密地址。為此，引進了另一對與GO錯開交叉的對線L0,此

對線中產生的電壓幅度的三角波曲線也正好與GO對線產生的電壓幅度的鋸齒波

曲線錯開，這二根曲線隨著天線離電纜的遠近和發射信號的大小同時漲落，所以

它們之間的比值UO/uO是穩定的，那么我們可以用這個值來計算出精密地址的值

來，理論上可以獲得任意高的定位精度。由于天線沒有抗干擾能力，它發射信號

時伴隨噪聲的發射，格雷母線地址對線獲得有用信號時也不能抑制噪聲，比值

UO/uO與相應的位置關系也就不準，這樣就不可能獲得很高的定位精度，必須對

比值UO/uO與相應的位置關系采用數字化以提高定位的抗干擾能力。目前可以用

這種方法穩定地將最小的交叉地址間隔（一般為100mm）分為20份，即可達到5

mm的定位精度。

刀________________線

圖8電壓模擬量變化與精密地址的關系

4,格雷母線位置檢測方式的特點

①通過安裝在移動磯車上的天線箱與敷設在地上的格雷母線之間的電磁耦合

來檢測移動機車的位置，無機械性接觸磨損，因而可高速準確地檢測和傳送位置

信息；

②由于格雷母線為多對以一定規律交叉扭絞結構，能有效地抑制外部散雜電

平的干擾；

③由于是利用各對地址線接收到的信號的相位和基準線接收到的信號的相位

相比較，以同相為“0”，反相為“1”進行組合而得到的地址信息，所以地址穩

定，不受電平波動的影響；

④能在移動機車行走范圍內連續地、高精度地檢測絕對地。

選擇那一種地址檢測工作方式要根據控制系統的需求來考慮決定。如果控制

系統的重心在移動站上，則采用車上檢測方式較好；如果控制系統的重心在固定

站，則采用地上檢測方式較合適。

5.地上檢測系統的構成

主要由地址編碼發生器、天線箱、格雷母線、位置檢測單元、PLC模塊等部

分組成。主要完成地址編碼信號的發射以及位置的檢測，并將位置信息輸送到用

戶的PLC中。

主要技術指標

①、地址分辨率:5mm

②、數據輸出接口：RS232轉ModbusPlus

③、發振調制頻率：地址檢測系統39Khz。

④、地面站功耗：W100W

⑤、車載站功耗：^100W

⑥、天線箱和母線間的距離60-200州可調

圖9地上檢測示意圖

地址解碼器面板顯示說明

PWRS01S02S03S04S05S06S07S08

A01A02A03A04A05A06A07A08A09A10A11A12A13A14A15

圖1。檢測單元面板

PWR:鳧系統電源正常

SOI：閃爍系統正常運行

S02：亮來自天線箱的信號過小

S04：亮接口單元（繼電器輸出單元）刷新指示

S05：亮串行通信口0的接收指示

S06：亮串行通信口0的發送指示

S07：亮串行通信口1的接收指示

一

S08：殼串行通信口1的發送指示

A01-A15：亮地址檢測的格雷碼指示。A01為高位，A15為低位

數碼指示高四位的單位為米，低三位的單位為毫米

6、車上檢測方式

⑴車上檢測方式的特點是：

①編碼電纜為信號“發射天線”，車上安裝有地址“接收天線”；

②地址檢測單元在車上.，各車直接得到本車的地址；

③各車的地址分別通過通信送到地面站，地面站再通過通信“告訴”其他

車。

（2）車上檢測原理及框圖

車上檢測原理及框圖如圖6、7所示。

圖6車上位置檢測原理框圖

7、編碼電纜位置檢測方式的特點

（1）由于通過安裝在移動機車上的天線箱與敷設在地上的編碼電纜之間的電

磁耦合來檢測移動機車的位置，所以無機械性接觸磨損，因而可高速準確地檢測

和傳送位置信息；

（2）由于編碼電纜為多對以一定規律交叉扭絞結構，能有效地抑制外部散雜

電平的干擾；

（3）由于是利用各對地址線接收到的信號的相位和基準線接收到的信號的相

位相比較，以同相為“0”，反相為“1”進行組合而得到的地址信息、，所以地址

穩定，不受電平波動的影響：

（4）能在移動機車行走范圍內連續地、高精度地檢測絕對地址。

選擇那一種地址檢測工作方式要根據控制系統的需求來考慮決定。如果控制

系統的重心在移動站上，則采用車上檢測方式較好；如果控制系統的重心在固定

站，則采用地上檢測方式較合適。

本系統采用了車上檢測和地.上檢測兩種檢測方式。

標準線

交叉線1

交叉線2

標準線

交叉線】

交叉線2

圖7車上位置檢測方式原理示意圖

8、車上檢測系統的構成

如圖6所示，系統由地面站和車載站組成

(1)、地面站：由編碼電纜、終端箱、地面發振裝置等部分組成。如織8

所示。

地面站主要完成如下任務：地址編碼、功率放大，信號發射。

誘導母線.

終

地上發振裝置^C3CDCDCDCDCDC3CDCDC3<ZX=端

箱

圖8地面站原理框圖

(2)、車載站：主要由地址檢測單元、天線箱等部分組成。如圖9所示。

車載站主要完成地址編碼信號的接收和解調（地址檢測）。

地

址

檢

天線箱

測

單

元

圖9車載站原理框圖

9、車上檢測主要技術指標

1、地址分辨率：5mm

2、數據輸出接口：RS232

3、工作頻率：50.OOOKhz.

4、車載站功耗：W100W

10、車上檢測地址檢測單元面板顯示說明

AddressingUnit

POWRUNERRRXOTXOOPEFAUOKFAI

GI5GI4GI3G12GilGIOG8G7G6G5G4G3G2GlGO

PlP2P3P4P5P6

HIJTRI.IAMUDRIJCmWMXv.rzilXlttnTANI.V.<TK*nx-?n^AIXI*INI-SMBIN”IM2-GXDGND?^4VGM>

圖10地址檢測單元面板圖

如圖10所POW為電源指示燈，亮說明系統供電正常，滅說明系統供電不正

常。RUN為系統運行指示燈，它不斷閃爍說明系統工作正常，否則系統已經停止

運行。ERR為出錯指示燈，如果它亮，則說明有一天線箱工作不正常。RXO和TXO

為串口通訊指示燈,RXO閃爍說明通訊接收正常,TXO閃爍說明通訊發送正常。G15

至GO為格雷碼地址顯示指示燈，亮說明該位為L滅為0。

數碼管顯示當前位置，單位為m,如9.235m。

P2為RS232/RS485通訊端口。

P5為天線箱信號輸入接口，IN1+和IN1-為一對天線輸入，IN2+和IN2-為一

對天線輸入。

P6為系統24V供電接口，+24V接到端子的+24V,電源地接到GND。

11.格雷母線維護注意事項

故障1、本手冊僅適用于各部件配置如下的系統：

地址檢測單元采用數碼顯示地址檢測單元

具有通訊協議轉換模塊

2、本系統所有部件的設定參數不得任意更改或調整，這樣有可能致使系統

運行異常甚至癱瘓；系統在運行或維修時對部件間的連接電纜不要帶電插撥，帶

電插撥可能損壞某些元器件。

3、各類系統設置文件不許更改，以防止系統環境發生變化。

4、設備地線要可靠接地.防止干擾信號的竄入。

12.格雷母線故障處理

本系統標準化程度高，具有高可靠性；結構簡單，地址檢測和數據通信徹底

分開，技術思路清楚，便于維護。

(1)地址檢測

保證地址檢測系統可靠、無故障運行是此系統的基礎。由于地址檢測系統各

功能部件安裝位置、所處環境不同，其出現故障的可能性也不同，在系統出現異

常時，為了迅速定位、排除故障，應遵循以下原則:

①故障查找順序為車載部件一》電氣室部件一＞格雷母線部件；

②優先使用交換法定位故障，利用訂購的備件或備用設備上相同型號的部件

對可能的故障部件替換，不要輕易對部件進行拆御或對設定值進行調節。

故障現象1:檢測不到平車地址，平車在軌道上行走，但此時相應地址解碼的格

雷碼LED指示燈不亮，LCD上顯示地址為亂碼。

系統斷電重啟后查看故障是否消除。先查看天線箱是否被碰掉或者歪斜、連

至天線箱的電纜是否被掛斷

打開分站控制柜，用萬用表測量地址信號發生單元（振蕩臺）輸出端電壓，正

常情況下有效值為4T0V,出廠設置為6-7V；

用萬用表或示波器查看匹配放大單元各G線上的輸出，隨著機車移動，正常

情況下，G線上信號的峰一峰值在0-3V左右變化

撥下匹配放大單元輸入電纜，用萬用表測量R線、L線和各G對線的電阻值

應為20-60。左右，檢查R、L、G對線是否短路、斷路

在上步測量明確電纜部分存在故障時，查看電纜是否損壞、段間箱或始端箱

的連接異常

故障現象2：地址解碼模塊上地址顯示正常，但觸摸屏中無法顯示正常數據。

此種故障出現時一般有以下幾種情況：

（1）地址解碼模塊到PLC之間的硬線路由發生斷路故障，請檢查地址板到

PLC的232通訊線是否正確，以及周邊電纜的連接狀況。檢查控制柜當中PLC以

及主站PLC運行燈是否正常。

（2）協議轉換模決供電發生異常或模塊損壞，查看協議轉換模塊面板上的

電源指示燈是否正常，通訊燈是否正常閃爍。

故障現象3：平車自動運行當中，和其他平車不同步并在某些不固定位置左右搖

擺不定。

（1）檢查天線箱是否歪斜，不正對格雷母線。如歪斜請重新安裝天線箱,

檢查格雷母線是否有劃傷及沒拉緊現象。檢查電控柜當中格雷母線接

線板上的各個接線是否松動。

(2)替換法更換電控柜當中的地址板以及震蕩臺。

5系統安全保障

為了防止人為操作失誤和系統設備出現故障引起人身傷亡、設備損壞事故，本系

統添加了一些安全保障急停報警功能。

注意：本系統不能消除和杜絕所有的安全隱患!

序

說明處理方法

號故障名稱

根據故障代碼處理好外部故障,按下

故障復位按扭,如不能恢復,到現場

1變頻故障變頻器發生了故障

斷開變頻器供電開關，1分鐘后再合

上，

2電機熱保護故障電機熱繼斷開檢查電機及熱繼

平車運行過程中在同一個行車機構打滑，電機不動作或格言母

3走行故障

位置停車過長時間線系統造成地址故障

1.處理完突發情況后，解除急停

HMI急停按扭按下、PLC

2.檢查網線連接、設備供電。

4急停故障之間及PLC與上位機之間

3.檢查無線網橋、交換機和POE的工

通訊超時

作狀態是否正常

PLC與料罐稱重儀表檢查PLC通訊模塊、相應稱重儀表工

5

料罐儀表通訊故障RS485通訊超時作狀態

檢查行車相應機構制動器及電氣問

6行車位置調整故障行車與目標位置對中失敗

路

1.檢查上限位是否工作異常

7行車上限位報警行車上限位動作

2.絕對值編碼器工作是否異常

檢查上位機和主控PLC的網線和水晶

上位機與主控PLC之上位機與主控PLC之間通頭是否完好，水晶頭是否正常插入通

8

間通訊故障訊超時訊口，上位機網卡是否異常，光纖交

換機是否工作異常。

檢查主控PLC與行車PLC的網線和水

主控PLC與行車PLC主控PLC與行車PLC之間晶頭是否完好，水晶頭是否正常插入

9

之間通訊故障通訊超時通訊口，各通訊模塊和通訊口是否異

常，無線網橋供電和工作情況是否異

常，光纖交換機是否工作異常，光纖

和光纖跳線是否完好。

檢杳主控PLC與平車PLC的網線和水

晶頭是否完好，水品頭是否正常插入

主控PLC與平車PLC主控PLC與平車PLC之間

10通訊口，各通訊模塊和通訊口是否異

之間通訊故障通訊超時

常，光纖交換機是否工作異常，光纖

和光纖跳線是否完好。

備注：上述安全功能只有在設備正常工作時才起作用，如果設備不正常，可

能會出現錯誤急停和報警現象。在操作本系統過程當中除滿足以上安全保護外，

還必須嚴格遵守起重行業安全操作規范。

6上位機功能說明

6.1系統簡介

本系統的主要功能是對行車進行自動控制，實現自動抓取料罐、自動加料、

自動放回空罐這一循環生產過程。該自動控制系統的所rr操作都在上位機畫面上

進行，整個生產過程可在上位機實時監控。

該系統的控制方式分為HMI手動和自動兩種方式。上位機畫面上主要有以下

功能：行車位置顯示（X、Y、Z三個方向）、12個料罐重量顯示、行車的自動和

手動操作、急停和故障復位、故障查詢、使用人員管理與登錄報表、生產報表、

料罐坐標設置。

6.2權限管理與登錄

配置用戶：有管理權限的人員可以添加和刪除授權使用的操作員、技術員等

用戶，并可設置各用戶的初始密碼。

密碼修改：當前登錄人員修改自己的登錄密碼

注銷：當前登錄人員退出登錄狀態

用戶登錄：使用人員登錄監控系統

6.3主菜單

Leaddo主菜單

a

B行車操作及狀態顯示?行車趨勢圖

料罐車趨勢圖