摘要：本文根据工程实例，介绍了1756-L73 控制系统实现高炉槽上卸料车智能作业，分析了格雷母线检测位置的原理，阐述了卸料车的智能作业功能和软件实现。

关键词： PLC；智能卸料车；格雷母线；雷达料位计

0引言

在钢铁生产过程中，铁前环节需要通过带式输送机流程将不同料种运送到高炉料仓上，带式输送机的皮带穿过卸料车，在固定下料点通过卸料车下料口将各种物料卸在料仓内。卸料车可带料在同料种的仓顶轨道上往复运行。高炉矿槽卸料系统承担着为铁厂高炉提供烧结矿、球团矿、块矿和焦炭的重任，分别由矿槽顶部的多台卸料车来完成整个系统的布料作业。目前高炉矿槽加料作业大多数通过人工在现场跟随卸料车移动的方式操作卸料车、用手电筒查看料位的作业模式。

1控制系统构成

1.1 系统结构

本控制系统主系统使用1套罗克韦尔 1756系列 CPU，并且通过ControlNet控制总线与1756系列远程站相连，格雷母线地址接收器作为一个远程子站，安装了ControlNet控制总线网卡，与远程站连接在同一个网段。电气室采用智能MCC控制，与主系统通过ControlNet控制总线连接。

控制系统按照罗克韦尔典型网络分层，设置EtherNet/IP信息层网络 、ControlNet控制层网络、DeviceNet设备层网络构成三层网络。信息层网络通过工业交换机与服务器联网，构建C/S架构，实现检测监控、数据采集、信息管理应用，并与生产管理系统实现信息共享；控制层网络在各个PLC之间及其与各种智能化控制设备之间进行控制数据的交换，进行远程I/O组态和故障处理等；现场设备网采用了DeviceNet网络，主要完成对低压配电柜内所有控制点的采集和控制，智能MCC在动力柜体中内置DeviceNet通讯电缆并贯穿整个MCC组，实现设备层控制。

1.2  格雷母线定位

格雷母线定位是卸料车停止的依据条件。格雷母线位置检测包括地址编码发射器，地址编码接收器，格雷母线，天线箱四个部分。地址编码发射器产生地址载波信号，内含发振器、功率放大器、阻抗匹配器等，以同频率分时方式分别将地址信号送给格雷母线基准线和地址线。地址编码接收器完成机车位置检测和数据通信，内含地址检测单元、通信控制单元等，通过可编程逻辑电路全硬件方式实现地址解析，速度快，可靠性高。格雷母线电缆由芯线、模芯和护套构成。护套使用氯丁橡胶材料，格雷母线电缆长度由25.6米、51.2米、102.4米、204.8米多种规格，多根格雷母线电缆可通过段间箱连接拼接以满足工程需要；天线箱与格雷母线单匝线圈形成互感，完成地址检测和感应通信。

格雷母线通信定位装置特点主要有：非接触工作方式，无滑脱和磨损等故障；绝对位置检测，位置检测精度达5毫米，可以实现移动机车自动行走和全自动操作；通信适用范围广，接收灵敏度高；不受无管会管制；数据通信的载频为低频，所产生的电磁场只限于几米范围，不需要向无管会申请即可使用；抗干扰能力强：不受环境噪音和接收信号电平波动的影响，能够在诸如铁矿石场等恶劣环境条件中长期可靠的工作；适用于恶劣的工业环境：耐酸、碱腐蚀，防护等级IP67，使用寿命长。

1.3  雷达料位计

雷达料位计测量的最低料位是卸料车的启停发起的源，料仓料位测量采用非接触连续雷达料位计，信号类型为4～20mA ，对应0～12米，连续测量料仓料位，可设定高低料位和实现画面显示。雷达料位计利用了电磁波的特殊性能来进行料位检测。电磁波的物理特性与可见光相似，传播速度相当于光速。其频率为300MHz-3000GHz。电磁波可以穿透空间蒸汽、粉尘等干扰源，遇到障碍物易于被反射，被测介质导电性越好或介电常数越大，回波信号的反射效果越好。雷达波的频率越高，发射角越小，单位面积上能量（磁通量或场强）越大，波的衰减越小，雷达料位计的测量效果越好。发射-反射-接收是雷达式料位计工作的基本原理。雷达传感器的天线以波束的形式发射最小5.8GHz的雷达信号。反射回来的信号仍由天线接收。

以西门子SITRANS LR560为例：SITRANS LR560是两线制、78GHz FMCW （连续调频波）雷达物位计，用于固体料仓的连续料位监测，平面天线设计抗挂料性能极强，量程有40 米和100 米两挡，小巧的尺寸几乎可以安装在所有的管嘴上，78 GHz 创造了很短的波长，几乎在所有固体材料都能产生极好的信号反射，真正达到了使用简单、低成本、高效且免维护。SITRANS 雷达仪表的一个特点是自动抑制虚假回波，回波处理技术可自动检测和抑制来自容器内障碍物的虚假回波。雷达测量技术可以测量从发射信号到返回信号的时间差，从而测算可测量距离和物位。脉冲雷达以固定频率从天线发射微波，该频率反映了两种不同介电常数材料之间的界面（正在监控的大气和介质）。回波通过一个接收器检测，传输时间用于计算物位。反射回的雷达波经数字转换生成回波图形。通过对回波形状进行分析，来确定从介质表面到仪表基准点之间的距离。FMCW（连续调频波）雷达仪表可发射微波到介质表面。并连续调频，同时，接收器连续接收。发射器和接收器之间的频差和到物料的距离成正比。

2  系统功能实现

卸料车设置机旁操作箱，机旁选择就地操作或远程（PLC）操作。机旁操作时，由操作人员在现场控制设备起停；PLC控制时，分为手动和自动模式，智能作业是在自动模式下运行的。

手动上料时，选好各仓的料种和输送带上的物料品种，点击“目标位”，点击“正转启动”按钮或“反转启动”按钮，卸料车行走到位置时自动停止。

自动加料时，在进入智能作业前，操作员要执行下列操作：首先设定各料仓的高料位和低料位，选好各仓的料种和皮带上料品种；然后点击仓上图标，选择同一品种的几个料仓，变绿为选中。最后点击“手动上料”按钮，按钮变化为“自动上料”。这样卸料车就开始行走到最低料位的料仓后停止，等到加料到高料位设定值后卸料车继续行走到所选仓的最低仓加料。（因为料仓的底部是高炉系统下料，料位在随机动态变化）。

卸料车行程两端设位置保护用极限开关，在到达限位时自动停止运行。极限开关信号直接断开MCC控制回路，并将信号送PLC，复位运行指令，并报警。

卸料车具有移动超时保护功能：即要求设备在限定时间内到达指定目标位置，逾时不到，PLC将发命令停止卸料车电动机运转并报警。

卸料车具有移动超距保护：由于卸料车的行走惯性，一个下料目标是一个区间，而不是一个点。当目标位置确定后，卸料车正常停止在这个区间内，如果超出区间，PLC将发命令停止卸料车电动机运转并报警。

卸料车具有动态定位数据不变保护。卸料车运行状态下，格雷母线的定位数据没有变化超时3s时，卸料车故障停车。

卸料车具有定位数据跳变保护。卸料车运行状态下，格雷母线的定位数据变化超出了卸料车理论行走距离，卸料车故障停车。

卸料车具有格雷母线网络故障实时监测功能，格雷母线通过ControlNet与CPU通讯，如果网络诊断出现故障，则卸料车不能起动或停止行走。

3 结论

通过使用罗克韦尔1756-L73控制系统，采用格雷母线定位和西门子雷达料位计，实现了高炉槽上卸料车智能作业，减少了卸料车的停留时间和人为判断时间，杜绝混料，降低了操作人员劳动强度，生产效率得到了提高，生产稳定性得到了保证。整个系统的智能化程度提高，增加了企业的竞争力。

作者简介：马敬博 1988.9.10 男 辽宁鞍山 汉 本科 工程师 中冶京诚工程技术有限公司 研究方向：高炉控制与原料场控制

郭海卫 1978.2.20 男 陕西省合阳县 汉 本科 正高级工程师 中冶京诚工程技术有限公司 研究方向： 冶炼控制

姜云鹏 1973.9.25 男 甘肃省白银市 汉 硕士研究生 正高级工程师 中冶京诚工程技术有限公司 研究方向：冶金行业铁前原料场的设计研发

刘宏 2000.02.08 男 山西省怀仁市 汉 本科 助理工程师 中冶京诚工程技术有限公司 研究方向： 原料场控制