XX鋼鐵集團原料場堆取料機防碰撞技術(shù)方案

1、技術(shù)方案XX鋼鐵集團有限公司原料場堆取料機防碰撞及定位檢測技術(shù)方案技術(shù)方案目錄1項目概述32防碰撞定位控制系統(tǒng)實現(xiàn)功能32.1 絕對位置檢測42.2 空間防碰撞42.3 安全聯(lián)鎖控制52.4 防混料檢測52.5 動態(tài)顯示53防碰撞控制系統(tǒng)構(gòu)成53.1 系統(tǒng)構(gòu)成53.2 系統(tǒng)信號流程64格雷母線技術(shù)簡介74.1 格雷母線檢測原理74.2 檢測方式94.3 格雷母線的結(jié)構(gòu)104.4 位置檢測特點105.實現(xiàn)方案115.1 機車走行位置檢測方案115.2 懸臂旋轉(zhuǎn)位置檢測方案116基本配置清單137項目承擔(dān)企業(yè)簡介與成功案例錯誤! 未定義書簽。7.1 企業(yè)簡介錯 誤! 未定義書簽。技術(shù)方案XX鋼鐵集

2、團原料場堆取料機走行及回轉(zhuǎn)位置檢測技術(shù)方案1項目概述XX鋼鐵有限公司擬建設(shè)高爐、燒結(jié)、球團和燃煤發(fā)電廠，需提供原燃料供應(yīng)系統(tǒng)、成套設(shè)備、配套設(shè)施提供及相關(guān)服務(wù)，先期建設(shè)綜合原料場一步工程，配套有 5 臺大型堆取料機設(shè)備 , 其中貯料場有堆取料機 4 臺、混均堆場有堆料機 1 臺和取料機 1 臺，為實現(xiàn)料場機械自動運行、位置跟蹤、安全防碰撞保護系統(tǒng)功能，要求料場同軌道的兩臺堆取料機必須設(shè)置可靠的防碰撞控制系統(tǒng)置，確保關(guān)鍵設(shè)備生產(chǎn)安全和實現(xiàn)設(shè)備精細化管理，提高原料場運行效益。原料場與混均料場的堆取料機、雙輪取料機是煤場重要作業(yè)設(shè)備，跨間內(nèi)有兩臺及兩臺以上的大型設(shè)備工作時必須設(shè)置防碰撞裝置，碰撞距離

3、在 520m可調(diào)、設(shè)置減速與停止功能與進行聲光報警、安全運行，另外布料小車要求實現(xiàn)精確位置對正下料。為此可采用基于格雷母線絕對定位檢測技術(shù)，建立一套完整的防碰撞定位控制系統(tǒng)，實現(xiàn)本工程中設(shè)備防碰撞與料場設(shè)備精細管理。2防碰撞定位控制系統(tǒng)實現(xiàn)功能大型堆取料機定位技術(shù)是近年來自動化技術(shù)發(fā)展的一個熱點，也是實現(xiàn)原料場的定點堆取、自動化無人操作的核心技術(shù)。近年來定位技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展較快，當前定位技術(shù)主要有格雷母線位置檢測技術(shù)、旋轉(zhuǎn)編碼技術(shù)方案器位置檢測技術(shù)、定位片編碼位置檢測技術(shù)、條形碼位置檢測技術(shù)等。在眾多的定位技術(shù)中，格雷母線位置檢測技術(shù)最為成熟。武漢利德測控技術(shù)有限公司研發(fā)的格雷母線技術(shù)為非接

4、觸式連續(xù)測量，檢測精度 5mm，是輸出信號為絕對值格雷碼一種絕對位置定位技術(shù)，能與所有工業(yè)現(xiàn)場總線的設(shè)備實時通信，能實現(xiàn)堆取料機走行位置與回轉(zhuǎn)位置的精確檢測， 特別適合應(yīng)用于原料場工況高溫、 強腐蝕、濕度大環(huán)境。該技術(shù)在寶鋼、濟鋼、武鋼和首鋼等單位工程大量應(yīng)用表明，該技術(shù)定位精度高、設(shè)備運行穩(wěn)定、完全滿足均勻定點堆料、混料及生產(chǎn)過程中對移動機車的定位管理要求，有效防止生產(chǎn)混料、防止設(shè)備碰撞，是實現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備精細化管理的的有效解決方案。結(jié)合山鋼集團日照有限公司綜合原料場防碰撞定位控制系統(tǒng)要求，格雷母線絕對位置檢測定位技術(shù)能夠很好地滿足控制要求，可實現(xiàn)如下控制功能 :2.1 絕對位置檢測走行絕對位置

5、檢測：堆取料機和堆料機大車、雙輪取料機大車走行絕對位置精確檢測，檢測精度5 毫米?；剞D(zhuǎn)絕對位置檢測：回轉(zhuǎn)絕對位置精確檢測檢測精度度± 110 度) 。5 毫米(回轉(zhuǎn)角料點絕對位置檢測：走行絕對位置、回轉(zhuǎn)絕對位置檢測，可選結(jié)合水平位置檢測旋臂端點高度，可計算出堆取料機旋臂在空間的三維位置姿態(tài)，實現(xiàn)堆取料點位置的檢測。2.2 空間防碰撞技術(shù)方案基于格雷母線技術(shù)建立絕對位置檢測防碰撞定位系統(tǒng)，防止前后堆取料、雙輪取料機、布料小車相互間碰撞，當前后兩臺取料機空間位置之間距離 20 米報警提示， 10 米控制停機。2.3 安全聯(lián)鎖控制卸料位置聯(lián)鎖作業(yè)：如需將原料堆入堆場，必須待堆取料機到達指定

6、位置區(qū)域后方能作業(yè)。取原料位置聯(lián)鎖作業(yè)：單臺取料機取原料作業(yè)，取原料作業(yè)必須堆取料機及取料點到達指定位置區(qū)域方可取料。2.4 防混料檢測通過堆取料點空間絕對位置的檢測，結(jié)合堆場計量系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)，保證堆取料機在指定區(qū)域內(nèi)進行堆料，不與臨近的堆料范圍相混雜。2.5 動態(tài)顯示建立絕對位置檢測防碰撞定位系統(tǒng)建立后，可在中控室系統(tǒng)實時顯示堆取料機及其懸臂的三維位置，建立整個堆場設(shè)備防碰撞、生產(chǎn)設(shè)備位置定位、安全生產(chǎn)管理監(jiān)控系統(tǒng)，杜絕事故發(fā)生，提高工作效率。3防碰撞控制系統(tǒng)構(gòu)成3.1 系統(tǒng)構(gòu)成根據(jù)總體平面布局， 整個堆場共有 5 臺套料場堆取料機設(shè)備， 如下圖 1 所示。料場：其中一步料場 1#4#

7、堆取料機（ 1#、2#同一軌道長 665 米、3#、4#同一軌道長 665 米）回轉(zhuǎn)堆取料，混均料場 5#堆料機 ( 軌道 650 米）回轉(zhuǎn)堆料、 6#雙輪取料機（軌道 650 米）取料。本方案鋪設(shè) 4 條格雷母線作技術(shù)方案為防碰撞控制系統(tǒng)絕對位置檢測裝置，格雷母線鋪設(shè)在軌道旁，實時檢測每臺機車位置，同時每臺機車安裝回轉(zhuǎn)格雷母線和選配俯仰角度傳感器，可測量堆取料點的絕對位置。圖 1 防碰撞定位系統(tǒng)的布局示意圖3.2 系統(tǒng)信號流程防碰撞控制系統(tǒng)可以對整個堆場的堆取料機進行統(tǒng)一的管理及監(jiān)控、數(shù)據(jù)的記錄，中控室對全廠的集控系統(tǒng)采取統(tǒng)一的管理，如下達生產(chǎn)任務(wù)，生產(chǎn)報表、相關(guān)的數(shù)據(jù)記錄。它系統(tǒng)上下行信號

8、說明如下：上行信號：每個料場的堆取料機PLC把采集到的堆取料機地址、I/O信號、懸臂旋轉(zhuǎn)角度、俯仰角度等數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)橋傳送到機車PLC。機車 PLC把堆取料機的位置狀態(tài)及相關(guān)的控制進行處理，通過堆場有線/ 無線系統(tǒng)傳輸?shù)街锌厥疑衔粰C, 中控室上位機顯示各車位置及工作狀態(tài)，并生成相關(guān)的數(shù)據(jù)報表。通過懸臂旋轉(zhuǎn)角度、俯仰角度、臂長可以精確測定技術(shù)方案落料點位置，完成物料位置的檢測和控制，保證堆取料機在指定的區(qū)域內(nèi)堆料、取料，不與臨近的料堆相混雜。圖 2 上行信號流程圖下行信號：中控上位機發(fā)布某車到某堆場堆料、取料、轉(zhuǎn)料和卸料等命令到中控 PLC，中控 PLC根據(jù)任務(wù)再把防碰撞禁控或允控命令下傳到對

9、應(yīng)的機車 PLC，機車 PLC根據(jù)命令控制堆取料機走行機構(gòu)、俯仰機構(gòu)和回轉(zhuǎn)機構(gòu)動作，并把位置信息機車顯示屏，顯示出本車所在的位置、任務(wù)等信息。圖 3 下行信號流程圖4格雷母線技術(shù)簡介4.1 格雷母線檢測原理技術(shù)方案格雷母線采用電磁感應(yīng)技術(shù)判別格雷母線與天線箱相對位置進行檢測，電纜芯線有兩種即基準線（R線）和地址線（ G0線 G10線）。各對電纜芯線按不同步長的規(guī)律編排，每隔一定長度（步長）交叉一次，設(shè)電纜的最小步長為 W，則 G0、G1、G2G8、G9、G10步長分別為 1W、2W、4W、8W 256W、512W、1024W，基準線 R在整個電纜段中不交叉，如6 圖所示。步長 W要根據(jù)定位精度

10、來確定，芯線的數(shù)量由電纜長度和定位精度決定。一般地，定位精度 =W（其中 W為最小電纜環(huán)路即最小步長） ，電纜長度為 L=2n-1* cm，（其中 n 為電纜地址線的數(shù)量），理論上講，只要將 W取得很小，定位精度就可以做得很高，但在工程上是行不通的，因為根據(jù)電磁學(xué)的理論，感應(yīng)電壓 e=N*d /dt ， =S*B，其中 N為線圈的匝數(shù)，為磁通量， S 為發(fā)射線圈或接收線圈的面積， B 為電磁強度。因此當 W取得很小， S 就很小，接收到的信號（感應(yīng)電壓）就很小，地址檢測系統(tǒng)的信噪比低，地址檢測就無法實現(xiàn)或地址不穩(wěn)定。根據(jù)工程經(jīng)驗，W=200mm較好。圖 4 格雷母線芯線展開示意圖技術(shù)方案如移動

11、機車上安裝一個天線箱，一般天線箱距離扁平電纜100± 10mm，天線箱發(fā)射的高頻信號通過電磁感應(yīng)被地面的格雷母線接收，R線為平行敷設(shè)的一對線， 接收到的信號作為基準信號，G0G9在不同的位置有不同的交叉點，其接收到的信號在經(jīng)過偶數(shù)個交叉后，相位與基準信號相同，在經(jīng)過奇數(shù)個交叉點后，相位與基準信號的相位相反，若規(guī)定同相位時地址為“ 0”，反相位時地址為“ 1”，則在格雷母線的某一位置得到唯一10位的地址編碼，此對應(yīng)與機車的一個地址。位置檢測單元將地址格雷碼轉(zhuǎn)換成十進制的數(shù)，即可檢測出機車離格雷母線始端的距離，從而得到機車的位置。4.2 檢測方式一般地，格雷母線定位檢測分地上檢測方式和車

12、上檢測方式，兩種檢測方式格雷母線的結(jié)構(gòu)相同，但應(yīng)用方式不同。（1）地上檢測方式： 地址編碼器和天線箱安裝在移動站，通過天線箱發(fā)射地址信號，地址解碼器安裝在固定站（地面）上，在固定站完成地址檢測。如圖 5 所示。圖 5 地上檢測方式框圖技術(shù)方案（2）車上檢測方式： 地址編碼器安裝在固定站， 通過格雷母線芯線發(fā)射地址信號，天線箱、地址解碼器安裝在移動站上，移動站（車上）直接檢測到地址。如圖6 所示。圖 6 車上檢測方式框圖選擇檢測工作方式根據(jù)控制系統(tǒng)的需求來考慮決定。如果控制系統(tǒng)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(tǒng)的重心在固定站，則采用地上檢測方式較合適。本項目中堆取料機走行的地

13、址檢測采用車上檢測方式，回轉(zhuǎn)角度地址檢測采用地上檢測方式。4.3格雷母線的結(jié)構(gòu)格雷母線由電纜芯線、模芯和電纜護套構(gòu)成，如圖7 所示。圖 7 格雷母線外形圖4.4 位置檢測特點格雷母線防碰撞定位控制系統(tǒng)主要由地址編碼器、天線箱、格雷母線以、解碼器及輔助電氣組成。格雷母線定位技術(shù)有以下特點：非接觸工作方式：非接觸工作方式，位置檢測精度5 毫米，無滑脫和磨損等故障。技術(shù)方案絕對位置檢測：能夠連續(xù)地、高精度地檢測絕對地址，可以實現(xiàn)移動機車實時絕對地址檢測。檢測適應(yīng)速度200m/Min?？垢蓴_能力強：使用交叉扭絞結(jié)構(gòu)及相位檢測技術(shù)，天線箱與格雷母線兩者間隙從30 毫米到 300 毫米均可正常工作，不受環(huán)

14、境噪音和接收信號電平波動的影響。不受無委會管制；格雷母線工作頻率為低頻，所產(chǎn)生的電磁場只限于幾米范圍內(nèi)，無需向無管會申請頻段即可使用?？蛇B接各種現(xiàn)場總線通訊接口：RS485/Controlnet /DeviceNet/Ethernet或自定協(xié)議。適用于惡劣的產(chǎn)業(yè)環(huán)境：安裝在室外的格雷母線電纜、天線箱采用非金屬材料制作而且采用密封工藝，耐酸、堿腐蝕，能在諸如鐵礦石場等惡劣環(huán)境條件中長期可靠的工作。5.實現(xiàn)方案5.1 機車走行位置檢測方案通過安裝在大車一側(cè)的格雷母線電纜檢測大車的走行位置，如圖 8 示。大車走行的位置即為 Y 軸的位置。圖 8 大車位置檢測示意圖5.2 懸臂旋轉(zhuǎn)位置檢測方案技術(shù)方案旋轉(zhuǎn)角度檢測：通過安裝在懸臂回轉(zhuǎn)盤上的格雷母線電纜檢測懸臂的旋轉(zhuǎn)角度 , 格雷母線電纜隨懸臂一起轉(zhuǎn)動，天線安裝在大車上不動，如圖 9 所示。格雷母線電纜安裝成與回轉(zhuǎn)盤一致的圓形，通過檢測格雷母線電纜與天線的位置確定懸臂旋轉(zhuǎn)的角度。圖 9 懸臂旋轉(zhuǎn)角度檢測示意圖俯仰角度檢測：通過安裝在懸臂上的角度檢測儀檢測旋轉(zhuǎn)角度，檢測得到懸臂相對水平面俯仰的角度，如圖10 所示。圖 10 懸臂俯仰角度檢測示意圖懸臂空間三維算法：通過檢測堆取料機大車的走行位置、懸臂的旋轉(zhuǎn)角度及俯仰角度即得出堆取料點的空間坐標（ X0,Y0,Z0 ），如圖