基于单片机的加煤车智能取煤系统的应用

宋 健

（莱芜钢铁集团有限公司莱芜三控冶金建设监理事务所，山东 济南271104）

1 前 言

山钢莱芜分公司焦化厂现有4座焦炉，焦炉的生产是焦化厂众多生产流程中最重要的环节之一，是联系了煤焦区域和化产品区域的枢纽。装煤车受煤过程的顺利进行主要取决于煤塔底部煤塔漏嘴、压风阀的可靠动作，装煤工序的正常有序进行，影响焦炉的正常生产以及后续化产品的生产与加工。传统的煤塔漏嘴、压风阀控制方式存在线路复杂、动作不准确、故障率高等缺陷。因此，如何找到一种安全、可靠的控制方式，对焦炉的生产将带来巨大的影响。

2 取煤系统

装煤车取煤是焦炉生产的第一道工序，直接影响到焦炉生产的后序工作。加煤车运行在焦炉炉顶的轨道上，煤塔位于整个焦炉的中间位置，加煤车和煤塔是两个互相独立运行的部分。煤塔漏嘴位于煤塔底部，煤塔漏嘴在加煤车的取煤过程中发挥重要的作用，加煤车司机对煤塔漏嘴高效的控制，决定了整个取煤过程的顺利，直接影响后续焦炉的生产过程。

位于煤塔底部的煤塔漏嘴一共有3排，每排一共有4 个漏嘴，煤塔漏嘴都有开闭和压风3 个动作信号，一共有36个数字量信号，所有的控制指令都是由加煤车司机室内的司机发出，通过控制漏嘴的开闭，实现取煤的过程。

3 取煤控制方式

3.1 传统取煤控制方式

传统控制方法采用电磁控制原理。工人操作的装煤车和固定的煤塔是相互独立且分离的两个分部，控制系统在装煤车司机室内，煤塔底部是煤塔漏嘴和压风阀及其控制线路，怎样保证在移动的装煤车司机室内的司机对漏嘴、压风阀控制，对整套系统的顺利运行、焦炉的生产至关重要。电磁控制原理组成中，发送信号时通过装煤车上的电磁铁动作，固定部分煤塔底部地面上装设的电磁接近开关，用来接收装煤车发出的信号。

控制流程：装煤车司机发出指令→相应电磁铁得电→磁接近开关动作→电磁阀、接触器动作。具体控制过程：煤塔漏嘴、压风阀的动作指令由位于加煤车司机室内部的司机发出；司机按下煤塔漏嘴、压风阀开闭按钮后，其有线连接的电磁铁得电励磁；励磁后的电磁铁触发相对应的磁接近开关动作，感应距离5～10 cm；控制开闭的磁接近开关动作，触点闭合将信号输入PLC 输入点，PLC 通过输出继电器控制相关的控制开闭的接触器动作，电机得电后，煤塔漏嘴相应控制排打开或者关闭，压风阀线圈得电或者失电，完成风吹动作。

此种方式为传统的电磁控制，在焦炉的煤塔底部共有12个漏嘴和压风阀，漏嘴有开闭两个动作、压风阀有一个动作，因此需要装设36 个电磁铁和36个磁接近开关，每个电磁铁和磁接近开关都是由有线控制，因此设备越多，线路越复杂，设备的故障点和故障率相应的会越来越高，对加煤车取煤系统的维护就越困难。为了保证加煤车取煤的顺利进行，同时也降低操作人员的劳动强度，减少设备的故障率，对原控制系统进行升级改造，采用无线电控制方式来对其进行优化。

3.2 智能取煤控制方式

通常在无线控制时，会采用红外线或电磁波作为数据传输的媒介，通过媒介使得无线控制功能得以实践，通过无线实现指令的收发功能。首先，需要对要发送的数据进行打包处理，主要过程为通过特点的编码方式进行编码，编码后经过调制、载波输出后，发射出去，这是指令的采集和发射模块需要做的工作。相对应的接收模块，则是进行解码的操作，通过解码，将经过编码加密的指令提取出来，还原成为原来的命令，通过执行器执行相关的指令［1］。

无线控制系统由三部分构成，它们分别是位于装煤车的发射端装置、煤塔漏嘴接收端装置以及核心单元单片机，通过三者密切的配合实现对煤塔漏嘴、压风阀的控制。

3.3 智能取煤控制系统的组成与工作原理

煤塔漏嘴的控制方式主要思路：单片机将检测到得按键信息经过单片机编码后通过无线电发送到接收端，接收端系统对该数据（控制信号）进行判断，并控制相应的执行器执行相应的动作，从而实现无线通信控制［2］，如图1所示。

图1 无线通讯结构示意图

在此设计系统中主要的控制设备分别位于移动的装煤车和固定的煤塔底部，移动部分的设备主要是进行指令的输入，通过对加煤车司机的指令进行分析后，进行相关的处理，然后通过单片机和无线传输芯片发送出去。与此同样，在固定端的煤塔底部，相关的控制设备是接收端的单片机和无线收发芯片组成的控制端系统，主要功能是接收装煤车的各种指令包，通过解码对司机室发出的各种信号进行解包还原，然后控制相应的设备动作，从而通过整个通讯控制过程完成装煤车的取煤。煤塔漏嘴取煤无线控制系统的软件程序设计主要是C 语言实现。

项目中的输入信号主要由装煤车司机发出，装煤车的司机通过操作台的输入端将各种数字量和模拟量输入指令输入到发射端的单片机，单片机对输入指令进行编码打包处理后，通过发射端的无线传输芯片将指令信息传送出去供接收端使用。煤塔底部固定的接收端的接收控制系统对发射端发送的指令信息进行接收和初步处理后，传送给相连接的接收端的单片机，单片机按照对应的解码规则，将指令信号解码，变为司机室司机发出的指令信息，单片机进而操纵相关的设备进行动作，煤塔中的煤顺利进入加煤车的储罐中，完成装煤车的整个取煤过程。

4 结 语

从影响煤塔取煤的故障原因入手分析，通过对问题和操作方式进行分析，研制出了分离式中远距离煤塔智能取煤控制系统。通过对系统的设计研究，自动化程度进一步提升，系统工艺的稳定性得到增强。煤塔取煤无线控制符合现场实际的生产需求，工作人员可以实现在司机室内完成加煤车取煤的全部过程，节省了现场确认的时间，提升了工作效率，设备的故障率大大降低，设备运行稳定性进一步增强。虽然设计的控制系统满足实际现场的应用要求，但是由于生产环境、生产工艺、人为操作等多方面因素的影响，本控制系统的许多方面还需要进一步改进和完善：1）人机操作可以更加简化和人性化。可以增设人机互动触摸屏以及现场执行器执行情况显示。2）增加网络模块，可以实现远程进行访问和故障的处理。