基于ADAM4000系列模塊的煤場定位系統(tǒng)

焦化廠輸煤系統(tǒng)承擔從卸煤坑至儲煤場堆煤及儲煤場至煤倉取煤的任務，輸煤系統(tǒng)的安全、可靠運行是保證全廠安全、高效運行不可缺少的環(huán)節(jié)，程控輸煤系統(tǒng)由系統(tǒng)程控中心，PLC控制系統(tǒng)和調(diào)度系統(tǒng)3個方面構(gòu)成，程控輸煤系統(tǒng)采用性能可靠、抗干擾強的PLC作為主控制器，以工業(yè)控制計算機作為上位機，他負責統(tǒng)計、報表及界面的可視化操作，調(diào)度系統(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)的工作基礎，該系統(tǒng)與廠部MIS通訊，用于確定堆煤、取煤的煤種、數(shù)量、位置。

1 煤場定位系統(tǒng)的功能及實現(xiàn)

1.1 定位系統(tǒng)的主要功能

基于ADAM4000模塊的煤場定位系統(tǒng)作為調(diào)度系統(tǒng)的一個重要組成部分，負責實時采集堆取料機及其轉(zhuǎn)臂的位置信息并將數(shù)據(jù)無線發(fā)送給程控中心。程控中心依據(jù)接收到的數(shù)據(jù)來判斷如何作業(yè)，并通過PLC控制系統(tǒng)來實現(xiàn)對斗輪堆取料機的行走位置，懸臂仰俯角度、回轉(zhuǎn)角度的控制，因此現(xiàn)場數(shù)據(jù)準確及時的采集是整個輸煤系統(tǒng)能夠正常運行的前提條件，程控中心接收到定位系統(tǒng)發(fā)送的信息后，從數(shù)據(jù)庫中檢索煤場對應位置的存煤數(shù)據(jù)，判斷堆煤操作合法性，如果合法則形成新的堆煤歷史記錄，自動修改煤場堆煤信息，如果操作非法，發(fā)出堆煤錯誤報警信息，同理判斷取煤操作合法性，斗輪堆取料機啟停控制信號，電流量及啟停反饋信號動力中心、將其通過電纜引到程控室、經(jīng)隔離與PLC相連，從而使PLC能夠控制斗輪堆取料機的啟、停、位置或給出操作報警信號，由司機手動控制。

1.2 定位系統(tǒng)的整體構(gòu)成

煤場定位系統(tǒng)以工控機控制ADAM400系列模塊為基礎，位置檢測部分由單片機檢測電路實現(xiàn)，工控機通過ADAM模塊得到位置信息后，再通過GPRS發(fā)送裝置將其發(fā)送至控制中心進行處理，系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

其中ADAM4520把工控機串口RS232標準轉(zhuǎn)換到RS485標準，計數(shù)/頻率模塊ADAM4080得到單片機檢測電路檢測到的位置信息并上上轉(zhuǎn)給工控機，利用數(shù)字量I/O模塊ADAM4050進行限制報警控制，為了方便與現(xiàn)場工作人員交互信息，在堆取料機上安裝了RS232串口接口方式的點陣式LED顯示屏，顯示輸煤系統(tǒng)運行過程中的狀態(tài)信息，其接口通過RS485到RS232轉(zhuǎn)換模塊ADAM4521來實現(xiàn)，無線數(shù)傳模塊LQ8100DTU GPRS內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧，具有永遠在線、按流量計費、動態(tài)IP地址管理的優(yōu)點，可實現(xiàn)串口透明的無線數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)高速實時傳輸，將數(shù)據(jù)準確發(fā)送到控制中心。

1．3 單片機檢測電路

堆取料機車輪軸上和轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)動軸上都裝有齒輪，位置型傳感器固定在齒輪旁邊對其走齒情況進行檢測，系統(tǒng)利用AT89C52單片機根據(jù)傳感器的兩路輸出確定堆取料機的位置或轉(zhuǎn)臂的旋轉(zhuǎn)角度，將數(shù)據(jù)存入非易失性存儲器，并將采集到的位置數(shù)據(jù)以連續(xù)脈沖的形式發(fā)送給ADAM4080，而ADAM4080對脈沖進行計數(shù)，脈沖數(shù)量與要發(fā)送的位置數(shù)據(jù)相對應。此外，還配備了初始位置設定電路和3個行程開關(guān)以實現(xiàn)位置矯正。單片機檢測電路的電路圖如圖2所示。

2 系統(tǒng)的工作原理

2．1 位置數(shù)據(jù)的檢測

堆取料機的走行距離及轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)角度都與相應軸上的齒輪旋轉(zhuǎn)角度成正比，通過傳感器檢測走齒數(shù)即可換算出走行距離，同時必須還要知道走行或旋轉(zhuǎn)的方向。利用位置型雙路測速傳感器πWl6LD可實現(xiàn)以上要求，其采用新型磁敏感元件、鋼鐵材質(zhì)導磁體觸發(fā)，具有頻響寬(從靜態(tài)開始到30 kHz)、穩(wěn)定性好、抗干擾強的優(yōu)點；傳感器的輸出為兩路有相位差的幅度穩(wěn)定的方波信號，具有判向功能，能分辨齒輪、齒條的運動方向，可以測量雙向運動的位移量和正反角度轉(zhuǎn)動的角度值。位置型傳感器的工作原理如圖3所示。

πW16LD的兩路輸出分別接單片機的INTO和P1．6，外部中斷O采取邊沿觸發(fā)方式，即每走一個齒傳感器便產(chǎn)生一個脈沖來引發(fā)一次中斷，在中斷服務程序中，要判斷P1．6是高電平還是低電平，為高電平則將單片機用來存儲位置數(shù)據(jù)的寄存器值加1，否則減1，在中斷結(jié)束前把新數(shù)據(jù)存入有鋰電池的存儲器HKl235。

2．2 位置矯正及初始位置輸入電路

在系統(tǒng)長時間運行過程中可能由于車輪滑動等因素而使位置數(shù)據(jù)產(chǎn)生誤差，定位系統(tǒng)在堆取料機全長260 m的行進軌道的60 m，120 m，180 m處設置了3個矯正點，通過行程開關(guān)以中斷的方式把單片機中的位置數(shù)據(jù)矯正成正確的數(shù)據(jù)。堆取料機和轉(zhuǎn)臂的初始位置數(shù)據(jù)通過以82C79為核心輸入電路來置入，其中斷輸出引腳IRQ和3個行程開關(guān)的輸出分別接到4輸入或非門的4個輸入端上以實現(xiàn)中斷擴展，或非門的輸出接到89C52的INT1引腳，當單片機的外部中斷1產(chǎn)生中斷時，服務程序首先通過依次讀P1．3～P1．5的邏輯狀態(tài)以判斷是否為行程開關(guān)引起的觸發(fā)，如果是則把寄存器存儲的數(shù)據(jù)修改成此開關(guān)所對應的位置數(shù)據(jù)；否則即為有鍵按下使82C79產(chǎn)生的中斷，則將代表位置的4個鍵值依次讀出，通過程序轉(zhuǎn)換成2 B表示的數(shù)據(jù)，在服務程序結(jié)束前將新數(shù)據(jù)存入HK1235。電路圖如圖4所示。

2．3 ADAM4080與單片機的通信

計數(shù)／頻率模塊ADAM4080的計數(shù)器輸入主要技術(shù)指標為：

通道：2個獨立的32位計數(shù)器；

輸入頻率：最大50 kHz；

輸入方式：隔離或非隔離；

隔離輸入電平：邏輯O：最大+1 V；邏輯1：+3．5 V～+30 V：

數(shù)字量輸出：集電極開路2通道。

電路連接如圖2所示。利用ADAM4080內(nèi)部的計數(shù)器O對單片機P1．1輸出的脈沖進行計數(shù)，單片機在發(fā)脈沖的同時通過P1．2發(fā)出一個同步信號，在發(fā)送脈沖期間同步信號保持高電平其余時間輸出低電平，利用此信號來作為ADAM4080內(nèi)部計數(shù)器O的計數(shù)控制門GATE0的輸入信號。工控機每隔10 s讀取一次計數(shù)器0中的數(shù)據(jù)，讀取后清零計數(shù)器O。由于所發(fā)脈沖數(shù)在0～9264之間(軌道全長260 m，每走一個齒對應O．028 m)，脈沖頻率為5 kHz，故最長發(fā)脈沖時間為1．86 s，工控機每10 s讀一次數(shù)據(jù)，保證時間不會發(fā)生沖突。為使此過程循環(huán)進行以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的更新，工控機要通過一個握手信號與單片機通信，可以通過ADAM4080的數(shù)字輸出通道DOO來實現(xiàn)。將DOO接到單片機的P1．0上，每次工控機從ADAM4080中讀取完數(shù)據(jù)并將計數(shù)器O清零后，先使DO0輸出高電平，通知單片機可以重新啟動發(fā)脈沖的過程，然后再使DOO輸出低電平為下一次啟動作準備，其中工控機對AD-AM4080操作的主要命令如表1所示。

上述通信過程的時序圖如圖5所示。

單片機通過查詢方式來判斷握手信號的狀態(tài)，如果P1．0為高電平則發(fā)脈沖，否則等待。由時序圖可知發(fā)送連續(xù)脈沖的時間與位置數(shù)據(jù)有關(guān)，為了避免出現(xiàn)當脈沖已發(fā)完而高電平尚未復位，即一次通信中發(fā)送多次而產(chǎn)生數(shù)據(jù)錯誤，可設置一個標志，低電平期間將其清O，到高電平后先判斷標志，為O則發(fā)送，否則繼續(xù)判斷P1．O的狀態(tài)，而在第一次發(fā)完之后將標志置1，便可保證正常通信。程序流程圖如圖6所示。

3 抗干擾措施

系統(tǒng)供電電源為30 V，為了提高抗干擾能力，AD-AM4080內(nèi)部的數(shù)字系統(tǒng)和單片機檢測電路的數(shù)字系統(tǒng)都采用隔離DC-DC，且兩個數(shù)字系統(tǒng)共地。脈沖信號及同步信號用30 V驅(qū)動以提高其抗干擾性能，同時要保證數(shù)字系統(tǒng)與30 V電源隔離，因此單片機系統(tǒng)通過光耦元件4N25輸出信號，而ADAM4080設置為隔離方式輸入。傳感器采用30 V供電，其兩路輸出也通過4N25接入系統(tǒng)。單片機系統(tǒng)利用軟件陷阱結(jié)合硬件看門狗X25045保證了系統(tǒng)可靠工作，現(xiàn)場運行效果良好。

4 結(jié)語

基于ADAM4000系列模塊的煤場定位系統(tǒng)實時準確地為程控輸煤系統(tǒng)提供煤場堆取料機的位置信息，在實際運行中，保證了輸煤系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作，定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，造價適中，具有進一步推廣的價值。