基于ADAM4000系列模塊的煤場(chǎng)定位系統(tǒng)

焦化廠輸煤系統(tǒng)承擔(dān)從卸煤坑至儲(chǔ)煤場(chǎng)堆煤及儲(chǔ)煤場(chǎng)至煤倉取煤的任務(wù)，輸煤系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行是保證全廠安全、高效運(yùn)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(gè)方面構(gòu)成，程控輸煤系統(tǒng)采用性能可靠、抗干擾強(qiáng)的PLC作為主控制器，以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)，他負(fù)責(zé)統(tǒng)計(jì)、報(bào)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(chǔ)，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(chǎng)定位系統(tǒng)的功能及實(shí)現(xiàn)

1.1 定位系統(tǒng)的主要功能

基于ADAM4000模塊的煤場(chǎng)定位系統(tǒng)作為調(diào)度系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集堆取料機(jī)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(shí)現(xiàn)對(duì)斗輪堆取料機(jī)的行走位置，懸臂仰俯角度、回轉(zhuǎn)角度的控制，因此現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確及時(shí)的采集是整個(gè)輸煤系統(tǒng)能夠正常運(yùn)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(chǎng)對(duì)應(yīng)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(dòng)修改煤場(chǎng)堆煤信息，如果操作非法，發(fā)出堆煤錯(cuò)誤報(bào)警信息，同理判斷取煤操作合法性，斗輪堆取料機(jī)啟?？刂菩盘?hào)，電流量及啟停反饋信號(hào)動(dòng)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(jī)的啟、停、位置或給出操作報(bào)警信號(hào)，由司機(jī)手動(dòng)控制。

1.2 定位系統(tǒng)的整體構(gòu)成

煤場(chǎng)定位系統(tǒng)以工控機(jī)控制ADAM400系列模塊為基礎(chǔ)，位置檢測(cè)部分由單片機(jī)檢測(cè)電路實(shí)現(xiàn)，工控機(jī)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(jìn)行處理，系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

其中ADAM4520把工控機(jī)串口RS232標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換到RS485標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)數(shù)/頻率模塊ADAM4080得到單片機(jī)檢測(cè)電路檢測(cè)到的位置信息并上上轉(zhuǎn)給工控機(jī)，利用數(shù)字量I/O模塊ADAM4050進(jìn)行限制報(bào)警控制，為了方便與現(xiàn)場(chǎng)工作人員交互信息，在堆取料機(jī)上安裝了RS232串口接口方式的點(diǎn)陣式LED顯示屏，顯示輸煤系統(tǒng)運(yùn)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(shí)現(xiàn)，無線數(shù)傳模塊LQ8100DTU GPRS內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧，具有永遠(yuǎn)在線、按流量計(jì)費(fèi)、動(dòng)態(tài)IP地址管理的優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)串口透明的無線數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)高速實(shí)時(shí)傳輸，將數(shù)據(jù)準(zhǔn)確發(fā)送到控制中心。

1．3 單片機(jī)檢測(cè)電路

堆取料機(jī)車輪軸上和轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)動(dòng)軸上都裝有齒輪，位置型傳感器固定在齒輪旁邊對(duì)其走齒情況進(jìn)行檢測(cè)，系統(tǒng)利用AT89C52單片機(jī)根據(jù)傳感器的兩路輸出確定堆取料機(jī)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(chǔ)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(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，脈沖數(shù)量與要發(fā)送的位置數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)。此外，還配備了初始位置設(shè)定電路和3個(gè)行程開關(guān)以實(shí)現(xiàn)位置矯正。單片機(jī)檢測(cè)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(cè)

堆取料機(jī)的走行距離及轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)角度都與相應(yīng)軸上的齒輪旋轉(zhuǎn)角度成正比，通過傳感器檢測(cè)走齒數(shù)即可換算出走行距離，同時(shí)必須還要知道走行或旋轉(zhuǎn)的方向。利用位置型雙路測(cè)速傳感器πWl6LD可實(shí)現(xiàn)以上要求，其采用新型磁敏感元件、鋼鐵材質(zhì)導(dǎo)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(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)；傳感器的輸出為兩路有相位差的幅度穩(wěn)定的方波信號(hào)，具有判向功能，能分辨齒輪、齒條的運(yùn)動(dòng)方向，可以測(cè)量雙向運(yùn)動(dòng)的位移量和正反角度轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)的INTO和P1．6，外部中斷O采取邊沿觸發(fā)方式，即每走一個(gè)齒傳感器便產(chǎn)生一個(gè)脈沖來引發(fā)一次中斷，在中斷服務(wù)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(jī)用來存儲(chǔ)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(chǔ)器HKl235。

2．2 位置矯正及初始位置輸入電路

在系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過程中可能由于車輪滑動(dòng)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(jī)全長(zhǎng)260 m的行進(jìn)軌道的60 m，120 m，180 m處設(shè)置了3個(gè)矯正點(diǎn)，通過行程開關(guān)以中斷的方式把單片機(jī)中的位置數(shù)據(jù)矯正成正確的數(shù)據(jù)。堆取料機(jī)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(gè)行程開關(guān)的輸出分別接到4輸入或非門的4個(gè)輸入端上以實(shí)現(xiàn)中斷擴(kuò)展，或非門的輸出接到89C52的INT1引腳，當(dāng)單片機(jī)的外部中斷1產(chǎn)生中斷時(shí)，服務(wù)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(chǔ)的數(shù)據(jù)修改成此開關(guān)所對(duì)應(yīng)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(gè)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(wù)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(jī)的通信

計(jì)數(shù)／頻率模塊ADAM4080的計(jì)數(shù)器輸入主要技術(shù)指標(biāo)為：

通道：2個(gè)獨(dú)立的32位計(jì)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(jì)數(shù)器O對(duì)單片機(jī)P1．1輸出的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，單片機(jī)在發(fā)脈沖的同時(shí)通過P1．2發(fā)出一個(gè)同步信號(hào)，在發(fā)送脈沖期間同步信號(hào)保持高電平其余時(shí)間輸出低電平，利用此信號(hào)來作為ADAM4080內(nèi)部計(jì)數(shù)器O的計(jì)數(shù)控制門GATE0的輸入信號(hào)。工控機(jī)每隔10 s讀取一次計(jì)數(shù)器0中的數(shù)據(jù)，讀取后清零計(jì)數(shù)器O。由于所發(fā)脈沖數(shù)在0～9264之間(軌道全長(zhǎng)260 m，每走一個(gè)齒對(duì)應(yīng)O．028 m)，脈沖頻率為5 kHz，故最長(zhǎng)發(fā)脈沖時(shí)間為1．86 s，工控機(jī)每10 s讀一次數(shù)據(jù)，保證時(shí)間不會(huì)發(fā)生沖突。為使此過程循環(huán)進(jìn)行以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的更新，工控機(jī)要通過一個(gè)握手信號(hào)與單片機(jī)通信，可以通過ADAM4080的數(shù)字輸出通道DOO來實(shí)現(xiàn)。將DOO接到單片機(jī)的P1．0上，每次工控機(jī)從ADAM4080中讀取完數(shù)據(jù)并將計(jì)數(shù)器O清零后，先使DO0輸出高電平，通知單片機(jī)可以重新啟動(dòng)發(fā)脈沖的過程，然后再使DOO輸出低電平為下一次啟動(dòng)作準(zhǔn)備，其中工控機(jī)對(duì)AD-AM4080操作的主要命令如表1所示。

上述通信過程的時(shí)序圖如圖5所示。

單片機(jī)通過查詢方式來判斷握手信號(hào)的狀態(tài)，如果P1．0為高電平則發(fā)脈沖，否則等待。由時(shí)序圖可知發(fā)送連續(xù)脈沖的時(shí)間與位置數(shù)據(jù)有關(guān)，為了避免出現(xiàn)當(dāng)脈沖已發(fā)完而高電平尚未復(fù)位，即一次通信中發(fā)送多次而產(chǎn)生數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，可設(shè)置一個(gè)標(biāo)志，低電平期間將其清O，到高電平后先判斷標(biāo)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(biāo)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(jī)檢測(cè)電路的數(shù)字系統(tǒng)都采用隔離DC-DC，且兩個(gè)數(shù)字系統(tǒng)共地。脈沖信號(hào)及同步信號(hào)用30 V驅(qū)動(dòng)以提高其抗干擾性能，同時(shí)要保證數(shù)字系統(tǒng)與30 V電源隔離，因此單片機(jī)系統(tǒng)通過光耦元件4N25輸出信號(hào)，而ADAM4080設(shè)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(jī)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(chǎng)運(yùn)行效果良好。

4 結(jié)語

基于ADAM4000系列模塊的煤場(chǎng)定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地為程控輸煤系統(tǒng)提供煤場(chǎng)堆取料機(jī)的位置信息，在實(shí)際運(yùn)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(jiǎn)單，造價(jià)適中，具有進(jìn)一步推廣的價(jià)值。