推焦操作过程监测管理系统 【技术领域】
本发明涉及焦化行业对推焦操作过程进行监测与管理的系统，具体为可对推焦车运行速度、距离、位置进行实时连续监测，在此基础上还可实现远程监视、监测推焦过程、远程输入推焦计划，并对推焦计划进行监督的计算机监管系统，特别是其硬件系统。
背景技术
推焦车是炼焦生产中最重要的设备之一，推焦计划又是焦化诸多生产工艺控制指标中对生产影响最大的一项，其不仅对焦炉安全生产，而且对焦化煤气系统负荷稳定都至关重要。通过准确了解焦车运行位置、运行状况(如处于推焦还是平煤状态)，来掌握推焦计划的执行情况，是目前焦化行业通常采用的推焦监管技术方法。现有技术的监测、管理系统包含一个焦车运行位置监测装置和对位置监测装置的输出信号作进一步处理的且位于焦车驾驶室的操作监测装置。焦车运行位置监测装置包含焦车位置采样装置和对采样装置所采的焦车运行位置信号进行处理的单片机应用系统；操作监测装置包含单片机应用系统和其前向通道的除焦车位置信号地其它参数信号的采集输入电路，通过位置监测装置内的焦车位置采样装置将推焦车所处的位置信号采入其单片机应用系统，单片机应用系统对该位置信号进行分析、确认，最后给出并贮存反映焦车所处位置对应(焦)炉号的输出信号，该反映炉号的信号进入操作监测装置，与事先以软件形式输入操作监测装置单片机应用系统的推焦计划的炉号顺序相比较，从而确定推焦过程是否按推焦计划进行，同时，其单片机应用系统对推焦车目前所处炉号、应该推焦的炉号、推焦电流、推焦时间、平煤电流等参数进行显示和贮存，用于提醒焦车司机和推焦车运行数据的留存、查询。现有的推焦车运行位置监测装置内的采样装置主要有电磁感应式和红外感应式，无论是电磁感应式还是红外感应式，都是在推焦车运行轨道或炭化室对面墙壁上与炭化室炉门对应的位置上预置反映炉号的红外或电磁式编码标志，然后由固定于推焦车上的编码标志识别装置进行识别，将其识别或采集到的代表炉号的编码信息输入单片机应用系统进行处理。规模较大的焦化企业其焦炉炭化室少则也有百十孔，其炉号编码标志数量多，加之焦化生产现场条件恶劣，代表炉号的编码标志极易损坏，使炉号检测识别装置无法或无法正确识别炉号，产生错误信息而导致推焦车司机发生错误操作，造成不堪设想的后果。而且，由于编码标志为非连续放置，编码识别装置也无法进行连续识别，出现焦车运行监测的“盲区”，如当推焦车位于两个编码标志之间时，识别装置就无法对推焦车的位置进行准确监测和记录，从而就无法对推焦车位于两编码标志之间进行平煤、盖炉盖等操作过程进行监测和记录。操作监测装置位于焦车的驾驶室，输入或变更推焦计划需在驾驶室内完成，而且实时显示焦车运行参数只有焦车的操作者观察到，无法远程监视、监测推焦过程和远程输入、变更推焦计划，从信号传输的角度看，缺少一个信号传输环节，使现有的监测系统不够完整、完善，也给系统的使用带来不便。
【发明内容】
本发明为解决现有技术不能对推焦车运行位置进行连续监测、记录的问题，给出一种能对推焦车运行位置进行连续监测、记录，从而能对除推焦外的装煤、平煤、盖煤盖等推焦车操作的全过程进行监测、管理、贮存记录的监测系统，并只以提供和完成该系统的硬件构成为目的，辅以相应软件的功能说明。
本发明是采用如下的技术方案实现的：推焦操作过程管理监测系统，包含焦车运行位置监测装置和对位置监测装置的输出信号作进一步处理、位于焦车驾驶室内的推焦车操作监测装置，焦车位置监测装置包含置于一壳体内的单片机应用系统，单片机应用系统的前向通道包含焦车运行工况信号的采集总成，操作监测装置包含一个单片机应用系统，其前向通道包含除焦车位置信号的包括推焦时间、推焦电流、平煤电流的采集输入电路，位置监测装置的焦车运行工况信号采集总成包含与焦车从动轮轴固定的旋转编码器和对旋转编码器的输出信号进行处理、转换、并置于壳体内、包含GAL16V8芯片(也可选用其它型号的芯片如GAL20V8)的倍频鉴相电路。旋转编码器是现有公知产品，用于测量物体的旋转角度并将测得的角度转换成相应的输出信号，旋转编码器的输出信号包含两路相位相差九十度的脉冲信号，编码器在旋转单位圈内所发出的脉冲数反映旋转编码器的测量精度，两脉冲相位的相互超前、滞后关系反映旋转方向也即焦车的运动方向，本发明的旋转编码器选用E6A2型号(也可选用其它型号，如ORE-38-400C24、ORE-38-500C24)。由于该旋转编码器与焦车从动轮轴固定，因此，焦车从动轮的旋转角度被测得，该信号由芯片GAL16V8的3、4端进入倍频鉴相电路，倍频鉴相电路一则鉴别旋转编码器的转动方向也即推焦车的运行方向，二则可大大提高编码器的分辨率，以价格相对低廉的编码器实现相对精度较高的测量。倍频鉴相电路表示旋转方向、角度的输出信号经前向通道进入位置监测装置的单片机应用系统，信号进入单片机应用系统后，依据弧长原理S＝Rθ(S为弧长即推焦车走过的距离，R为从动轮的半径，θ为从动轮自起始桩所转过的角度)，在相应软件程序支持下，可算出推焦车移动的距离，该距离与以软件程序形式预存于位置监测装置的单片机应用系统内各炭化室距起始桩的距离或者是一个距离范围相比较，可得出推焦车运行所处炭化室(炉)的炉号。上述包括旋转角度、方向、计算得出的运行距离及对应的炉号均贮存于位置监测装置的单片机应用系统的存贮单元内。上述信息经位置监测装置的单片机应用系统计算机相互通道的数据接口(CTRL)输出并进行电平转换后，由操作监测装置的单片机应用系统计算机相互通道的数据接口(PIN1)进入操作监测装置，操作监测装置的单片机应用系统实时(推焦开始的瞬间)将其中反映炉号的信号采入，显示并与事先以软件形式输入其单片机应用系统内的推焦计划的炉号顺序相比较，两者吻合，焦车司机按显示的炉号进行推焦，否则报警，说明焦车目前所处炉号不符合推焦计划，从而实现提醒司机的功能。上述的信号采集过程与现有技术不同，现有技术是通过红外或电磁感应形式直接将焦车所处位置对应的炉号采入，而本发明是将焦车从动轮的旋转角度的代数值(即正转、反转角度)采入，在软件程序的支持下再换算出相对起始柱的运行距离，与各炭化炉相对起始桩的标准距离或距离范围比较后得出焦车所处的炉号，显然，本发明的采集方式能实现焦车运行工况信号的连续采集，这也是本发明与现有技术的主要区别所在。正是基于焦车工况信号的连续采集，本监测管理系统可对某一炭化室(炉)出焦装煤过程所经历的开炉门、推焦、平煤、关炉门四种操作过程中推焦车所处的三个不同位置进行相应参数的精确测量和记录且在整个过程中都显示该被操作炉号，使整个的炼焦工作过程连续可查。
本发明焦车运行位置监测装置的单片机应用系统前向通道的工况信号采集总成还包含固定于焦车上的接近开关和置于焦炉端台外侧、焦车运行轨道旁的金属起始桩。接近开关的特点是当其与金属块靠近一定范围时，将产生一个低电平信号，当其离开金属块时，检测到的信号为高电平，因此，起始桩与接近开关应相互配合，起始桩与接近开关固定安装位置应保证当接近开关驶过起始桩时，能感应到起始桩的存在并产生相应信号。在本监测管理系统首次使用时，必须让带有接近开关的焦车先驶过金属起始桩一次，用于起始标定点的信号采集、确认。本发明的接近开关选用BI15-CP40(也可选用其它型号，如GX-12M、PM-K53、CY-22)，其输出信号经前向通道引入位置监测装置的单片机应用系统，将起始标定点的信号送入单片机应用系统。
旋转编码器可通过下述的结构实现与焦车从动轮轴的固定。在焦车从动轮的压盖上开一园孔，在压盖内设有一传动连接器，传动连接器的一端为锥形，伸入从动轮轴端顾有的锥形盲孔，并用销钉与从动轮轴固定，传动连接器的另一端伸出从动轮压盖上所开的园孔，与从动轮压盖固定有联轴器外壳，联轴器外壳内安装有连轴器，通过连轴器将传动连接器出轴端与旋转编码器出轴端连接为一体，旋转编码器外套有与联轴器外壳固联的保护壳，这样当推焦车从动轮轴转动时，传动连接器及旋转编码器可同步旋转，也就将焦车从动轮轴的旋转角度变成旋转编码器输入轴的旋转角度。
本发明为克服推焦车运行中的“蠕变”和“温变”引起的误差，在推焦车运行轨道旁间隔置有可被接近开关感应到的误差修正桩，推焦车每经过一次误差修正桩，接近开关向位置监测装置的单片机应用系统输入感应信号，单片机应用系统将测得的推焦车现时相对起始桩的距离按修正桩相对起始桩的准确距离进行修正，从而避免误差积累造成的焦车监测数据不准。
一个完整的单片机应用系统由单片机与前向通道、后向通道、人机对话通道及计算机相互通道组成，根据实际的需要在完整单片机应用系统的基础上可作简化，如可没有后向通道、人机对话通道，在计算机技术高度发展的今天，单片机应用系统的硬件电路设计(包括系统扩展、系统配置)在应用系统功能技术指标确定的情况下，对本技术领域的普通技术人员来讲是公知且无需创造性劳动就可实现的。本发明的技术方案主要集中于位置监测装置的单片机应用系统前向通道的信号采集总成，操作监测装置的单片机应用系统前向通道的除焦车位置信号的包括推焦时间、推焦电流、平煤电流的采集输入电路，对单片机应用系统的硬件电路未作详细的描述，但附图及后续的具体实施方式中给出了位置监测装置和操作监测装置的单片机应用系统的硬件电路结构图及其工作过程。
现有技术的系统中也有推焦、平煤时间、电流的采集、显示功能。本发明操作监测装置前向通道的推焦时间、平煤时间采集输入电路包含固定于与推焦杆、平煤杆处于起始位置时的端部位置对应的推焦车位置上的位置传感器20、21(即位置传感器在推焦车上的固定位置与推焦杆、平煤杆处于起始位置时的端部位置对应)(型号)和分别由位置传感器20的触点J1-1、光电隔离开关IC20(TTL113)和位置传感器21的触点J2-1、光电隔离开关IC21(TTL113)构成的采集输入电路，当推焦杆或平煤杆启动，其端部驶入位置传感器20或21感知范围时，位置传感器导通，其触点J1-1或J2-1闭合，采集输入电路导通，向操作监测装置的单片机应用系统输入高电平信号，单片机应用系统开始计时，当推焦或平煤结束，推焦或平煤杆端部驶离位置传感器感知范围时，采集输入电路断开，单片机应用系统停止计时，单片机应用系统将推焦或平煤过程经历的时间进行显示。本发明推焦、平煤采集输入电路采集到的信号是分别由单片机的P15、P17端输入单片机应用系统的。本发明推焦、平煤电流的信号采集是由电流互感器采集动力输电线的电流信号完成的，由于现有技术也有推焦、平煤电流的采集、显示功能，本发明采用的推焦、平煤电流的信号处理电路属公知常用电路且也可采用现有技术的信号处理电路，因此，本发明对推焦、平煤电流的信号处理电路未作详细的描述，在附图中给出了其具体电路原理图，推焦、平煤电流信号最后是由单片机的T0端进入操作监测装置的单片机应用系统的。
本发明为解决现有技术不能远程监视、监测推焦操作过程及不能远程输入、变更推焦计划的问题，使本发明所述系统进一步完善、功能更加齐全，在上述系统的基础上增加可与操作监测装置相互无线传递信号的由工业控制计算机、计算机通用外部设备构成的子系统，并只以提供该子系统的硬件构成为目的，该子系统与操作监测系统通过无线发送接收装置实现无线信号传递，无线发送接收装置采用型号为FC-TK404N无线数据传输组件，以全双工RS-232标准进行数据交换，FC-TK404N无线数据传输组件分别与操作监测装置的单片机应用系统计算机相互通道的数据接口(PIN2)、工控计算机的串行接口相连。
本发明所述系统可连续对推焦车的运行进行监测，且可实现远程监测与控制，系统结构完整，功能齐全，工作安全可靠，为焦化行业理想的监测管理系统。
【附图说明】
图1为本发明所述系统的结构方框图；
图2为本发明位置监测装置的电路结构原理图；
图3为位置监测装置的旋转编码器与焦车从动轮轴的固定结构图；
图4为位置监测装置中起始桩、修正桩的固定位置示意图；
图5为推焦车结构示意图；
图6为操作监测装置的电路结构原理图；
图7也为操作监测装置的电路结构原理图；图6与图7之间各线端同号相连；
图8为现有推焦电流、平煤电流信号采集电路的结构原理图；
图9为推焦时间信号采集电路的结构原理图；
图10为平煤时间信号采集电路的结构原理图；
【具体实施方式】
推焦操作过程监测管理系统，包含焦车运行位置监测装置、对位置监测装置的输出信号作进一步处理、位于焦车驾驶室内的推焦车操作监测装置和可与操作监测装置相互无线传递信号的由工业控制计算机、计算机通用外部设备构成的子系统，焦车位置监测装置包含置于一壳体内的单片机应用系统，单片机应用系统的前向通道包含焦车运行工况信号的采集总成，操作监测装置包含一个单片机应用系统，其前向通道包含除焦车位置信号的包括推焦时间、推焦电流、平煤电流、平煤时间的采集输入电路，子系统与操作监测系统通过无线发送接收装置——FC-TK404N，以全双工RS-232标准与操作监测装置进行数据交换，FC-TK404N无线数据传输组件分别与操作监测装置的单片机应用系统计算机相互通道的数据接口(PIN2)、工控计算机的串行接口相连；位置监测装置的工况信号采集总成包含与焦车从动轮轴固定的旋转编码器和对旋转编码器的输出信号进行处理、转换、并置于壳体内、包含GAL16V8芯片的倍频鉴相电路，本发明的旋转编码器选用E6A2型号，其输出信号由芯片GAL16V8的3、4端进入倍频鉴相电路，倍频鉴相电路表示旋转方向、角度的输出信号经前向通道由单片机的P17口和外部中断INT0口进入位置监测装置的单片机应用系统，信号进入单片机应用系统后，依据弧长原理S＝Rθ，在相应软件程序支持下，可算出推焦车移动的距离，该距离与以软件程序形式预存于位置监测装置的单片机应用系统内各炭化室距起始桩的距离或距离范围相比较，可得出推焦车运行所处炭化室(炉)的炉号。上述包括旋转角度、方向、计算得出的运行距离及对应的炉号均贮存于单片机应用系统的存贮单元内。上述信息经位置监测装置中的单片机应用系统计算机相互通道的数据接口(CTRL)输出，并由操作监测装置中的单片机应用系统计算机相互通道的数据接口(PIN1)进入操作监测装置，操作监测装置的单片机应用系统实时(推焦开始的瞬间，也即推焦杆端部被位置传感器感知的时刻)将其中反映炉号的信号采入，显示并与事先以软件形式输入其单片机应用系统内的推焦计划的炉号顺序相比较，两者吻合，焦车司机按显示的炉号进行推焦，否则报警，说明焦车目前所处炉号不符合推焦计划，从而实现提醒司机的功能。
本发明焦车运行位置监测装置的单片机应用系统前向通道的工况信号采集总成还包含固定于焦车上的接近开关MI和置于焦炉端台外侧、推焦车运行轨道旁的金属起始桩11，本发明的接近开关选用BI15-CP40，其输出信号经前向通道由单片机的外部中断INT1口引入位置监测装置的单片机应用系统。
旋转编码器可通过下述的结构实现与焦车从动轮轴的固定。在焦车从动轮的压盖4上开一园孔，在压盖4内设有一传动连接器1，传动连接器的一端为锥形，伸入从动轮轴2轴端顾有的锥形盲孔，并用销钉与从动轮轴固定，传动连接器的另一端伸出从动轮压盖上所开的园孔，与从动轮压盖固定有联轴器外壳9，外壳内安装有连轴器5，通过连轴器5使传动连接器出轴端与旋转编码器6出轴端连接为一体，旋转编码器外套有与联轴器外壳固联的保护壳8。
本发明为克服推焦车运行中的“蠕变”和“温变”引起的误差，在推焦车运行轨道旁间隔置有可被接近开关感应到的误差修正桩12。
操作监测装置前向通道的推焦时间、平煤时间采集输入电路包含固定于与推焦杆22、平煤杆23处于起始位置时的端部位置对应的推焦车位置上的位置传感器20、21(型号)和分别由位置传感器20的触点J1-1、光电隔离开关IC20(TTL113)和位置传感器21的触点J2-1、光电隔离开关IC21(TTL113)构成的采集输入电路。推焦、平煤采集输入电路采集到的信号是分别由单片机的P15、P17端输入单片机应用系统的。
本发明的焦车运行位置监测装置的壳体24固定于焦车上，旋转编码器25通过传输电缆与位置监测装置相连；操作监测装置26置于焦车驾驶室内，通过传输电缆与位置监测装置相连，其上连接有无线发送接收装置27。