杨玉东

(中冶赛迪电气技术有限公司，重庆 400013)

料仓作为存储物料的场所，已经成为高炉和原料场系统必不可少的组成部分，如高炉系统的矿焦槽和原料场系统的混匀配料槽，料仓承担着储备原料以及为槽下配料系统提供原燃料的关键任务，最大限度地利用料仓容积率是提高生产效率和为槽下系统提供可靠原燃料的保障。

卸料车是仓上卸料的主要机械设备，多采用定点卸料方式。定点卸料方式又分为单点卸料与多点卸料两种，目前很多卸料车采用单点卸料方式，缺点是料仓内料面不平整，为单峰型式，料仓容积率低，无法保证供料线设备检修等特殊情况下料仓的备料能力[1]。多点卸料一般为两点或三点卸料，即在每个料仓上设置两个或三个固定卸料点，多点卸料虽在一定程度上弥补了单点卸料的缺陷，提高了料仓容积率，但与设计的最大容积率还有一定距离。如果卸料车在料仓上规定区域往复走行并同时卸料，这样料面将更趋于平整，料仓容积率可显著提高。

卸料车往复走行，其位置检测极为重要，目前主要有定点位置检测的到位开关和连续位置检测的旋转编码器、激光测距及格雷母线等装置。

当卸料车在某一料仓上走行区域固定时，可在走行位置的两端设置到位开关，但由于仓上灰尘较大，导致到位开关可靠性变差，易失灵，维护量大。且卸料车的往复走行位置常由操作人员根据现场实际情况调整，所以很少使用到位开关。旋转编码器位置检测是在车轮上安装码盘对行走的位置进行连续检测，是一种相对定位的机械接触工作方式，通过计算测量轴转动的圈数乘以周长得到移动车辆的位置。编码器优点是成本低，缺点是车轮打滑会导致编码器计数错误，定位不准，存在累计误差，容易损坏，维护工作量大。激光测距优点是非接触式、精度高，缺点是成本高、抗污能力差、车身振动情况下扫描装置容易出现丢址现象[2]。格雷母线技术采用电磁感应原理和格雷编码原理来进行位置检测，是一种连续的非接触式绝对位置检测方式，具有精度高、成本适中、抗污能力强等优点，某原料场将格雷母线应用在焦化筒仓的卸料车上。

1 格雷母线在移动卸料车上的应用①

1.1 格雷母线的原理、检测方式和特点

格雷母线装置由地址发射单元、地址检测单元、感应天线箱、格雷母线电缆及安装辅件等部分组成。地址检测单元通过安装在移动机车上的感应天线箱与沿轨道方向安装的格雷母线之间相互感应来检测感应天线箱在格雷母线长度方向上的位置。简单的说，格雷母线类似一把有刻度的标尺，天线箱类似指针，指针指向的刻度即是当前位置值[3]。

格雷母线由一对基准线(R线)和多对地址线(G线)按格雷码规律编排构成。基准线用于获取基准信号，它在整个感应电缆中不交叉。地址线用于地址检测，按格雷码的编码规律来编制，各对地址线按不同步长编排，每隔一定步长交叉一次。

以一个简单的例子来说明格雷母线的工作原理(图1)，假定格雷母线只有一对R线和一对G线，当天线箱中线圈通入交变电流时，在天线箱附近会产生交变的磁场，且天线箱与格雷母线之间的距离不大于300mm，因此格雷母线也处于这个磁场中，由线圈的感应原理可知，每对格雷母线芯线会有感应电动势产生。发射单元通过电磁耦合方式将地址信号传送到格雷母线的交叉线和平行线上，并通过交叉线和平行线把信号传送到地址检测单元。地址检测单元对接收到的地址信号与基准信号进行相位比较，交叉线的信号相位与平行线的信号相位相同，地址为“0”，相位相反则地址为“1”，由此得到车载站的地址信息，地址信息也是按格雷码方式排列的。

图1 格雷母线位置检测原理

格雷母线有两种位置检测方式。第一种是地面检测，就是把地址检测单元安装在地面站，由地面站完成地址检测，地址发射单元和天线箱安装在车载站；第二种是机上检测，就是把地址检测单元和天线箱安装在车载站，由车载站完成地址检测，地址发射单元则安装在地面站。如果控制系统的重心在车载站，采用机上检测方式较好; 如果控制系统的重心在地面站，则采用地面检测方式较好[4]。本系统采用的是地面检测方式。

格雷母线的特点如下：

a. 定位精度不大于10mm，且能够在机车行走范围内连续测址；

b. 扁平编码电缆的地址线为按一定规律交叉扭绞的结构，可以有效抑制外部电磁干扰；

c. 安装便捷、可拆卸、便于维护、抗污染能力强，可以在强粉尘环境下稳定可靠工作，不受酸、碱、油污等的影响，使用寿命长；

d. 采用非接触方式，避免了磨损、无累计滑差。

1.2 控制系统

某原料场为了最大限度地提高料场容积率，将先进、可靠、成熟的格雷母线技术应用到了其焦化筒仓上的卸料车上，采用格雷母线的地面检测，控制系统结构如图2所示。

图2 控制系统结构

本系统由中控室、机上部分和机下地面站3部分组成。中控室包括上位机和PLC，机下地面站包括通信单元、地址检测单元和格雷母线扁平电缆，机上包括天线箱和地址发射单元。系统主要实现功能有：卸料车往复布料和运行状态显示；卸料车位置检测；卸料车联锁控制。

操作员在中控室的上位机上制定卸料车在某一料仓走行位置的前后终点，并存储到主控PLC控制器中，通过格雷母线的位置检测来确定卸料车的位置并把位置信号通过现场总线的方式传送给主控PLC，主控PLC根据设定位置和实际位置的比较控制卸料车的往复运行。

1.3 常见故障分析

当出现检测不到卸料车地址或地址检测偏差的情况时，需检查电缆与始端箱的连接是否异常；检查扁平电缆芯线是否短路或断路，可用万用表测量R线和各G对线的电阻值来判断；检查地址卡工作状态是否异常[5]。

2 系统实际应用

在格雷母线的安装过程中，为了保证定位精度，应严格遵守工艺要求。扁平电缆敷设前，要先安装专门设计的母线支撑保护装置，并调至水平位置，敷设后将格雷母线电缆全部固定好。

为了能更好地检验布料效果，在每个仓上设置了4台连续测量的雷达料位计，通过现场调试与生产实际操作，系统运行状态良好，卸料车按照指定的卸料区域进行往复卸料，提高了料仓的容积率。

3 结束语

格雷母线定位技术已广泛应用于钢铁冶金企业中需要连续测量地址的情况下，其抗干扰能力强、检测精度高、适应现场条件能力强的诸多优点已经得到验证，是一种成熟、可靠、安全的定位技术。为了提高料仓容积率，减轻工作强度，保障生产顺利进行，可以考虑在高炉矿焦槽及原料场的混匀配料槽等重点区域设置连续位置检测，格雷母线是比较理想的选择。