(一)技术领域

本发明是一种推焦过程自动化管理系统，具体涉及炼焦生产过程自动 化控制技术领域。

(二)背景技术

焦炉生产现场具有高温、多尘、气体腐蚀、电气干扰、车辆频繁移动 等特点，为了提高生产效率，减少人工记录等人为因素造成的工艺参数的 偏差，实现推焦过程的数据采集、传送以及地面监测室与管理部门多点实 时监测，从而实现自动化管理，就是一个非常重要的问题。目前，有些单 位使用工业控制机、进口数传模块等装置，实现推焦车与地面站之间的无 线通讯，但这类装置存在信号处理滞后、无法实现多点同步实时监测的缺 陷。美国专利4674054A公开了一种焦炉工作控制设备，包括运输天线和地 址检测器(相当于炉号自动生成识别装置)、感应无线装置(相当于炉号 激发控制装置)、辅助焦炉机器控制器(相当于数据采集及传送装置)、 信号传输控制单元(相当于地面通讯控制装置)以及主控制器(相当于地 面监测装置)，该设备也存在如下缺陷：体积大、结构复杂，生产、安装 和维护成本高。

(三)发明内容

本发明就是为了克服上述现有技术中存在的缺陷，提供一种可以实现 多点同步实时监测、结构简单、体积小、成本低、安装调试方便的推焦过 程自动化管理系统。

本发明所述的一种推焦过程自动化管理系统，包括炉号自动生成识别 装置、炉号激发控制装置、数据采集及传送装置、地面通讯控制装置以及 地面监测装置，其特征是，所述炉号自动生成识别装置由炉号感应器、炉 号生成器组成，所述炉号感应器安装在推焦车上，并通过导线与炉号激发 控制装置相连接，所述炉号生成器安装在推焦车轨道旁与焦炉炭化室相对 应的位置，并通过炉号地址总线与地面通讯控制装置相连接；所述炉号激 发控制装置安装在推焦车上，并通过导线与数据采集及传送装置相连接； 所述数据采集及传送装置安装在推焦车上，并通过无线数传模块与地面通 讯控制装置无线连接；地面通讯控制装置安装在推焦车轨道旁，并通过通 讯电缆与地面监测装置相连接；所述炉号激发控制装置由可编程控制器及 继电器通过导线相互连接组成，可编程控制器还通过导线与接触器辅助触 点相连接；所述数据采集及传送装置由电流变送器、无线数传模块及单片 机电路通过导线相互连接组成，其相互连接关系为，单片机电路通过导线 分别与电流变送器、无线数传模块相连接。

为了更好地实现本发明，所述地面通讯控制装置由无线数传模块及单 片机电路通过导线相互连接组成；所述地面监测装置由内置数据采集卡的 工业控制机组成。

本发明具有如下优点和有益效果：

1.本发明采用了单片机技术、电磁感应技术和遥测遥控技术，用国产 备件替代了进口备件，在恶劣的环境下，用较低的成本实现了炼焦生产过 程数据的自动化管理。

2.本发明具有移动的车辆同地面监测装置数据进行实时通讯的特点， 可以根据实际推焦的作业情况，自动生成各种报表，并可以长期保存、查 询各焦炉炭化室的推焦电流实时或历史曲线等生产过程数据，为计算机编 制推焦计划提供可靠数据。

3.本发明采用了计算机网络技术，实现了调度室等管理部门多点同步 实时监测管理。

4.本发明不仅实现了多点同步实时监测，而且具有结构简单、体积 小、安装调试方便、运行可靠、维护量小、成本低、实用性强的特点，能 够满足炼焦生产过程自动化管理的需要。

(四)附图说明

图1是一种推焦过程自动化管理系统的结构示意图；

图2是炉号自动生成识别装置的电路原理图；

图3是炉号激发控制装置的电路原理图；

图4是数据采集及传送装置的电路原理图；

图5是地面通讯控制装置的电路原理图。

(五)具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进一步详细描述如下：

如图1所示，在炉号自动生成识别装置1中，炉号感应器6由带铁芯 的线圈组成，安装在推焦车移门、推焦、平煤机构相应的机架上，并通过 导线与炉号激发控制装置2的中间继电器12相连接，炉号生成器7由感应 线圈8和炉号地址板9通过导线相互连接组成，安装在推焦车轨道旁与焦 炉炭化室相对应的位置，并通过炉号地址总线10与地面通讯控制装置4的 单片机电路18相连接；炉号生成器7具有唯一的炉号地址，与焦炉炭化室 一一对应。炉号激发控制装置2由可编程序控制器11、中间继电器12通过 导线相互连接组成，安装在推焦车电气控制屏上，可编程序控制器11通过 导线与数据采集及传送装置3中的单片机电路16相连接；该装置读取推焦 过程中控制各机构动作的接触器辅助触点13的状态，经过程序处理后，激 发炉号自动生成识别装置1工作，同时为数据采集及传送装置3提供推 焦、平煤、开关门等状态的开关量。数据采集及传送装置3固定安装在推 焦车上，其中，电流变送器14、无线数传模块15及单片机电路16通过导 线相互连接，无线数传模块15与地面通讯控制装置4的无线数传模块17 无线通讯连接；该装置采集炉号激发控制装置2送来的推焦、平煤、开关 炉门等的状态开关量和电流变送器14送来的电流信号等，经单片机电路16 处理后，将这些数据通过无线数传模块15发送给地面通讯控制装置4，同 时接收地面通讯控制装置4的无线数传模块17发送来的炉号，并实时显示 炉号和推焦电流。地面通讯控制装置4安装在推焦车轨道旁，其中，单片 机电路18通过导线与无线数传模块17相互连接，并通过通讯电缆21与地 面监测装置5中的工业控制机20内置的PCL-745B数据采集卡19相连 接；该装置通过炉号地址总线10采集炉号生成器7生成的炉号，显示和向 数据采集及传送装置3发送炉号，并接收数据采集及传送装置3发送来的 电流信号及推焦、平煤、炉门开关状态量，同时将这些信号向地面监测装 置5传输。地面监测装置5由内置PCL-745B数据采集卡19的工业控制 机20组成，安装在焦炉地下室内；该装置采集地面通讯控制装置4送来的 炉号、推焦电流等信号，经监测程序，自动显示车号、炉号和作业起始、 结束等实时数据并储存，自动绘制实时电流曲线以及生成各种报表。

本发明的结构特点，炉号自动生成识别装置1利用电磁感应原理，采 用非接触检测方式。数据采集及传送装置3和地面通讯控制装置4利用了 单片机技术、遥测遥控技术，采用无线数传模块进行实时数据传输。实现 了推焦车在推焦、开关炉门、平煤时自动生成、识别炉号，推焦车上及地 面监测装置5实时显示推焦电流、炉号、推焦时间等内容。根据推焦生产 过程中采集的各种数据，为计算机编制推焦计划提供准确数据。利用计算 机网络技术实现地面监测装置5及各管理部门同步实时监测。

如图2所示，在炉号自动生成识别装置1的电路中，炉号感应器GY1 与炉号生成器7的感应线圈GY2组成感应电路。炉号生成器7的炉号地址 板9的电路由中央处理器电路、整流稳压电路、炉号地址跳线、复位电路 组成。其中，中央处理器电路由中央处理器芯片D1及输出放大管V2、V3 等外围元件通过导线相互连接组成。整流稳压电路由桥式整流模块ZL、滤 波电容C1、C2和稳压管V1通过导线相互连接组成，将感应电路产生和感 应电压经整流、滤波、稳压后，输出+5V电压作为工作电源。炉号地址跳 线由K1～K7组成，当K1～K7的某一点接通时，相当于二进制的“1”，断 开时，即相当于二进制的“0”，K1～K7的接通和断开形成的二进制编码表 示对应焦炉炭化室的炉号。中央处理器D1读取炉号地址板9上K1～K7炉 号地址跳线形成的二进制编码，并将此编码信号经V2、V3放大后，通过 B、G、M输出端以串行方式经炉号地址总线10送入地面通讯控制装置4， 形成炉号。复位电路由14级进位二进制计数器和振荡器芯片D2及外围元 件通过导线相互连接组成；该电路为单片机产生复位脉冲，保证单片机可 靠工作，不死机。

如图3所示，炉号激发控制装置2的电路由电源、可编程序控制器11 以及开关、中间继电器12通过导线相互连接组成；可编程序控制器11读 取推焦过程中控制各机构动作的接触器辅助触点13的状态，经过程序处理 后，为推焦车上数据采集及传送装置3提供推焦、平煤、开关炉门等状态 的开关量，以及驱动炉号自动生成识别装置1自动生成炉号。

如图4所示，数据采集及传送装置3的电路由电源电路、复位电路、 中央处理器电路、模/数转换电路、实时时钟电路、开关量输入电路、串 行通讯接口电路、键盘及显示电路通过导线相互连接而成。其中，电源电 路由变压器和整流稳压电路通过导线相互连接而成；它首先通过变压器将 ～220V变为～9V、～10V、～16V，然后经桥式整流、滤波，再经三端稳压器 U1、U2、U4、U6、U8稳压为+5V、+6V、±12V，其中，+5V作为主机电 源，+6V供无线数传模块使用，±12V供电流变送器及放大器使用。复位 电路由复位芯片D2及外围元件通过导线相互连接而成，由中央处理器D1 的P1.1控制；在加电或受干扰死机时，D2能在RESET脚输出复位信号， 使D1复位。中央处理器电路由D1组成，内部自带可擦写只读存储器，用 来存储用户程序。模/数转换电路由模/数转换芯片D6与中央处理器D1 通过导线相互连接组成。实时时钟电路由D4组成；为了得到实时时钟，采 用串行实时时钟芯片D21，用晶体振荡器作为时钟基准，通过中央处理器 D1的P1.3、P1.4、P1.5控制其设置和读取时钟，为了避免在停电时系统时 钟停止，另加锂电池，在停电时给D4供电。开关量输入电路由芯片D13、 D16、D17通过导线相互连接而成。串行通讯接口电路由D14组成；为了和 地面通讯控制装置4交换数据，采用无线数传模块15，与无线数传模块15 通讯采用RS232接口。键盘及显示电路由D3、D7～D11芯片和H1～H16 数码管通过导线相互连接组成；采用可编程键盘显示控制芯片D3及部分外 围元件完成键盘输入和数据显示，键盘只设两个键，用来调校实时时钟， 用LED数码管显示各种参数，通过编程，D3能读取键盘的输入并发送显示 代码，D3自动产生译码扫描信号和段驱动信号，译码扫描信号经3～8译 码器D7产生键扫描信号，供D3读取键值用，译码扫描信号经4～16译码 器D11产生16位显示位信号，再经3片D8～D10驱动，驱动16个LED 数码管的位，D3产生的8个段信号，先经D7缓冲器驱动，再经8个三极 管驱动，驱动LED数码管的段，使16个数码管正常显示。

如图5所示，地面通讯控制装置4的电路由电源电路、复位电路、中 央处理器电路、RS485/422接口电路、实时时钟电路、炉号输入电路、串 行通讯接口电路、键盘及显示电路通过导线相互连接而成。其中，中央处 理器电路采用双中央处理器结构，主中央处理器采用D1单片机，从中央处 理器采用D4，内部自带可擦写只读存储器，用来存储用户程序，D4只作与 工业控制机20通讯用，其余工作均由D1完成，为了得到准确的波特率， D4及D1均采用11.0592MHz晶体振荡器，双中央处理器间交换数据由8 位锁存器D5完成。RS485/422接口电路由D15～D18和D6组成，通过导 线相互连接而成；该电路将采集的各种参数通过通讯电缆21送到地面监测 装置5的工业控制机20内置的PCL-745B数据采集卡19，以供数据统 计、分析、打印，为提高抗干扰能力，传输信号经D16～D18光电藕合器隔 离，RS485/422接口由电平转换器D15实现，D16～D18光电藕合器与 D1 5之间加六反相器D6，起抗干扰和信号驱动作用。炉号输入电路由 D19、D20通过导线相互连接而成；由炉号地址总线10送过来的炉号串行 数据，经光电藕合器D19和D20隔离后，送D1的P1.6、P3.2读取。串行 通讯接口电路由D22组成，为了和数据采集及传送装置3交换数据，采用 无线数传模块17，与无线数传模块17通讯采用RS232接口。其它电路与 图4所示数据采集及传送装置3的电路相同。

实施本发明的推焦作业时，当推焦车移动到106#焦炉炭化室停下时， 炉号激发控制装置2读取到推焦车的停止状态，经程序控制驱动并保持炉 号感应器6工作，炉号生成器7生成此时推焦工作所处焦炉炭化室的炉号 106#，此炉号通过炉号地址总线10进入地面通讯控制装置4并显示；且经 无线数传模块17发送到推焦车上的数据采集及传送装置3并显示。

当推焦杆在106#向焦炉炭化室移动到达焦饼位置时，炉号激发控制装 置2向数据采集及传送装置3发出推焦开关量，使之开始采集推焦电流， 推焦电流由电流变送器14输出4～20mA电流信号，通过200Ω取样电阻变 成0.8V～4V电压信号，经由D6组成的电压跟随器进入D5多路转换器， 形成数字量。通过反相器D14经光电耦合进入主中央处理器D1，主中央处 理器D1的P1.3、P1.4、P1.5、P1.6控制其转换和读取数据，并输出两路信 号：一路经RS232串口进入无线数传模块15，与地面通讯控制装置4进行 实时数据无线传输通讯；另一路信号给可编程键盘显示控制芯片D3，其芯 片中固化程序自动产生译码扫描信号和八位段驱动信号，译码扫描信号经 4～16译码器D11，产生16个显示位信号，再经3片D8～D10驱动H1～ H16共阴数码管的位；可编程键盘显示控制芯片D3产生的8位段信号，先 经缓冲器D7，再经8个三极管驱动16个LED数码管的段，使16个数码管 正常显示：如北京时间“12-35-35”、炉号“106”、推焦车车号 “02”、电流值“0～118”A，实现推焦过程数据在推焦车上实时显示。

地面通讯控制装置4的无线数传模块17接收到电流信号后，通过 RS232串口进入主中央处理器D1：一路在主中央处理器D1中与推焦车所 处位置的炉号信号合成后，通过八位锁存器D5将数据送入从中央处理器 D4，经光电耦合D16～D17、反相器D6以RS485/422通讯方式，通过通 讯电缆21，发送给地面监测装置5的工业控制机20内置的PCL-745B数 据采集卡19；另一路通过可编程键盘显示控制芯片D3为数码管H1～H16 提供信号，在地面通讯控制装置4实时显示各焦炉炭化室炉号及推焦过程 电流值，如北京时间“12-35-35”、炉号“106”、推焦车车号“02”、 电流值“0～118”A。当推焦杆推完焦停止移动时，炉号激发控制装置2的 可编程序控制器11读取到推焦停止状态，向数据采集及传送装置3发出推 焦停止开关量，使之停止电流采集，数据采集及传送装置3上的电流显示 值转换成0，同时向地面通讯控制装置4发出推焦停止信号。推焦杆退回到 起始位置，且推焦车离开此焦炉炭化室时，炉号激发控制装置2使炉号感 应器6停止工作，106#炉号也由当前值转换为0。地面监测装置5的工业控 制机20内置的PCL-745B数据采集卡19采集到地面通讯控制装置4送来 的电流信号，经自动监测程序，自动显示推焦炉号106及实时0～118A电 流值，自动绘制实时推焦过程电流曲线，计算出过程电流的最大、最小 值，并同时显示推焦作业起始与结束时间。

对于平煤、炉门开关状态的采集，本发明的工作过程如下：当推焦车 在106#焦炉炭化室开、关炉门操作或平煤操作时，炉号激发控制装置2的 可编程控制器11读取推焦过程中控制各机构动作的接触器辅助触点13的 状态，经过程序控制，为推焦车上数据采集及传送装置3提供开、关门、 平煤等状态的开关量，以及驱动炉号感应器6工作，自动生成106#炉号； 数据采集及传送装置3采集到的各开关状态通过光电耦合D16、D17、寄存 器D13进入中央处理器D1，中央处理器D1将采集到的信号以RS232通讯 方式进入无线数传模块15，向地面通讯控制装置4的无线数传模块17发 送，无线数传模块17接收到信号后，经RS232串口送入主中央处理器 D1，并与推焦车作业所处位置炉号合成处理后，通过八位锁存器D14，将 状态信号送给从中央处理器D4，再经光电耦合器D16、D17以RS485/422 通讯方式发送给地面监测装置5中工业控制机20内置的PCL-745B数据 采集卡19，经工业控制机20的自动监测程序，实时显示炉号、平煤起始及 过程时间、炉门开关的起始、结束及过程时间，实现推焦过程数据自动采 集及长期保存，为推焦过程管理提供准确数据。如上所述，即可较好地实 现本发明。