炼焦推焦车自动走行控制系统的研制
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第 "* 卷第 %" 期 +,-./01 ,2 34,/567/5 8/79’.:7;< =,1) "*! >,) %"
! ! 文章编号：%### ? @A"B（"##$）%" ? ##$" ? #$
煤化工炼焦推焦车自动走行控制系统的研制!
唐 一 科，王 久 斌，谢 志 江
（重庆大学 机械传动国家重点实验室，重庆 C###CC）
摘! 要：研究了 DE3 用于煤化工炼焦推焦车走行自动控制，实现炉号识别、自动定位功能等的方
法。本系统采用 DE3 二进制编码原理和位置式接近传感器实现自动炉号识别；采用数字控制变频调速
器驱动电机，采用 F&*% 高速计数模块进行反馈修正位置误差，探讨了离散数字处理增量式 DG& 控制算
法进行位置误差补偿的条件，保证推焦车自动走行过程中的自动精确定位；通过 HICA@ 实现 DE3 与上
位机的通讯和报表管理。该方法和算法研制的系统在实际的推焦车控制系统中得到成功应用。
关键词：炼焦推焦车；DE3；自动控制；精确定位；高速计数模块
中图分类号：JD"K$ 文献标识码：F
! ! 在冶金炼钢行业，焦炭是炼钢的必备原料，炼焦是
获得焦炭的必须手段。目前我国煤化工焦化厂一般每
座炼焦炉有 %## 个炉孔，每号炉孔原煤在经过 %L 个小
时冶炼后成焦炭出炉，焦炭温度高达 %%## 多度。通常
采用推焦车根据预设程序到达指定炉号对各炉孔进行
推焦。同时对已经推焦完毕的上一个炉号在装煤车装
煤完毕后对炉孔进行平媒。因此推焦车的整个操作过
程可概括为三大步，即走行、推焦、平煤。推焦车的走
行是在与炼焦炉平行的导轨上横向移动。在我国，各
大型炼焦生产厂大多是操作人员凭借视觉和经验确定
推焦车是否到位和是否对中，往往会出现推焦车滞后
或者超前指定的炉号，造成频繁操纵主令控制器、减速
器频繁起停、液压抱闸频繁开启，使动力设备的安全性
降低、使用寿命缩短。本文重点讨论基于 DE3 的推焦
车在走行过程中自动识别炉号和定位方面的问题。
%! DE3 系统自动炉号识别
实现自动识别炉号功能主要采用二进制编码排
序，对应 %## 号炉采用 " 进制编码排序时只需七位二
进制数："K M %"A 即可满足需要。具体实现方法是在
推焦车上垂直安装 K 个接近传感器，在各推焦炉壁安
装由二进制编码确定的螺钉，推焦车走行时当接近传
感器和螺钉对正且两者之间距离在 $ (N 范围内时，接
近传感器亮，DE3 接收该信号确认为高电平 %，当两者
之间距离大于 $ (N 时接近传感器熄灭，DE3 确认为低
电平 #。这就形成 K 位二进制编码排序，%## 炉号 " 进
制真值表排列如下表：
表 %! 炉号 " 进制真值表
序号
传感器
I* I@ IC I$ I" I% I#
% # # # # # # %
" # # # # # % #
$ # # # # # % %
C # # # # % # #
@ # # # # % # %
) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )
%## % % # # % # #
! ! DE3 系统根据光电传感器输入信号形成炉号真值
表，从 而 实 现 炉 号 识 别，并 通 过 计 算 机 连 接 模 块
F+K%83"C 与上位机通讯如图 % 所示：
图 %! DE3 通讯框图
! 收稿日期："##$ ? #A ? #%
作者简介：唐一科（%LCL ? ），男，四川蓬安人，重庆大学教授，主要从事振动分析及故障诊断研究。万方数据
!" 基于 #$% 系统的自动精确定位（对中）
推焦车走行由 !!& ’( )* +, 交流电机驱动，通过
)* +, 变频器控制，当输入指令值时，#$% 系统可以精
确计算到达指定位置的脉冲数，并将此指令值送入高
速计数模块 -./0。然而实际走行控制中存在摩擦、导
轨变形、温度影响，高速计数模块 -./0 输出的指令值
不能保证精确性。因此在行走一线安装旋转编码轮和
光电编码器进行位置反馈，以修正误差。光电编码器
脉冲当量 !" 1 2&& 个( 3、炉孔中心间距 $ 1 0 )&& 44、
编码轮直径 . 1 2&& 44、变速比 # 1 )&&。任意相邻两
炉孔间定位对中的脉冲数为：
!& $（#% & !’）( !" （0）
其中 #：变速比，’：编码轮直径。
初始炉号 )& 到指定炉号 )* 的脉冲数 +（,）：
+（,）$（)* - )& . 0）( !& （!）
行走前输入指令值 +（,），#$% 将指令值脉冲赋值给高
速计数模块 -./0，当 +（,）!& 为负向行走，+（,）"&
为正向行走，行走定位终点 +（,）$ & 如图 !［0］ 所示。
行走方向、加速、减速和定位通过在 #$% 内部辅助继
电器预置范围的方法来实现。
推焦车从 +（,）处经变频器逐级加速，出调速区
后以最高速度行驶，到达精确定位区 5 后开始逐级减
速，为了使推焦车准确定位且不超调，小车距离目标值
6& 44 时即进入 70 范围时开始调用点动定位程序进
行精确定位，进入 8 6 44 时停车。本控制系统中关键
是开始减速的设定范围 75 9 70 的选取，选取过大则
系统低速运行的距离过长，耗费过多时间；选取过小，
易引起超调，影响定位精度。经反复试验测量，设定的
75 9 70 使推焦车行走基本无超调且定位精高。
图 !" 精确定位范围
)" #$% 自动控制增量式 #:. 算法实现
以 #$% 控制器、交流电机、变频调速器、旋转编码
轮、光电编码器、高速计数模块组成控制系统来控制推
焦车的精确定位过程。操作指令值由 #$% 发出，通过
.( - 模块、7;526 接口与 )* +, 变频调速器相连，变频
器调节 !!& ’( )* +, 交流电机转速，旋转编码轮与光
电编码器相连，通过弹簧压紧装置安装在车身底部与
导轨直接接触。行走时编码轮旋转，光电编码器的输出
脉冲输入#$% 的高速计数模块 -./0。高速计数模块的
值记录了推焦车位置的实际值。#$% 根据指令值和实
际值的差值，利用自动控制理论中闭环反馈控制原理
产生调节控制信号，再次加到变频调速器上驱动电机
直到达到实际位置和指令值在允许的误差范围以内。
系统位置控制框图如图 )［!］ 所示：
图 )" 位置控制系统框图
该调速控制系统采用 #:. 控制器，在过程控制中
按偏差的比例（<）、积分（:）、和微分（=）进行控制的
#:. 调节器是应用最为广泛的一种自动控制器。#:. 调
节规律是连续系统动态品质校正的一种有效方法，其
对误差的比例、积分和微分控制原理如图 5［!］ 所示：
图 5" 位置控制系统运算框图
在工业自动控制系统中常采用下列的 #:. 控制规律：
/（0）$ 12 3（0）. 45
=3（0）
=0 . 0
4#
)0
&
3（0）=[ ]0 （)）
1# $ 12
46
4#
，15 $ 12
45
46
（5）
其中 /（0）为控制器输出，3（0）为指令值和反馈值之
差，12 为比例系数，4# 、45 分别为积分和微分时间常
数，15 为微分系数，1# 为积分系数，46 为采样周期。
3（0）$ +（0）- 7（0） （6）
由于 #$% 采用数字控制，该 #:. 控制器可以简化采用
数值逼近法，而且当闭环控制采样周期相当短时，可以
采用差分方程替代上式的微分方程，可以得出连续系
统 #:. 控制器的离散化方程式（/），（/）称为 #:. 位置
式控制算法：
/（,）$ 12 3（,）. 15
3（,）- 3（, - 0）
4 . 1# 4#
,
* $ &
3（*）
（/）
其中 4：闭环采样周期，,：采样序号
由于位置式算法在控制过程中容易产生积分饱
和、积分累积，导致控制器的响应速度变慢，在手动和
自动切换时很难做到无扰动切换，因此，采用式（*）增
量式 #:. 控制算法，三个偏差值 3（, - 0）、3（, - !）、
))第 !/ 卷第 0! 期" " " " " " " " " " " " " 唐一科 等：煤化工炼焦推焦车自动走行控制系统的研制
万方数据
图 !" 控制程序框图
!（"）为指令值和相邻三次采集的反馈值之差。
!#（"）$ %&［!（"）’ !（" ’ #）］( %) !（"）(
%*［!（"）’ $!（" ’ #）( !（" ’ $）］ （%）
采用 &’()*(+ , -’./0*1 提出的整定法确定增量式 234
控制算法参数［5］，令：
+, $ 6- #+# ，+) $ 6- ! +# ，+* $ 6- #$! +#
由（7）式可得到：%) $ 6- $ %& ，%* $ #- $! %& ；当电机转
速 . / # #66 +8 9’: 时取：%& $ !，%0 $ #；（%0 为反馈值
与指令值单位比例系数）。
本控制系统从现场试验和相关自动控制算法及以
上的分析出发，建立了如图 ! 所示位置控制程序框图，
该控制程序结合上述精确定位法可以实现现场推焦车
的自动定位精确要求。根据该框图设计的控制程序及
自动控制系统实现了推焦车的自动精确定位，并在某
大型钢铁集团焦化厂得到实际应用而且运行良好。
;" 结 " 论
2<= 用于设计炼焦推焦车自动控制系统，具有可
靠性高、操作简单、成本低等优点，提高了炼焦推焦车
控制系统设计水平；本系统采用 >?7@! 数字驱动和高
速计数模块组成的闭环位置控制，结合精确定位装置
和编码脉冲反馈，实现了炼焦推焦车的自动定位；采用
离散数字处理 234 算法进行定位误差补偿，成功的提
高了自动定位精确度；该控制方法在煤化工炼焦推焦
车自动控制系统中得到实际应用，现场运行情况证明
控制效果良好。
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（编辑" 张小强）
7; 重 庆 大 学 学 报 " " " " " " " " " " " " " " " " " $66; 年
万方数据
煤化工炼焦推焦车自动走行控制系统的研制
作者： 唐一科， 王久斌， 谢志江
作者单位： 重庆大学,机械传动国家重点实验室,重庆,400044
刊名： 重庆大学学报(自然科学版)
英文刊名： JOURNAL OF CHONGQING UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE EDITION)
年，卷(期)： 2003，26(12)
被引用次数： 4次
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