基于ADAM4000系列模塊的煤場定位系統

焦化廠輸煤系統承擔從卸煤坑至儲煤場堆煤及儲煤場至煤倉取煤的任務，輸煤系統的安全、可靠運行是保證全廠安全、高效運行不可缺少的環節，程控輸煤系統由系統程控中心，plc控制系統和調度系統3個方面構成，程控輸煤系統采用性能可靠、抗干擾強的plc作為主控制器，以工業控制計算機作為上位機，他負責統計、報表及界面的可視化操作，調度系統是plc控制系統的工作基礎，該系統與廠部mis通訊，用于確定堆煤、取煤的煤種、數量、位置。

1 煤場定位系統的功能及實現

1.1 定位系統的主要功能

基于adam4000模塊的煤場定位系統作為調度系統的一個重要組成部分，負責實時采集堆取料機及其轉臂的位置信息并將數據無線發送給程控中心。程控中心依據接收到的數據來判斷如何作業，并通過plc控制系統來實現對斗輪堆取料機的行走位置，懸臂仰俯角度、回轉角度的控制，因此現場數據準確及時的采集是整個輸煤系統能夠正常運行的前提條件，程控中心接收到定位系統發送的信息后，從數據庫中檢索煤場對應位置的存煤數據，判斷堆煤操作合法性，如果合法則形成新的堆煤歷史記錄，自動修改煤場堆煤信息，如果操作非法，發出堆煤錯誤報警信息，同理判斷取煤操作合法性，斗輪堆取料機啟停控制信號，電流量及啟停反饋信號動力中心、將其通過電纜引到程控室、經隔離與plc相連，從而使plc能夠控制斗輪堆取料機的啟、停、位置或給出操作報警信號，由司機手動控制。

1.2 定位系統的整體構成

煤場定位系統以工控機控制adam400系列模塊為基礎，位置檢測部分由單片機檢測電路實現，工控機通過adam模塊得到位置信息后，再通過gprs發送裝置將其發送至控制中心進行處理，系統組成結構如圖1所示。

其中adam4520把工控機串口rs232標準轉換到rs485標準，計數/頻率模塊adam4080得到單片機檢測電路檢測到的位置信息并上上轉給工控機，利用數字量i/o模塊adam4050進行限制報警控制，為了方便與現場工作人員交互信息，在堆取料機上安裝了rs232串口接口方式的點陣式led顯示屏，顯示輸煤系統運行過程中的狀態信息，其接口通過rs485到rs232轉換模塊adam4521來實現，無線數傳模塊lq8100dtu gprs內嵌tcp/ip協議棧，具有永遠在線、按流量計費、動態ip地址管理的優點，可實現串口透明的無線數據傳輸、數據高速實時傳輸，將數據準確發送到控制中心。

1．3 單片機檢測電路

堆取料機車輪軸上和轉臂轉動軸上都裝有齒輪，位置型傳感器固定在齒輪旁邊對其走齒情況進行檢測，系統利用at89c52單片機根據傳感器的兩路輸出確定堆取料機的位置或轉臂的旋轉角度，將數據存入非易失性存儲器，并將采集到的位置數據以連續脈沖的形式發送給adam4080，而adam4080對脈沖進行計數，脈沖數量與要發送的位置數據相對應。此外，還配備了初始位置設定電路和3個行程開關以實現位置矯正。單片機檢測電路的電路圖如圖2所示。

2 系統的工作原理

2．1 位置數據的檢測

堆取料機的走行距離及轉臂旋轉角度都與相應軸上的齒輪旋轉角度成正比，通過傳感器檢測走齒數即可換算出走行距離，同時必須還要知道走行或旋轉的方向。利用位置型雙路測速傳感器πwl6ld可實現以上要求，其采用新型磁敏感元件、鋼鐵材質導磁體觸發，具有頻響寬(從靜態開始到30 khz)、穩定性好、抗干擾強的優點；傳感器的輸出為兩路有相位差的幅度穩定的方波信號，具有判向功能，能分辨齒輪、齒條的運動方向，可以測量雙向運動的位移量和正反角度轉動的角度值。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的into和p1．6，外部中斷o采取邊沿觸發方式，即每走一個齒傳感器便產生一個脈沖來引發一次中斷，在中斷服務程序中，要判斷p1．6是高電平還是低電平，為高電平則將單片機用來存儲位置數據的寄存器值加1，否則減1，在中斷結束前把新數據存入有鋰電池的存儲器hkl235。

2．2 位置矯正及初始位置輸入電路

在系統長時間運行過程中可能由于車輪滑動等因素而使位置數據產生誤差，定位系統在堆取料機全長260 m的行進軌道的60 m，120 m，180 m處設置了3個矯正點，通過行程開關以中斷的方式把單片機中的位置數據矯正成正確的數據。堆取料機和轉臂的初始位置數據通過以82c79為核心輸入電路來置入，其中斷輸出引腳irq和3個行程開關的輸出分別接到4輸入或非門的4個輸入端上以實現中斷擴展，或非門的輸出接到89c52的int1引腳，當單片機的外部中斷1產生中斷時，服務程序首先通過依次讀p1．3～p1．5的邏輯狀態以判斷是否為行程開關引起的觸發，如果是則把寄存器存儲的數據修改成此開關所對應的位置數據；否則即為有鍵按下使82c79產生的中斷，則將代表位置的4個鍵值依次讀出，通過程序轉換成2 b表示的數據，在服務程序結束前將新數據存入hk1235。電路圖如圖4所示。

2．3 adam4080與單片機的通信

計數／頻率模塊adam4080的計數器輸入主要技術指標為：

通道：2個獨立的32位計數器；

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內部的計數器o對單片機p1．1輸出的脈沖進行計數，單片機在發脈沖的同時通過p1．2發出一個同步信號，在發送脈沖期間同步信號保持高電平其余時間輸出低電平，利用此信號來作為adam4080內部計數器o的計數控制門gate0的輸入信號。工控機每隔10 s讀取一次計數器0中的數據，讀取后清零計數器o。由于所發脈沖數在0～9264之間(軌道全長260 m，每走一個齒對應o．028 m)，脈沖頻率為5 khz，故最長發脈沖時間為1．86 s，工控機每10 s讀一次數據，保證時間不會發生沖突。為使此過程循環進行以實現數據的更新，工控機要通過一個握手信號與單片機通信，可以通過adam4080的數字輸出通道doo來實現。將doo接到單片機的p1．0上，每次工控機從adam4080中讀取完數據并將計數器o清零后，先使do0輸出高電平，通知單片機可以重新啟動發脈沖的過程，然后再使doo輸出低電平為下一次啟動作準備，其中工控機對ad-am4080操作的主要命令如表1所示。

上述通信過程的時序圖如圖5所示。

單片機通過查詢方式來判斷握手信號的狀態，如果p1．0為高電平則發脈沖，否則等待。由時序圖可知發送連續脈沖的時間與位置數據有關，為了避免出現當脈沖已發完而高電平尚未復位，即一次通信中發送多次而產生數據錯誤，可設置一個標志，低電平期間將其清o，到高電平后先判斷標志，為o則發送，否則繼續判斷p1．o的狀態，而在第一次發完之后將標志置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

系統供電電源為30 v，為了提高抗干擾能力，ad-am4080內部的數字系統和單片機檢測電路的數字系統都采用隔離dc-dc，且兩個數字系統共地。脈沖信號及同步信號用30 v驅動以提高其抗干擾性能，同時要保證數字系統與30 v電源隔離，因此單片機系統通過光耦元件4n25輸出信號，而adam4080設置為隔離方式輸入。傳感器采用30 v供電，其兩路輸出也通過4n25接入系統。單片機系統利用軟件陷阱結合硬件看門狗x25045保證了系統可靠工作，現場運行效果良好。

4 結語

基于adam4000系列模塊的煤場定位系統實時準確地為程控輸煤系統提供煤場堆取料機的位置信息，在實際運行中，保證了輸煤系統穩定可靠的工作，定位系統結構簡單，造價適中，具有進一步推廣的價值。