Anordnung zur Feinpositionierung von Kokereimaschinen

Abstract

 Jeder Bedienungsmaschine des Koksofens ist eine mit Infrarot-Lichtschranken bestückte, U-förmig gestaltete Signalgebereinheit (9) und jeder Ofenkammer eine Signalplatte (10) zugeordnet, die mit Markierungen (18,19) für die Feinpositionierung der betreffenden Bedienungsmaschine und Codierungsmarkierungen (21) für die Identifizierung der betreffenden Position ausgestattet ist. Die Infrarot-Lichtsensoren (13, 14, 16, 27, 34) sind mit einer Auswerteelektronik (4) verbunden, die einen Lesespeicher (38) mit einer Leseüberwachung (41) zur Erkennung und Zuordnung der codierten Identifikationsmarkierungen sowie eine Positions-Auswertungs-Elektronik (40) enthält, die das Antriebsmittel der betreffenden Bedienungsmaschine in der Weise steuert, daß es beim Auftreten eines ersten Positionierungs-Impulses mit reduzierter Drehzahl betrieben und beim Auftreten beider Positionierungs-Impulse sowie des der Sollposition entsprechenden Codierungssignals stillgesetzt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Anordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 bezeichneten Art.

[0002] Eine Kokereianlage besteht üblicherweise aus einem Koksofen, der in mehrere hintereinanderliegende Kammern aufgeteilt ist, die zu ihrer Bedienung seitlich und oben mit durch Kammertüren verschließbaren Öffnungen versehen sind. An beiden Längsseiten und auf der Oberseite des Ofens sind auf Schienen verfahrbare Bedienungsmaschinen angeordnet, die geeignet sind, jede der Ofenkammern nach dem Öffnen der jeweils zugeordneten Kammertüren zu bedienen, d.h. die betreffende Kammer zu beschicken und nach dem Ende des Verkokungsprozesses durch Ausschieben des glühenden Kokses auf einen Löschwagen zu entleeren. Um einen störungsfreien Betrieb sicherzustellen, ist es notwendig, die Bedienungsmaschinen zum richtigen Zeitpunkt präzise zu positionieren.

[0003] Um dies zu erreichen, ist aus der DE-OS 26 48 049 ein Verfahren zur Steuerung und Überwachung des Betriebes von Koksofenbedienungsmaschinen bekannt, mit dem sowohl die Wegerfassung der Bedienungsmaschinen wie deren Feinpositionierung und Gleichstandsüberwachung möglich sein soll. Dazu sind an den Haltepunkten der einzelnen Koksofenbedienungsmaschinen entlang ihrer Fahrbahn Codeplatten montiert, deren Informationsinhalt von an den Maschinen angebrachten Leseeinrichtungen in der entsprechenden Position erfaßt werden soll. Diese Codeplatten sollen gleichzeitig dazu dienen, die Mitte der jeweiligen Ofenkammer zwecks Feinpositionierung der Bedienungsmaschinen zu erfassen. Aus einem Vergleich der von einem zentralen Steuergerät vorgegebenen Sollziele mit den Istpositionen der Bedienungsmaschinen sollen Signale für die Steuerung der Fahrantriebe abgeleitet werden, durch welche die Maschinen exakt in Ofenmitte zum Stillstand kommen. Die Mittenerfassung der einzelnen Ofenkammern soll durch zusätzliche Magnete auf den Codeplatten und entsprechend angeordneten magnetischen Empfängern an den Bedienungsmaschinen vorgenommen werden. Je nach Richtung und Abstand von der Ofenmitte gibt dabei die Leseeinrichtung positive oder negative Spannungen ab, die als fahrtrichtungsabhängige Sollwerte die Drehzahlsteuerung der Fahrantriebe solange beeinflussen, bis bei Signal "0" die Maschine in Ofenmitte stillgesetzt wird.

[0004] Ein solches Positionierungsverfahren mit magnetischen Mitteln hat den Nachteil, daß es, wegen der gerade im Nullbereich relativ flach verlaufenden Kurve der magnetischen Feldstärke in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung und damit auch der von den Hallgeneratoren erzeugten Steuerspannung keine große Genauigkeit bei der Positionierung erwarten läßt.

[0005] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß eine millimetergenaue Positionierung der Bedienungsmaschinen in einer vorgegebenen Position trotz großer Staub- und Hitzeentwicklung möglich ist.

[0006] Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

[0007] Dadurch ist erreicht, daß für die Identifizierung des jeweiligen Haltepunktes und für die genaue Positionieruug der betreffenden Bedienungsmaschine mit identischen technischen Mitteln gearbeitet werden kann, was erheblich zur Vereinfachung des Systems und zu seiner kompakten Anordnung beiträgt, so daß die rauhen, von Staub und Hitze geprägten Umweltbedingungen, vor allem wegen der Verwendung von Infrarotlicht als Informationsträger, keinen Einfluß auf die Genauigkeit des Systems haben. Durch die Möglichkeit der Bündelung von Infrarotlicht mit optischen Mitteln und die dadurch erzielbare Lichtschrankenbildung läßt sich gegenüber magnetischen Feldern als Informationsträger eine große Ansprechgenauigkeit bei hoher Ansprechgeschwindigkeit erreichen, die es unter anderem gestattet, Standortidentifizierungen ohne Fahrtunterbrechung vorzunehmen.

[0008] Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Anordnung nach Patentanspruch 1 sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Dabei ermöglicht die Ausführungsform nach Patentanspruch 2 trotz der sehr kompakten Anordnung von Positions- und Identifikationsmarkierungen auf einer einzigen Platte die Fahrtrichtungserkennung, Positionsidentifizierung und Feinpositionierung der zugeordneten Bedienungsmaschine.

[0009] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Anordnung mit einer Wegerfassungsbaugruppe, einer Identifizierungs- und Positionierungsbaugruppe, einem Führungssollwertgeber sowie einer Steuerungselektronik für die Steuerung des Antriebsmotors einer Bedienungsmaschine,

Fig. 2 die räumliche Prinzipdarstellung der Signalgebereinheit mit zugeordneter Signalplatte der Identifizierungs- und Positionierungsbaugruppe und

Fig. 3 ein Funktionsschema der Identifizierungs- und Positionierungsbaugruppe mit zugeordneter Signalgebereinheit.

[0010] Gemäß dem Blockschaltbild in Fig. 1 besteht die Positionierungsanordnung einer Bedienungsmaschine aus einer Wegerfassungsbaugruppe 1, der ein Signalgeber 2 für die Wegerfassung und ein mit dem Antriebsmotor gekuppelter Winkelschritt-Signalgeber 3 zugeordnet sind. Das von dieser Wegerfassungsbaugruppe 1 erfaßte Standortsignal wird sowohl einer Identifizierungs- und Positionierungs- baugruppe 4 als auch einem Führungssollwertgeber 5 zugeführt. Dieser wiederum ist mit einer Steuerungselektronik 6 für den Antriebsmotor 7 der betreffenden, nicht dargestellten Bedienungsmaschine verbunden. Alle genannten Einheiten kommunizieren über einen Datenbus 8 mit einem nicht dargestellten Prozeßrechner. Die Identifizierungs- und Positionierungsbaugruppe 4 ist mit einem an der Bedienungsmaschine angeordneten Signalgeber 9 verbunden, der in Verbindung mit am Koksofen befestigten nicht dargestellten Signalplatten auf noch zu beschreibende Weise Identifizierungs- und Positionierungssignale erzeugt.

[0011] Nach Ermittlung des jeweiligen Standortes der betreffenden Bedienungsmaschine durch die ^1Qegerfassungsbaugruppe 1 erzeugt diese ein Standortsignal, welches im Prozeßrechner mit dem Standort-Sollwert verglichen wird. Aus diesen beiden Werten wird dem Führungssollwertgeber 5 ein die Bewegungsrichtung bestimmendes Signal zugeführt. Dieser erteilt der Steuerungselektronik 6 einen entsprechenden Einschalt- und Drehrichtungsbefehl, dessen Ausführung über den Datenbus 8 an den Prozeßrechner gemeldet wird. Gleichzeitig erhält die Identifizierungs-und Positionierungsbaugrup^pe 4 von der Wegerfassungs- baugruppe 1 einen Freigabebefehl und vom Prozeßrechner eine Richtungsvorgabeinformation. Sobald der Signalgeber 9 eine Signalplatte erreicht, steuert die Identifizierungs- und Positionierungsbaugruppe 4 den Führungssollwertgeber 5 zur standortabhängigen Geschwindigkeitssollwertausgabe und erteilt Start- und Stopbefehle. Dabei geschieht die Standortbestimmung mit Hilfe eines jedem Haltepunkt zugeordneten Identifizierungscodes während der Haltepunkt selbst mit Hilfe zweier auf jeder Signalplatte angeordneter Positionierungsmarkierungen im Zusammenarbeit mit einer entsprechenden Anzahl von den Signalgebern 9 zugeordneten Lichtschranken auf noch zu beschreibende Weise bestimmt wird.

[0012] Eine mögliche Ausführungsform eines Signalgebers 9 der vorbeschriebenen Art mit einer der zugeordneten Codierungsplatten 10 ist in Fig. 2 dargestellt. Dabei ist der Signalgeber 9 zweckmäßigerweise der zu steuernden Bedienungsmaschine und die Markierungsplatte der betreffenden Ofenkammer zugeordnet. Der U-förmig gestaltete Signalgeber 9 besitzt in einem seiner Schenkel Infrarotlichtsender 11, 12, 15 und im gegenüberliegenden Schenkel Infrarotlichtempfänger 13, 14, 16. Je ein Sender und Empfänger bilden eine Infrarot-Lichtschranke. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß zwei dieser Lichtschranken mit den Sendern 11 und 12 sowie den zugeordneten Empfängern 13 und 14 zur genauen Positionierung und die übrigen 8, gegenüber den vorgenannten nach oben versetzt angeordneten Lichtschranken, mit den Sendern 15 und den Empfängern 16 der Identifizierung des der jeweiligen Ofenkammer zugeordneten Haltepunktes dienen (Leseeinrichtung). Die Markierungsplatte 10 besitzt entsprechend angeordnete, infrarotlicht-undurchlässige Markierungen. Die beiden, den Tragkörper 17 der Markierungsplatte 10 seitlich etwas überragenden unteren Markierungen 18, 19 sind so angeordnet, daß sie in der Halteposition die beiden Positionierungslichtschranken 11, 13 bzw. 12, 14 mindestens teilweise unterbrechen. Mindestens eine dieser Markierungen ist in Bewegungsrichtung der Markierungsplatte 10 zu Justierzwecken mit einem Langloch versehen, so daß nach Lösen einer Einstellschraube 20 diese Markierung um einen bestimmten Betrag in Bewegungsrichtung verstellbar ist. Oberhalb dieser Positionsmarkierungen sind die Oberkante des Tragkörpers 17 außen überragende Identifikationsmarkierungen 21 angeordnet. Sie sind so plaziert, daß sie an den Haltepunkten die ihnen zugeordneten Identifizierungslichtschranken 15, 16 vollständig unterbrechen. Durch Anzahl und Anordnung dieser Identifizierungsmarkierungen kann jedem Haltepunkt eine bestimmte Codierung zugeordnet werden, so daß ein entsprechend programmierter Lesespeicher in der Lage ist, den betreffenden Haltepunkt zu identifizieren.

[0013] Jeder der Infrarotsender und Infrarotempfänger ist mit der Identifizierungs- und Positionierungsbaugruppe 4 verbunden, welche die von den Empfängern 13, 14, 16 übermittelten Identifizierungs- und Positionierungssignale in Verbindung mit dem zentralen Prozeßrechner auswertet.

[0014] In Fig. 3 ist ein Funktionsschema gezeigt, aus dem die prinzipielle Arbeitsweise der Anordnung hervorgeht. Darin sind eine Positionierungs-Lichtschranke 22, bestehend aus dem Positionierungssender 23 mit der Sendediode 24 und der optischen Linse 25 sowie dem Positionierungsempfänger 26 mit der Empfängerdiode 27 und der optischen Linse 28, sowie eine Identifizierungs-Lichtschranke 29, bestehend aus dem Identifizierungssender 30 mit der Sendediode 31 und der optischen Linse 32, sowie dem Identifizierungsempfänger 53 mit der Empfängerdiode 34 und der optischen Linse 35 dargestellt. Die Sender und Empfänger der vorerwähnten Lichtschranken 22, 29 sind über ein Kabel 36 mit der Identifizierungs- und Positionierungs-Baugruppe 4 verbunden. Diese besitzt einen Logik-Baustein 37, einen Lesespeicher 38 mit einer Positionsanzeige 39, einen Positions-Auswertungs-Baustein 40, einen automatischen Lese-Überwachungs-Baustein 41 sowie einen Stromversorgungsteil 42.

[0015] Wenn vom Prozeßrechner dem Logik-Baustein 37 über die Leitung 43 ein Freigabesignal zugeführt wird, schaltet dieser die Positionierungs-Sender- und Empfänger ein, so daß deren Sendedioden Infrarotlicht aussenden, wel_- ches durch die zugeordneten optischen Linsen in parallele Lichtstrahlen verwandelt wird, die von den gegenüberliegenden, den Empfängern zugeordneten optischen Linsen auf die der jeweiligen Lichtschranke zugeordnete Empfängerdiode fokussiert werden. Es sei angenommen, daß sich die Markierungsplatte 10 zunächst außerhalb des Wirkungsbereiches der Lichtschranken befindet und sich die betreffende Bedienungsmaschine auf den Signalgeber zubewegt. Dabei erreicht zunächst die Außenkante der Positionierungsmarkierung 19 die ihr zugewandte Positionierungslichtschranke 11, 13, so daß sie den Querschnitt des Lichtstrahles von Null beginnend über einen Maximalwert in der Mitte der Lichtschranke bis zur vollständigen Unterbrechung am Ende durchläuft (Fig. 2). Der dieser Lichtschranke zugeordnete Positionierungsempfänger übermittelt dies über den Positions-Auswertungs-Baustein 40, der dem Prozeßrechner über die Leitung 44 einen Beginn-Markierungs-Impuls zuführt, und dem Logik-Baustein 37 der Identifizierungs- und Positionierungsbaugruppe 4. Dieser hat zu Beginn der Fahrt vom Prozeßrechner über die Leitung 45 eine Soll-Richtungsvorgabeinformation erhalten und prüft nun, ob die Bewegungsrichtung der Bedienungsmaschine der gewünschten Richtungsvorgabe entspricht. Ist dies nicht der Fall, hält der Prozeßrechner durch einen entsprechenden Steuerungsimpuls an den Führungssollwertgeber 5 den Antrieb 7 über die Steuerungselektronik 6 an und sorgt durch weitere Steuerimpulse für eine Drehrichtungsumkehr und das Wideranfahren der Antriebsmaschine 7 in umgekehrter Richtung. Stimmt die angefahrene Richtung mit der Richtungsvorgabe überein, führt der Positions-Auswertungs-Buastein dem Prozeßrechner über die Leitung 46 einen "Vor-Positions-Impuls" zu, worauf dieser den Führungssollwertgeber 5 zu einer Umschaltung auf "Schleichgang" während eines von der Wegerfassungs-Baugruppe 1 vorgegebenen Weges der Bedienungsmaschine veranlaßt. Sobald nun die Außenkante der Positionierungsmarkierung 19 die weitere Positionierungs-Lichtschranke 12, 14 erreicht (Fig. 2), erhält der Positions-Auswertungs-Baustein 40 einen entsprechenden Impuls des zugeordneten Positionierungsempfängers und meldet dies dem Logik-Baustein 37, der seinerseits den Lesespeicher 38 und die Identifizierungssender und die Identifizierungsempfänger in Betrieb setzt. Daraufhin führen die Identifizierungsempfänger dem Lesespeicher 38 ihre Identifizierungsimpulse zu, der die gelesene Codierung über den Datenbus 47 an den Prozeßrechner weitergibt. Stimmt die gelesene Codierung mit der Sollcodierung nicht überein, meldet der Prozeßrechner dies dem Logik-Baustein 37, der den Positions-Auswertungs-Baustein 40 zurücksetzt, so daß keine Stillsetzung des Antriebs der betreffenden Bedienungsmaschine erfolgt, womit der "Schleichgang" aufgehoben wird und die Bedienungsmaschine ihren Weg mit normaler Fahrt fortsetzen kann. Stimmt hingegen die gelesene Codierung mit der Sollcodierung überein, gibt der Positions-Auswertungs-Baustein 40 bei Erreichen der Sollposition über die Leitung 48 ein "in-Positions-Signal" an den Prozeßrechner. Sobald die Positionierungs- lichtschranken 11, 13 und 12, 14 von den Markierungen 18, 19 so weit abgedeckt sind, daß deren Empfänger ansprechen, führt der Positions-Auswertungs-Baustein 40 dem Führungssollwertgeber 5 ein Stop-Signal zu, der seinerseits über die Steuerungselektronik 6 den Antriebsmotor 7 der Bedienungsmaschine stillsetzt. Gleichzeitig gibt der Lesespeicher 38 seinen Inhalt in eine Positionsanzeige 39 aus, die die jeweils erreichte Position in digitaler Form anzeigt.

[0016] Wenn auch die übrigen Bedienungsmaschinen ihre Sollposition erreicht haben, kann der Füllungs- bzw. Entleerungsvorgang erfolgen. Nach dessen Beendigung erhält der Logik-Baustein 37 vom Prozeßrechner ein Freigabe- und erneutes Richtungsvorgabesignal. Sobald eine der Positionierungs-Lichtschranken wieder frei ist, gibt der Positions-Auswertungs-Baustein 40 über die Leitung 48 einen "Nach-Positions-Impuls" an den Prozeßrechner. Gleichzeitig wird der automatische Lese-Überwachungs-Baustein 41 freigegeben, der die Leseeinrichtung 15, 16 ständig auf Fehler überprüft, wenn beide Positionierungslichtschranken 11, 13 und 12, 14 nicht abgedeckt werden. Tritt ein Fehler auf, werden Positions-Auswertungs-Baustein 40 und Lesespeicher rückgesetzt und der Fehler dem Prozeßrechner gemeldet. Dieser entscheidet, ob die Fahrt fortgesetzt oder unterbrochen wird.

[0017] Wenn die Markierungsplatte 10 mit der Außenkante einer ihrer Positionsmarkierungen 18, 19 den nächsten Signalgeber erreicht hat und eine der Positionierungs-Lichtschranken unterbricht, gibt der Positions-Auswertungs-Baustein der diesen Signalgeber zugeordneten Identifizierungs- und Positionierungs-Baugruppe ein entsprechendes Signal an den Prozeßrechner und der beschriebene Vorgang wiederholt sich.

[0018] Wie bereits ausgeführt, ist es zweckmäßig, eine der Positionsmarken in Bewegungsrichtung justierbar auf dem Tragkörper 17 anzuordnen. Gemäß Fig. 2 ist dazu die Positionsmarkierung 18 mit einem Langloch versehen. Mit Hilfe dieser Justierung besteht die Möglichkeit, die Ansprechempfindlichkeit und Toleranz der Positionsmarkierungen auf den gewünschten Wert einzustellen und damit auch die Hysterese, d.h. die Abweichung der Sollposition in Abhängigkeit von der Fahrtrichtung zu optimieren, d.h. den günstigsten Wert in Abhängigkeit von den verschiedenen Parametern der Bedienungsmaschine zu wählen.

4 Patentansprüche

3 Figuren

Ansprüche

1. Anordnung zur Feinpositionierung von Kokereimaschinen mit auf einer Gleisfahrstrecke zu beiden Seiten eines Koksofens verfahrbaren Koksofenbedienungsmaschinen und an beiden Seiten der Ofenkammern des Koksofens sowie an den Bedienungsmaschinen derart angeordneten Signalgebern/Signalempfängern als Teil einer Steuerungseinrichtung für die Antriebsmittel der Bedienungsmaschinen, daß diese an vorbestimmbaren Haltepunkten zum Stillstand kommen, dadurch gekennzeichnet , daß als Signalgeber Infrarotlichtquellen (11, 12, 15, 24, 31) und als Signalempfänger Infrarotlichsensoren (13, 14, 16, 27, 34) verwendet sind, die einander auf Abstand gegenüberliegend in den Schenkeln einer U-förmig gestalteten Signalgebereinheit (9) untergebracht sind, so daß sie Lichtschranken bilden, in welche eine Signalplatte (10) einschiebbar ist, auf der mit den Lichtschranken korrespondierende infrarotlichtundurchlässigen Markierungen (18, 19, 21) angeordnet sind, wobei die Lichtschranken dem Koksofen und die Signalplatten den Bedienungsmaschinen oder umgekehrt derart zugeordnet sind, daß sich die auf dem Tragkörper (17) der Signalplatte (10) gehalterten Positionsmarkierungen (18, 19) mit ihren Außenkanten in Bewegungsrichtung außen überstehend im positionierten Zustand innerhalb des Querschnittes je einer der beiden Positionierungs- Lichtschranken (11, 13 bzw. 12, 14) befinden, so daß die zugeordneten Markierungen (18, 19) mindestens je einen Teil des betreffenden Strahlenbündels strahlenundurchlässig abdecken, und daß die Identifikationsmarkierungen (21) die ihnen zugeordneten Identifikations-Lichtschranken (15, 16) im positionierten Zustand unterbrechen, wobei die Identifikationsmarkierungen so gewählt sind, daß jedem Haltepunkt ein bestimmter charakteristischer Signalcode entspricht, und daß die Infrarot-Lichtsensoren (13, 14, 16, 27, 34) mit einer Auswerteelektronik (4) verbunden sind, die einen Lesespeicher (38) mit einer Leseüberwachungselektronik (41) zur Erkennung und Zuordnung der codierten Identifikationsmarkierungen sowie eine Positions-Auswertungs-Elektronik (40) enthält, die das Antriebsmittel der betreffenden Bedienungsmaschine in der Weise steuert, daß beim Auftreten eines ersten Impulses durch Unterbrechen einer der beiden Positionierungs-Lichtschranken (11, 13 bzw. 12, 14) die Drehzahl des betreffenden Antriebsmittels reduziert wird (Schleichdrehzahl) und nach dem gleichzeitigen Auftreten der Impulse beider Positionierungs- Lichtschranken (11, 13 und 12, 14) sowie des der betreffenden Position zugeordneten Identifikationscodes das Antriebsmittel stillgesetzt und im Falle der Nicht- übereinstimmung die Drehzahlreduzierung aufgehoben wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Identifikationsmarkierungen (21) zwischen den beiden Positionsmarkierungen (18, 19) so auf dem Tragkörper (17) der Signalplatte (10) befestigt sind, daß diese dessen Oberkante außen überragen.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß zur Genauigkeits- bzw. Toleranzeinstellung wenigstens eine der beiden Pcsitionsmarkierungen (18) in Bewegungsrichtung justierbar ist.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Leseüberwachungselektronik (41) die Identifikations-Lichtschranken (15, 16) bei Fahrten zwischen den Haltepunkten so lange ständig überwacht, bis eine der Positionierungs-Lichtschrariken (11, 13 bzw. 12, 14) die Vorderkante einer Positionsmarkierung (18,19) erreicht hat.

Zeichnung