焦爐機械設(shè)備控制系統(tǒng)的重點技術(shù)分析范文

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0引言

近年來，冶金工業(yè)的發(fā)展帶動了煉焦行業(yè)的進步，煉焦過程生產(chǎn)產(chǎn)品種類較多，能回收焦爐煤氣作為氣體染料，焦炭主要用于冶金工業(yè)，煉焦工業(yè)的地位在煤綜合利用方面日益提高。焦爐機械設(shè)備主要由裝煤車、推焦車、電機車等單體設(shè)備組成。工作環(huán)境的惡劣導(dǎo)致四大機車準確定位不易達到，焦化廠溫度高、腐蝕性氣體嚴重，對設(shè)備保養(yǎng)要求較高，爐體沉重，運行時對軌道、機械設(shè)備強度有很高要求，為保證生產(chǎn)安全高效，應(yīng)重點研究焦爐機械設(shè)備控制系統(tǒng)技術(shù)，提高焦爐生產(chǎn)效率。

1系統(tǒng)總體設(shè)計分析

焦爐由70孔構(gòu)成，企業(yè)通常采用兩個焦爐公用一個裝煤塔，焦爐車在軌道上行走要頻繁走行，使焦爐機車高效率運行自動精準停車是連鎖自動控制系統(tǒng)的重點技術(shù)。我國在煉焦行業(yè)自動化控制管理方面較為落后。部分焦化廠焦爐車運行方面仍停留在人工操作階段，原始的焦爐機車連鎖對位系統(tǒng)中存在嚴重的安全隱患。系統(tǒng)分層設(shè)計是現(xiàn)代工業(yè)自動控制系統(tǒng)在設(shè)計中常采用的方法，將系統(tǒng)中不同功能子模塊按其相互作用與聯(lián)系進行層次化分類，焦爐四大機車連鎖控制系統(tǒng)包含內(nèi)容范圍廣，層次化設(shè)計易于掌握系統(tǒng)主體，有利于系統(tǒng)的模塊化。四大車連鎖控制系統(tǒng)由主控室、推焦車、裝煤車、攔焦車、熄焦車與無線通訊網(wǎng)絡(luò)五部分組成。機車控制器是機車內(nèi)控體系，精確對正子系統(tǒng)實現(xiàn)四大機車自動行走、精準對正等操作。管理層位于系統(tǒng)頂端，主要功能是采集與分發(fā)四大機車各項數(shù)據(jù)，分析判斷匯總信息。主控程序與生產(chǎn)計劃相結(jié)合，實現(xiàn)全方位立體的管理控制。在設(shè)計中要綜合考慮多種影響因素，可采用基于數(shù)據(jù)庫的管控模型，每個模塊有相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫支持。控制層是四大機車連鎖控制系統(tǒng)的主體，負責(zé)系統(tǒng)狀態(tài)信息，執(zhí)行系統(tǒng)控制命令。機車控制器是控制層的核心，負責(zé)與各子系統(tǒng)相互溝通，接受鍵盤的輸入控制。對主控計算機傳來的命令進行執(zhí)行操作，控制機車運動。

2連鎖控制系統(tǒng)簡介

焦爐車連鎖是保障機車安全操作的必要條件，其取門過程連鎖包括推焦車取門連鎖及攔焦車取門連鎖。推焦過程連鎖分兩級，裝煤平煤過程連鎖分為開蓋連鎖、裝煤連鎖、平煤連鎖與取煤連鎖。焦爐生產(chǎn)有嚴格的生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)煤炭要合理控制煤的配比與按時出焦等因素，四大車因視線被建筑遮擋，不利于安全操作，裝煤車與平煤機構(gòu)需對同一爐號進行定位操作。煉焦過程中，機車相互連鎖，推焦車是焦爐設(shè)備的重要組成，主要工作是將成熟的焦炭推出爐室，其作業(yè)性質(zhì)不同可分為走行與停止后作業(yè)。推焦車連鎖控制系統(tǒng)采用西門子高端可編程控制器S7-400PLC，實時傳送顯示各控制信息。使用前需先用STEP7編程軟件進行組態(tài)。推焦車控制部分采用具有DP接口的CPU414—3DP模塊，總線采用Profibus-DP總線，檢測部分采用接近開關(guān)、油缸MTS傳感器與倍加福編碼器。液壓站與操作臺分別設(shè)分布式I/O分站[1]。

通過兩芯電纜將設(shè)備控制部分連接，焦爐車動力與控制回路遍布車上各部分，為縮小安全空間，降低故障率，提高抗干擾能力與控制精度，應(yīng)采用現(xiàn)場總線技術(shù)。生產(chǎn)管理協(xié)調(diào)技術(shù)包括上位機管理及四大機車車生產(chǎn)調(diào)度，系統(tǒng)由中控室、推攔焦車、裝煤車、等控制網(wǎng)絡(luò)共同組成系統(tǒng)過程自動化級網(wǎng)絡(luò)。焦爐機械控制系統(tǒng)需采用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)化設(shè)計，中控室配備上位機與PLC，上位機以網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)為接口，監(jiān)控四大機車運行狀態(tài)，同時完成執(zhí)行推焦，裝煤計劃，包括事件記錄、操作引導(dǎo)等功能。PLC完成與四大機車間的數(shù)據(jù)采集、傳送任務(wù)。推焦車設(shè)備體積大，頻繁啟動停車，對減速沖擊較大，應(yīng)盡量使用啟動停止柔和，采用圓弧減速可有效緩解此問題，走行操作由朱令控制器完成，現(xiàn)采用Profibus-DP總線，傳輸給變頻裝置的是連續(xù)數(shù)字信號，加減速均勻，提高了生產(chǎn)效率。推焦車前段距離爐體較近，連鎖條件必須滿足，主令置零是保護車體突然斷電情況下主令不在零位，防止突然上電機車自己行走。機車24小時工作，安全行車十分重要，行走時要先按下預(yù)警按鈕進行行走預(yù)報警，走行時通過工業(yè)電視監(jiān)視屏密切監(jiān)視車輛及人身安全。推焦設(shè)有維修、自動與手動三種控制方式，推焦系統(tǒng)在操作臺上設(shè)有緊急推焦轉(zhuǎn)換開關(guān)。

只有緊急情況下方可使用。手動推焦通過操作臺的推焦主令，實現(xiàn)推焦桿的啟動、停止功能，自動方式推焦自動實現(xiàn)推焦桿向前至爐前暫停，待得到連鎖信號后，自動返回至定位置停止。推焦桿是推焦車的核心部件，在推焦中的作用巨大。推焦桿要進出高溫爐膛，其可靠性控制是推焦車的重點核心。推焦桿控制保證推焦桿完全推焦出爐，推不動焦炭不允許，原推焦采用串電阻調(diào)速。其控制精度差，操作人員需格外注意。采用變頻調(diào)速控制精度高，精準定位同時產(chǎn)生大的扭矩，為整車自動化奠定基礎(chǔ)。

3定位系統(tǒng)設(shè)計

焦爐機車每個工作點都安裝有碼牌，地址碼與校驗碼由動作指令發(fā)送到焦爐機車后，焦爐機車向目標位置移動。PLC讀出距離后發(fā)送速度指令，機車行進到目標碼牌附近，實現(xiàn)精確定位。機車經(jīng)某一碼牌時，譯碼器譯出碼牌號，系統(tǒng)接受BCD碼牌號轉(zhuǎn)化為行程。機車定位過程分為粗定位階段與精定位階段。設(shè)計中對不同工作的兩個傳動機構(gòu)，采用兩機構(gòu)同用一臺變頻器，網(wǎng)絡(luò)中斷情況下要求切換到端子給定控制。方案采用基于SIMOLINK光纖網(wǎng)主從通信，避免產(chǎn)生啃軌震動現(xiàn)象。主裝置包括正常速度環(huán)與電流環(huán)。從裝置接受主裝置速度環(huán)輸出作為電流環(huán)給定。采用轉(zhuǎn)矩限幅方式，主從速度給定與實際值波動小，調(diào)節(jié)從裝置的制動電流，如過小，從裝置轉(zhuǎn)矩減小，在調(diào)節(jié)時需反復(fù)測試。采用主從控制方案較佳。焦爐機車與爐門間距大于350MM時，機車傳動走行轉(zhuǎn)動一圈，脈沖編碼器輸出脈沖數(shù)到PLC，得出機車實際位移及機車距目標位置距離。經(jīng)公式轉(zhuǎn)換后發(fā)送到變頻器作當前頻率設(shè)定值。焦爐車長期運行會出現(xiàn)軌道形變等問題，導(dǎo)致粗定位位置測量出現(xiàn)誤差，因此需設(shè)計精定位控制。交流機車以較慢速度進入目標爐號識別碼牌區(qū)域，碼牌識別設(shè)置內(nèi)廣電傳感器發(fā)出的廣電信號因受碼牌遮擋無法接受，導(dǎo)致接受廣電信號狀態(tài)變化，將狀態(tài)發(fā)送至PLC，識別出以二進制編碼的爐號。保證每個碼牌長度為350MM，剩余目標距離作為速度設(shè)定值發(fā)送到變頻器，速度逐漸減小到零。以實現(xiàn)精準定位。粗定位階段，動輪編碼器轉(zhuǎn)一圈輸出3600個固定脈沖，PLC根據(jù)單位脈沖對應(yīng)距離乘以累積脈沖數(shù)的得到焦爐機車當前實際位移值，得出當前粗定位階段剩余距離。接車移動到距離目標位置約350MM處完成粗定位階段的控制任務(wù)。精定位階段依靠碼牌識別爐號，將焦爐機車到達碼牌邊緣時刻作為觸發(fā)條件校正剩余目標距離，精定位階段要實現(xiàn)目標位置的精準讀取判斷，完成機車定位的準確快速停車。精定位階段將剩余目標距離作為頻率設(shè)定值，目標距小于200mm時，采用最小速度限定法，此時機車隨時準備停止。焦爐機車越過預(yù)定碼牌時系統(tǒng)自動調(diào)整速度方向值，反復(fù)三次以上尋找失敗，系統(tǒng)確認定位失敗執(zhí)行自動停車。

4結(jié)語

本文研究設(shè)計了焦爐機械設(shè)備控制系統(tǒng)機車定位與連鎖控制重點技術(shù)，完成了爐號的自動識別、機車的連鎖控制、實現(xiàn)了機車與中控室間無線通訊功能，實現(xiàn)了上位機管理系統(tǒng)等功能。本次設(shè)計系統(tǒng)能適應(yīng)焦爐生產(chǎn)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境，操作簡單方便，滿足了用戶需求。解決了一直依賴于國外產(chǎn)品的問題。

參考文獻：

[1]葉喆彧.焦爐機械設(shè)備控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)分析[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2014，33（15）：22-23.

[2]聶鳳軍.焦爐機械設(shè)備控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].大連海事大學(xué)，2012.

作者:謝佳文 單位:蘭州交通大學(xué)