焦炉机械设备控制系统的重点技术分析范文

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0引言

近年来，冶金工业的发展带动了炼焦行业的进步，炼焦过程生产产品种类较多，能回收焦炉煤气作为气体染料，焦炭主要用于冶金工业，炼焦工业的地位在煤综合利用方面日益提高。焦炉机械设备主要由装煤车、推焦车、电机车等单体设备组成。工作环境的恶劣导致四大机车准确定位不易达到，焦化厂温度高、腐蚀性气体严重，对设备保养要求较高，炉体沉重，运行时对轨道、机械设备强度有很高要求，为保证生产安全高效，应重点研究焦炉机械设备控制系统技术，提高焦炉生产效率。

1系统总体设计分析

焦炉由70孔构成，企业通常采用两个焦炉公用一个装煤塔，焦炉车在轨道上行走要频繁走行，使焦炉机车高效率运行自动精准停车是连锁自动控制系统的重点技术。我国在炼焦行业自动化控制管理方面较为落后。部分焦化厂焦炉车运行方面仍停留在人工操作阶段，原始的焦炉机车连锁对位系统中存在严重的安全隐患。系统分层设计是现代工业自动控制系统在设计中常采用的方法，将系统中不同功能子模块按其相互作用与联系进行层次化分类，焦炉四大机车连锁控制系统包含内容范围广，层次化设计易于掌握系统主体，有利于系统的模块化。四大车连锁控制系统由主控室、推焦车、装煤车、拦焦车、熄焦车与无线通讯网络五部分组成。机车控制器是机车内控体系，精确对正子系统实现四大机车自动行走、精准对正等操作。管理层位于系统顶端，主要功能是采集与分发四大机车各项数据，分析判断汇总信息。主控程序与生产计划相结合，实现全方位立体的管理控制。在设计中要综合考虑多种影响因素，可采用基于数据库的管控模型，每个模块有相应的数据库支持。控制层是四大机车连锁控制系统的主体，负责系统状态信息，执行系统控制命令。机车控制器是控制层的核心，负责与各子系统相互沟通，接受键盘的输入控制。对主控计算机传来的命令进行执行操作，控制机车运动。

2连锁控制系统简介

焦炉车连锁是保障机车安全操作的必要条件，其取门过程连锁包括推焦车取门连锁及拦焦车取门连锁。推焦过程连锁分两级，装煤平煤过程连锁分为开盖连锁、装煤连锁、平煤连锁与取煤连锁。焦炉生产有严格的生产工艺，生产优质煤炭要合理控制煤的配比与按时出焦等因素，四大车因视线被建筑遮挡，不利于安全操作，装煤车与平煤机构需对同一炉号进行定位操作。炼焦过程中，机车相互连锁，推焦车是焦炉设备的重要组成，主要工作是将成熟的焦炭推出炉室，其作业性质不同可分为走行与停止后作业。推焦车连锁控制系统采用西门子高端可编程控制器S7-400PLC，实时传送显示各控制信息。使用前需先用STEP7编程软件进行组态。推焦车控制部分采用具有DP接口的CPU414—3DP模块，总线采用Profibus-DP总线，检测部分采用接近开关、油缸MTS传感器与倍加福编码器。液压站与操作台分别设分布式I/O分站[1]。

通过两芯电缆将设备控制部分连接，焦炉车动力与控制回路遍布车上各部分，为缩小安全空间，降低故障率，提高抗干扰能力与控制精度，应采用现场总线技术。生产管理协调技术包括上位机管理及四大机车车生产调度，系统由中控室、推拦焦车、装煤车、等控制网络共同组成系统过程自动化级网络。焦炉机械控制系统需采用网络结构化设计，中控室配备上位机与PLC，上位机以网络数据为接口，监控四大机车运行状态，同时完成执行推焦，装煤计划，包括事件记录、操作引导等功能。PLC完成与四大机车间的数据采集、传送任务。推焦车设备体积大，频繁启动停车，对减速冲击较大，应尽量使用启动停止柔和，采用圆弧减速可有效缓解此问题，走行操作由朱令控制器完成，现采用Profibus-DP总线，传输给变频装置的是连续数字信号，加减速均匀，提高了生产效率。推焦车前段距离炉体较近，连锁条件必须满足，主令置零是保护车体突然断电情况下主令不在零位，防止突然上电机车自己行走。机车24小时工作，安全行车十分重要，行走时要先按下预警按钮进行行走预报警，走行时通过工业电视监视屏密切监视车辆及人身安全。推焦设有维修、自动与手动三种控制方式，推焦系统在操作台上设有紧急推焦转换开关。

只有紧急情况下方可使用。手动推焦通过操作台的推焦主令，实现推焦杆的启动、停止功能，自动方式推焦自动实现推焦杆向前至炉前暂停，待得到连锁信号后，自动返回至定位置停止。推焦杆是推焦车的核心部件，在推焦中的作用巨大。推焦杆要进出高温炉膛，其可靠性控制是推焦车的重点核心。推焦杆控制保证推焦杆完全推焦出炉，推不动焦炭不允许，原推焦采用串电阻调速。其控制精度差，操作人员需格外注意。采用变频调速控制精度高，精准定位同时产生大的扭矩，为整车自动化奠定基础。

3定位系统设计

焦炉机车每个工作点都安装有码牌，地址码与校验码由动作指令发送到焦炉机车后，焦炉机车向目标位置移动。PLC读出距离后发送速度指令，机车行进到目标码牌附近，实现精确定位。机车经某一码牌时，译码器译出码牌号，系统接受BCD码牌号转化为行程。机车定位过程分为粗定位阶段与精定位阶段。设计中对不同工作的两个传动机构，采用两机构同用一台变频器，网络中断情况下要求切换到端子给定控制。方案采用基于SIMOLINK光纤网主从通信，避免产生啃轨震动现象。主装置包括正常速度环与电流环。从装置接受主装置速度环输出作为电流环给定。采用转矩限幅方式，主从速度给定与实际值波动小，调节从装置的制动电流，如过小，从装置转矩减小，在调节时需反复测试。采用主从控制方案较佳。焦炉机车与炉门间距大于350MM时，机车传动走行转动一圈，脉冲编码器输出脉冲数到PLC，得出机车实际位移及机车距目标位置距离。经公式转换后发送到变频器作当前频率设定值。焦炉车长期运行会出现轨道形变等问题，导致粗定位位置测量出现误差，因此需设计精定位控制。交流机车以较慢速度进入目标炉号识别码牌区域，码牌识别设置内广电传感器发出的广电信号因受码牌遮挡无法接受，导致接受广电信号状态变化，将状态发送至PLC，识别出以二进制编码的炉号。保证每个码牌长度为350MM，剩余目标距离作为速度设定值发送到变频器，速度逐渐减小到零。以实现精准定位。粗定位阶段，动轮编码器转一圈输出3600个固定脉冲，PLC根据单位脉冲对应距离乘以累积脉冲数的得到焦炉机车当前实际位移值，得出当前粗定位阶段剩余距离。接车移动到距离目标位置约350MM处完成粗定位阶段的控制任务。精定位阶段依靠码牌识别炉号，将焦炉机车到达码牌边缘时刻作为触发条件校正剩余目标距离，精定位阶段要实现目标位置的精准读取判断，完成机车定位的准确快速停车。精定位阶段将剩余目标距离作为频率设定值，目标距小于200mm时，采用最小速度限定法，此时机车随时准备停止。焦炉机车越过预定码牌时系统自动调整速度方向值，反复三次以上寻找失败，系统确认定位失败执行自动停车。

4结语

本文研究设计了焦炉机械设备控制系统机车定位与连锁控制重点技术，完成了炉号的自动识别、机车的连锁控制、实现了机车与中控室间无线通讯功能，实现了上位机管理系统等功能。本次设计系统能适应焦炉生产现场的恶劣环境，操作简单方便，满足了用户需求。解决了一直依赖于国外产品的问题。

参考文献：

[1]叶喆彧.焦炉机械设备控制系统中的关键技术分析[J].企业技术开发，2014，33（15）：22-23.

[2]聂凤军.焦炉机械设备控制系统关键技术的研究[D].大连海事大学，2012.

作者:谢佳文 单位:兰州交通大学