淺談6.25m 搗固焦爐推焦車的電氣控制?

武海虹

（太原重工股份有限公司 技術中心，山西 太原 030024）

0 引言

搗固煉焦技術是一種可根據(jù)焦炭的不同用途，配入較多的高揮發(fā)煤及弱黏結性煤，在裝煤車的煤箱內用搗固機將已配好的煤搗實后，從焦爐側推入炭化室內進行高溫干餾的煉焦技術［1］。搗固煉焦技術能提高焦炭的生產率，大幅度降低焦炭生產成本，增加企業(yè)利潤，特別是采用搗固工藝技術可以節(jié)省不可再生的優(yōu)質焦煤資源，是焦化行業(yè)發(fā)展的主要方向［2］。6.25m搗固焦爐是目前國際上最大的搗固焦爐爐型，太原重工股份有限公司生產的國內首套6.25m分體搗固焦爐設備，在5.5m搗固焦爐設備的基礎上采用更加先進的控制系統(tǒng)，提高了焦爐機械的自動化水平，為我國焦爐大型化發(fā)展、煉焦工藝的運用和改進提供了重要支撐［3］。

推焦車作為搗固焦爐成套設備之一，在整個煉焦過程中起著舉足輕重的作用，推焦車安裝于焦爐機側，用途是用推焦桿將炭化室內焦炭推出至熄焦車上，同時完成推焦前與裝煤后啟閉爐門及清掃爐門、爐框等工作。

1 推焦車的控制系統(tǒng)組成及控制方式

1.1 推焦車的控制系統(tǒng)組成

推焦車主要由運行、推焦、取門、清門、清框及余焦回收等機構組成，采用三相交流380V、50Hz滑觸線供電。設備的總電源由滑觸器引入到車上受電控制柜，柜內主回路經過不同的開關分成動力回路和控制回路。各機構動力回路主要包括總動力開關和總接觸器?？倓恿﹂_關帶有分勵脫扣器，可在緊急情況下切斷車上動力電源，方便檢修整車電氣設備；總進線接觸器僅用于動力電源的接通與分斷，給每一機構供電，在檢修或交接班時可方便地斷開主回路動力電源，以保證安全。與此同時，照明、控制電源保持正常接通狀態(tài)，車輛間的通訊及車輛內部的狀態(tài)顯示均保持工作狀態(tài)。

1.2 機構控制方式

走行機構和推焦機構均采用變頻調速的控制方式。變頻調速系統(tǒng)的原理是通過改變電動機的供電頻率來改變電動機的轉速，其特點如下：①可以實現(xiàn)無極調速，啟動電流小，對機械的沖擊較小，可以得到大的啟動轉矩；②低速運行性能穩(wěn)定，調速精度高，能提高車輛對位的精確性，因而容易實現(xiàn)自動化控制；③變頻器內部集成了電機過載、過壓、欠壓及缺相等很多保護功能。

變頻器帶有制動斬波器，制動時，當變頻器內的直流回路母線電壓值達到制動斬波器的閾值導通電壓時，制動斬波器投入運行，制動時產生的再生能量就可以通過制動電阻消耗掉，從而保護變頻器，且能夠快速準確停車。

推焦車的走行機構由4臺6極電機驅動，采用2套變頻器控制，1臺變頻器控制2臺走行電機。在一套變頻器或電機出現(xiàn)故障時，另一套變頻器或電機仍能夠拖動大車低速運行。走行電機帶有速度反饋編碼器，可實現(xiàn)走行閉環(huán)控制，以保證走行精確定位。

推焦機構采用一拖一變頻調速，通過主令控制器有級給定調節(jié)推焦的速度。

推焦時通過工控機顯示和記錄推焦電流，當電流過大時有過載報警和過載斷電等輕、重故障報警保護功能；通過旋轉編碼器實時檢測推焦桿的位置，并通過工控機實時顯示推焦桿行程。

通過操作臺上推焦操作手柄來控制推焦過程：快速前進—慢速前進—快速前進—慢速前進—停止—快速后退—慢速后退—停止。

2 PLC控制系統(tǒng)架構及控制流程

2.1 PLC控制系統(tǒng)架構

推焦車整車采用PLC控制系統(tǒng)，硬件采用西門子S7-300可編程控制器，專用電源模塊為CPU模塊供電，PLC輸入輸出電源為集成一體化電源。CPU模塊帶有以太網及Profibus-DP通訊接口，可實現(xiàn)與上位機、變頻器、編碼器及機旁操作箱之間的數(shù)據(jù)通訊功能。推焦車通訊網絡及控制架構如圖1所示。

圖1 推焦車通訊網絡及控制架構

2.2 控制程序流程

推焦車控制程序流程圖如圖2所示。

圖2 推焦車控制程序流程圖

3 工業(yè)級工控機及操作方式

推焦車采用工業(yè)級工控機進行監(jiān)控和操作，其主要功能如下：①運行、推焦、取門、清門、清框、余焦回收及液壓等機構由獨立畫面顯示；②各機構電機過載、短路、缺相及PLC系統(tǒng)硬件故障診斷及報警顯示；③輸入模塊的輸入點、輸出模塊的輸出點、各機構動作檢測開關的狀態(tài)實時顯示；④用于操作的各機構按鈕的獨立操作界面。

操作方式有單元程序控制、單元手動控制及機旁操作三種方式，由人機界面和機旁操作箱兩種方式來完成各種動作的操作和不同信號的顯示。

（1）自動方式：根據(jù)推焦車各單元的工作順序動作，系統(tǒng)將通過自動檢測各個單元運行條件是否滿足來決定是否執(zhí)行下一步的操作。

（2）手動方式：通過操作臺上的按鈕和工控機實現(xiàn)手動操作，需要人工按照設備工藝順序一步一步完成，手動操作的過程中，系統(tǒng)也將通過各個檢測開關的狀態(tài)來對操作過程進行監(jiān)控。

（3）機旁操作方式：當設備分布調試時，或自動及手動操作方式出現(xiàn)故障時，或設備需要檢修的情況下，會用到這種操作方式，因為機構動作沒有聯(lián)鎖，使用機旁操作時，必須做好安全措施，一般會采取點動的方式。

4 自動對位及聯(lián)鎖系統(tǒng)

4.1 聯(lián)鎖及保護

變頻驅動系統(tǒng)為電機提供過壓、過流、缺相、接地等保護；非變頻驅動系統(tǒng)將為電動機的過載、短路提供保護。

在司機室控制臺上的各機構手柄設有零位觸點，可對運行過程中發(fā)生的誤操作進行保護。具體來說，如果機構動作過程中設備突然斷電，而此時主令的手柄不在零位上，來電后，機構不會自動動作，只有將主令手柄打到零位后，電動機才能啟動，相當于起到一個故障復位的功能。

推焦桿、取門、清門、清框機構等均設有行程檢測開關，由行程檢測開關通過PLC控制各機構的位置，同時各機構之間還設有相應的聯(lián)鎖。

推焦車第四條滑線與焦側電機車第四條滑線相連作為聯(lián)鎖控制線，當推焦出現(xiàn)故障時電機車能夠停止推焦，避免事故擴大化。

車上均設有走行聲光報警及車載電話；車體兩側安裝的激光防碰撞接近開關可以檢測到推焦車與兩側車輛的距離，發(fā)出減速或停車的指令；車上配有四頭一尾的工業(yè)級監(jiān)視系統(tǒng)，用于監(jiān)控大車走行兩側、取門及清門動作情況。

4.2 自動對位系統(tǒng)

推焦車采用自動對位與聯(lián)鎖系統(tǒng)，能自動識別推焦車的工作狀態(tài)、車號及所處的位置，并且在車載顯示屏和地面站上位機上顯示對應的爐號。在聯(lián)鎖狀態(tài)下，系統(tǒng)能根據(jù)推焦車與計劃爐號中心位置的對位情況等來判斷是否滿足推焦條件，條件不足不能啟動操作。編碼電纜感應無線式檢測地址方式得到的是機車的絕對地址，即使系統(tǒng)斷電，一旦恢復供電系統(tǒng)便可立即得到可靠的機車位置，消除機車因各種原因（如掉電、下雨打滑）而引起的位置偏差。

推焦車采用感應無線車上檢測地址定位系統(tǒng)，實時性強，地址檢測速度快，是實現(xiàn)推焦車聯(lián)鎖、自動走行、自動對位功能的先決條件。采用編碼電纜作為位置檢測的傳感媒介，可以獲得機車的絕對、連續(xù)地址，在推焦車運行過程中不受影響。

圖3為推焦車自動定位示意圖。

5 結束語

6.25 m搗固焦爐推焦車的電氣控制系統(tǒng)采用了國內最先進的焦爐設備控制技術，整機控制運用了西門子S7-300PLC系統(tǒng)和以太網及Profibus-DP通訊方式，監(jiān)控及操作系統(tǒng)采用西門子工業(yè)級工控機，機旁操作箱由西門子公司生產的專用操作面板及接口組成，即插即用，不同操作位置具有不同的權限，以完成相應的操作，大大減少了操作箱與控制柜間的接線，便于檢修和維護。

圖3 推焦車自動定位示意圖

［1］ 楊雙新.搗固焦爐技術［J］.山西化工，2005，25（3）：46-48.

［2］ 歐陽曙光，呂青青，何選明，等.我國搗固焦爐及機械技術發(fā)展現(xiàn)狀與展望［J］.煤化工，2012，159（2）：16-19.

［3］ 戴成武，陳海文，張長青.6.25m搗固焦爐的技術特點及工藝分析［J］.燃料與化工，2010，41（1）：6-14.