羅克韋爾產(chǎn)品在7m焦?fàn)t四大車的應(yīng)用

宇小璞

摘 要：隨著焦化行業(yè)的發(fā)展，煉焦方式的不斷改進(jìn)，焦?fàn)t設(shè)備逐漸向環(huán)保節(jié)能方向發(fā)展。7m焦?fàn)t設(shè)備作為焦化行業(yè)中較為先進(jìn)的設(shè)備，其控制水平要求提高，精度提高，因此其對控制硬件的要求也相應(yīng)提高，我們采用了先進(jìn)的羅克韋爾自動(dòng)化系列產(chǎn)品應(yīng)用其上，用來滿足其高控制水平、高控制精度的要求。該文簡單介紹了7m焦?fàn)t四大車的功能及作用，并以推焦車為例闡述了羅克韋爾自動(dòng)化ControlLogix系列PLC、PowerFlex變頻器、工控機(jī)及網(wǎng)絡(luò)在7m焦?fàn)t四大車控制系統(tǒng)中的應(yīng)用；以及簡述了羅克韋爾產(chǎn)品在推焦車上的功能應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：焦?fàn)t四大車 推焦車 PLC 變頻器

中圖分類號：TF3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）05（c）-0097-02

太原重工是中國主要的焦?fàn)t設(shè)備生產(chǎn)基地，2010年太重為山東金能焦化提供了兩套新研制的7m頂裝式焦?fàn)t四大車設(shè)備，利用羅克韋爾的控制器和變頻器實(shí)現(xiàn)了設(shè)備采用爐號自動(dòng)識別、一次自動(dòng)對位、四車聯(lián)鎖等先進(jìn)技術(shù)，提高了焦?fàn)t的生產(chǎn)效率和自動(dòng)化生產(chǎn)水平。自2011年投產(chǎn)以來運(yùn)行狀況良好。

1 焦?fàn)t四大車簡介

焦?fàn)t是焦化生產(chǎn)的主體設(shè)備，在生產(chǎn)過程中需要通過外圍設(shè)備來完成裝煤、平煤、推焦、導(dǎo)焦、熄焦等工作，這些外圍設(shè)備分別由裝煤車、推焦車、攔焦車、熄焦車組成，即人們傳統(tǒng)意義上說的焦?fàn)t四大車。

焦?fàn)t四大車的工作分別是[1]：

（1）推焦車。推焦車工作于焦?fàn)t機(jī)側(cè)旁邊的軌道上，由鋼制車架、走行機(jī)構(gòu)、推焦機(jī)構(gòu)、平煤機(jī)構(gòu)、開關(guān)爐門及小爐門機(jī)構(gòu)和氣路、電路、油路系統(tǒng)等部分組成。推焦車作用是摘、關(guān)機(jī)側(cè)爐門；將炭化室內(nèi)成熟的焦炭推出，通過導(dǎo)焦槽落到接焦車上；對機(jī)側(cè)爐門、爐門框進(jìn)行清掃和頭尾焦處理；推焦時(shí)清掃炭化室頂?shù)氖?，裝煤時(shí)平煤，平煤桿進(jìn)出炭化室前后啟閉小爐門等。

（2）裝煤車。裝煤車位于焦?fàn)t頂部，主要由帶有司機(jī)操作室的車架、煤斗、煤車的移動(dòng)機(jī)構(gòu)、導(dǎo)套、煤斗給煤裝置、啟閉裝煤孔蓋及爐頂清掃裝置、控制部分主要由電路和液壓油路等部件組成。負(fù)責(zé)從煤塔取煤和炭化室裝煤作業(yè)，即在推焦車推完焦后給孔炭化室裝入煉焦煤原料，并將裝煤過程中從裝煤孔溢出的煙氣導(dǎo)入固定的集塵干管中。

（3）攔焦車。攔焦車運(yùn)行在焦?fàn)t的焦側(cè)，主要由啟門和導(dǎo)焦等部分組成。攔焦車主要負(fù)責(zé)和推焦車同時(shí)工作，在推焦車推焦時(shí)，攔焦車已經(jīng)開啟爐門對好導(dǎo)焦柵，讓被推出的焦炭從導(dǎo)焦柵內(nèi)通過掉入接焦車箱內(nèi)，起引導(dǎo)作用。

（4）熄焦車。負(fù)責(zé)配合推焦車，攔焦車工作，在推焦前和攔焦車一起對好計(jì)劃爐號，將其接焦車箱對好上方攔焦車的導(dǎo)焦柵的出口處，在推焦時(shí)，接住焦炭。推焦完畢后，將焦炭用結(jié)焦車機(jī)車頭引領(lǐng)接焦車箱運(yùn)往濕熄焦塔或干熄焦提升塔處熄焦。

2 推焦車電氣控制系統(tǒng)

7m焦?fàn)t四大車相對于6.25m焦?fàn)t四大車和5.5m焦?fàn)t四大車來講，雖然整體的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣構(gòu)成基本類似，但是控制點(diǎn)數(shù)更多，控制精度要求更高，系統(tǒng)更復(fù)雜。

ControlLogix系統(tǒng)封裝外形小巧且極具成本優(yōu)勢，不僅可提供離散、驅(qū)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)、過程和安全控制，還具有通信功能和最先進(jìn)的 I/O；系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此可以高效地進(jìn)行設(shè)計(jì)、構(gòu)建和修改；從而提高設(shè)備的生產(chǎn)效率，降低故障率。PowerFlex 系列交流變頻器堅(jiān)固耐用，其易用性、靈活性和極佳的性能適用于各種工業(yè)應(yīng)用，且具有一系列核心特性，可幫助用戶最大程度提高生產(chǎn)力（如圖2所示）。

ControlLogix控制系統(tǒng)的整體特點(diǎn)包括以下幾方面。

（1）可靠、安全（Safety）：ControlLogix控制站模塊MTBF百萬小時(shí)級，并且是TUV認(rèn)證的SIL2安全控制系統(tǒng)；全冗余結(jié)構(gòu)，冗余控制器，冗余電源，冗余IO網(wǎng)絡(luò)，冗余以太網(wǎng)CIP網(wǎng)絡(luò)。

（2）功能強(qiáng)大：強(qiáng)大的32位多處理器結(jié)構(gòu)的Logix PAC控制引擎，運(yùn)行實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核系統(tǒng)，結(jié)合智能化的I/O卡件和和恒定5Mbps通訊速率的ControlNet總線，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場一個(gè)完美的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。

易維護(hù)、易擴(kuò)展：帶電插拔、在線編程、在線擴(kuò)展系統(tǒng)、遠(yuǎn)程在線組態(tài)、診斷及維護(hù)、集成的資產(chǎn)管理系統(tǒng)等等。

開放系統(tǒng)：與各種廠商的PLC及自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)時(shí)通訊、與各種專家模型系統(tǒng)和信息管理系統(tǒng)的雙向、穩(wěn)定高速數(shù)據(jù)連接（無需編程）。

四大車連鎖和定位精度要求更高。在整個(gè)煉焦過程中，四大車通過電氣控制系統(tǒng)相互連鎖，其中最為主要的是推焦車與其他三車的連鎖。由于推焦車的連鎖控制系統(tǒng)具有代表性，因此本文以推焦車為例闡述焦?fàn)t四大車的電氣控制系統(tǒng)。

2.1 推焦車電氣控制系統(tǒng)組成

推焦車電氣控制系統(tǒng)采用羅克韋爾集成架構(gòu)，共分為四個(gè)部分：取爐門/小爐門傳感器及推焦/平煤/清門檢測編碼器、控制系統(tǒng)、傳動(dòng)部分-運(yùn)行/清門/除塵電機(jī)及變頻器、上位機(jī)（如圖3所示）。

羅克韋爾自動(dòng)化集成架構(gòu)使用了3層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：在信息層采用以太網(wǎng)（EtherNet/ IP），用于PLC和上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送和交換；在自動(dòng)化和控制層采用控制網(wǎng)（Control Net），用于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)I/O控制，控制器互鎖，以及變頻器的控制等；在設(shè)備層采用設(shè)備網(wǎng)（DeviceNet），用于底層傳感器，編碼器低成本、高效率的信息集成。

在推焦車電氣控制系統(tǒng)中，PLC控制系統(tǒng)作為整個(gè)集成架構(gòu)的中樞，采用羅克韋爾高端可編程控制器Control Logix，通過可靠的性能和高速的運(yùn)算速度來控制機(jī)械設(shè)備整體工作。傳動(dòng)部分-運(yùn)行/清門/除塵變頻器采用羅克韋爾PowerFlex工程型變頻器，通過ControlNet網(wǎng)絡(luò)與PLC連接，上位機(jī)PanelView通過以太網(wǎng)，傳感器和編碼器通過DeviceNet與PLC進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)和各設(shè)備間的無縫集成。

2.2 推焦車的連鎖控制

推焦車的連鎖控制包括取爐門連鎖、推焦連鎖、關(guān)爐門連鎖和平煤連鎖等部分。

根據(jù)焦?fàn)t工藝互鎖在PLC編程軟件RSLogix5000中進(jìn)行編程后，在系統(tǒng)各單元操作上，設(shè)置有4檔選擇開關(guān)，分別為：

（1）全自動(dòng)（四大車連鎖正常情況下）；（2）單元自動(dòng)（按運(yùn)行條件完成單元?jiǎng)幼鳎唬?）聯(lián)鎖手動(dòng)（有連鎖條件，順序進(jìn)行）；（4）非聯(lián)鎖手動(dòng)控制（維修操作）

2.3 運(yùn)行機(jī)構(gòu)變頻調(diào)速

傳動(dòng)部分由行走機(jī)構(gòu)/清門機(jī)構(gòu)/除塵風(fēng)機(jī)電機(jī)及變頻器組成，其中以行走機(jī)構(gòu)的電氣構(gòu)成最具代表性（如圖4所示），由4臺(tái)電機(jī)拖動(dòng)。行走機(jī)構(gòu)在牽引驅(qū)動(dòng)中負(fù)載較大，啟停頻繁，并且對于定位精度要求高，故使用變頻驅(qū)動(dòng)是必然選擇。由于行走機(jī)構(gòu)的平穩(wěn)運(yùn)行要求變頻器間必須保持嚴(yán)格的同步運(yùn)行關(guān)系，并且變頻器間的動(dòng)態(tài)負(fù)載需自動(dòng)平衡分配，因此兩臺(tái)變頻器采用變頻矢量閉環(huán)控制驅(qū)動(dòng)方式，由一臺(tái)變頻器拖動(dòng)2臺(tái)電機(jī)。同時(shí)兩臺(tái)變頻器之間采用主從閉環(huán)調(diào)速模式運(yùn)行，使兩邊的轉(zhuǎn)矩輸出成一定比例，實(shí)現(xiàn)以一個(gè)傳動(dòng)點(diǎn)為主控，另一點(diǎn)作為跟隨，解決傳送系統(tǒng)負(fù)載不平衡的問題，保障電機(jī)出力平衡，起制動(dòng)迅速。

3 結(jié)語

隨著工業(yè)技術(shù)的不斷提高，人們對先進(jìn)、高技術(shù)的設(shè)備的需求不斷增加，使得設(shè)備對自動(dòng)化的程度要求也提高了。7m焦?fàn)t設(shè)備作為先進(jìn)的煉焦設(shè)備，在焦化行業(yè)中起著重要作用及引領(lǐng)著行業(yè)的發(fā)展。文章介紹了7m焦?fàn)t四大車的構(gòu)成，并通過代表性的推焦車，介紹了電氣控制系統(tǒng)的組成，并簡單闡述了羅克韋爾先進(jìn)的自動(dòng)化產(chǎn)品在設(shè)備中的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 許曉燕.煉焦化工使用手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1999.