探究焦?fàn)t推焦車電氣自動控制系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)與運(yùn)用

苗長青

（承德中灤煤化工有限公司，河北 承德 067002）

某焦化廠部分推焦車電氣系統(tǒng)各類故障較為頻發(fā)，因電氣系統(tǒng)故障而影響焦?fàn)t正常生產(chǎn)的情況也時(shí)有發(fā)生，為此，組織技術(shù)人員對某推焦車電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了相應(yīng)的改造設(shè)計(jì)，有效降低了推焦車電氣系統(tǒng)的故障率，同時(shí)提升了設(shè)備的自動化水平，在實(shí)際生產(chǎn)中取得了良好的效果。

1 推焦車電氣系統(tǒng)概述

推焦車是由電機(jī)驅(qū)動的大型機(jī)電一體化設(shè)備，由專用滑線提供380V動力電源。生產(chǎn)過程中的各種操作，包括走行、摘門、掛門、推焦、平煤等全部由電機(jī)、無觸點(diǎn)開關(guān)、限位開關(guān)等電氣設(shè)備進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)，因此，推焦車上的各種電氣設(shè)備也是非常多，而且是復(fù)雜的。總的來說，推焦車電氣系統(tǒng)包括走行系統(tǒng)、取門系統(tǒng)、推焦系統(tǒng)、平煤系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和其他輔助系統(tǒng)。

2 推焦車電氣系統(tǒng)存在的問題

當(dāng)推焦車由人工操作變?yōu)槿詣硬僮鲿r(shí)，對操作過程中每一步驟執(zhí)行的準(zhǔn)確性有著更加嚴(yán)格的要求，任何錯(cuò)誤信號都有可能造成人身和設(shè)備的重大安全事故。這就需要全自動操作系統(tǒng)具有更加齊全和完善的安全保障措施，這也是系統(tǒng)研制成敗的關(guān)鍵。

（1）機(jī)械震動造成的無觸點(diǎn)開關(guān)損壞。推焦車電氣系統(tǒng)采用可控硅無觸點(diǎn)開關(guān)控制，在實(shí)際生產(chǎn)中，由于推焦車軌道平整度不足，推焦車往來行走和推焦時(shí)引起的震動有時(shí)會造成電氣線路和無觸點(diǎn)開關(guān)的損壞，使機(jī)車停電而影響生產(chǎn)。

（2）接觸器損壞。推焦和平煤機(jī)構(gòu)的速度控制還采用較為落后的串電阻調(diào)速，為了保證工作性能，適應(yīng)快節(jié)奏生產(chǎn)，電阻值不能選的太大，因而也造成了推焦車在推焦和平煤過程中檔位速度差別不大。這種調(diào)速方式的弊端是較為明顯的，尤其是當(dāng)推焦桿或平煤桿操作結(jié)束需要停止時(shí)，只能采取反接的方式進(jìn)行制動。由于推焦桿和平煤桿重量很大，動作時(shí)慣性也非常大，這種反接的方式在頻繁的制動操作下，較大的電流沖擊容易使接觸器損壞，嚴(yán)重的還會造成減速機(jī)齒輪和電機(jī)的毀壞。如此一來，既影響了正常生產(chǎn)，又增加了備件消耗，增加了維修成本。

（3）難以準(zhǔn)確對位。推焦車走行機(jī)構(gòu)由電機(jī)提供動力，通過減速機(jī)和傳動軸將動力傳遞至走行輪，使機(jī)車可以在軌道上往來行走。推焦車走行機(jī)構(gòu)電氣控制方式為無觸點(diǎn)開關(guān)控制，走行速度為恒速。由于機(jī)車行駛速度較快且為恒速，在生產(chǎn)中需要停車對位時(shí)，在巨大的慣性作用下使得機(jī)車常常來回晃動難以準(zhǔn)確對位，給生產(chǎn)帶來了很多麻煩，難以適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求。并且由于機(jī)車啟停很頻繁，慣性也很大，因而也容易造成無觸點(diǎn)開關(guān)和機(jī)械齒輪的損壞。

3 系統(tǒng)構(gòu)成

（1）采用感應(yīng)無線通信。數(shù)據(jù)通信是全自動操作系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其準(zhǔn)確性、可靠性是決定該系統(tǒng)的成敗因素。在方案中采用新型抗干擾感應(yīng)無線通信技術(shù)和設(shè)備。其通信原理為正交通信，當(dāng)車載天線沿著編碼電纜移動時(shí)，在任意點(diǎn)上的感應(yīng)信號電壓不為零，保證了通信的連續(xù)穩(wěn)定。采用調(diào)頻方式（也可用調(diào)相方式），載波頻率為40KHZ～100KHZ的超長波，輻射干擾小，誤碼率優(yōu)于10-6，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定可靠的通信。

（2）機(jī)車位置采用車上檢測地址方式。推焦車位置檢測過去采用由中控室檢測機(jī)車位置的模式（簡稱“地上測址”），即由中控室發(fā)送載波信號，機(jī)車接收后將位置信號返送給中控室，中控室解碼后還原出機(jī)車實(shí)際位置。該模式存在通信速率慢、檢測時(shí)間長以及不能同時(shí)檢測多臺車輛地址等缺陷。車上檢測機(jī)車位置的模式（簡稱“車上測址”），即由中控室通過載波發(fā)生器不間斷地向編碼電纜發(fā)送地址檢測用的載波信號，沿電纜方向上的所有機(jī)車可通過地址天線箱接收載波，地址檢測器以每次4ms～6ms的速度解碼還原出機(jī)車所在位置，并將地址送予車上控制器，機(jī)車直接檢測出當(dāng)前地址。此模式的優(yōu)勢在于：①位置檢測精度高達(dá)±5mm，且為連續(xù)的絕對地址，即使中途掉電，則復(fù)電后能立即得出當(dāng)前位置，不需要參考點(diǎn)重新校準(zhǔn)。可靠地實(shí)現(xiàn)了機(jī)車對位聯(lián)鎖控制；②編碼電纜上的多臺機(jī)車可同時(shí)檢測其自身地址，各車一次測址只需幾毫秒，它解決了地上測址模式存在的檢測周期長的缺陷；③機(jī)車不必通過與中控室（地上局）的通信就能知道自己的精確的位置（地址），提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，相當(dāng)于無滯后的即時(shí)位置。有了精確的即時(shí)地址，也就能精確地對機(jī)車實(shí)施令行禁止。這一點(diǎn)對精確定位尤其重要。因此，車上位置檢測功能是實(shí)現(xiàn)機(jī)車自動走行、無人駕駛的必備基礎(chǔ)。

（3）機(jī)車自動走行的自糾偏差數(shù)學(xué)模型。雖然具備了機(jī)車位置的高速連續(xù)測址的基礎(chǔ)，但如何控制推焦車行進(jìn)的速度，實(shí)現(xiàn)機(jī)車快速、準(zhǔn)確、連續(xù)的“自動走行”，也是實(shí)現(xiàn)全自動操作的一個(gè)重要而關(guān)鍵的技術(shù)環(huán)節(jié)。為此結(jié)合采用“模糊控制”算法和PID控制算法，建立了一個(gè)自動走行的自糾偏差數(shù)學(xué)模型。當(dāng)系統(tǒng)處于自動走行狀態(tài)時(shí)，機(jī)車控制器高速循環(huán)判斷機(jī)車當(dāng)前地址和計(jì)劃爐號的目標(biāo)地址差值，形成地址、地址差值與機(jī)車速度之間的三維動態(tài)曲線，分析現(xiàn)場工況的變化、天氣因素和設(shè)備的狀態(tài)變化所產(chǎn)生的影響，最后向機(jī)車變頻調(diào)速機(jī)構(gòu)發(fā)出行走控制指令，指揮移動機(jī)車無級（或多級）調(diào)速行駛、滑行、剎車等。萬一剎車后位置有誤差，控制器能根據(jù)其差值自動發(fā)出點(diǎn)動指令，驅(qū)動機(jī)車向目標(biāo)地址精確定位。同時(shí)，在速度控制曲線中自動記錄其修正值，達(dá)到自適應(yīng)精確自動走行的理想效果。

（4）增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力。為了抑制環(huán)境干擾，采用高集成度的大規(guī)模CPLD器件作信號處理電路，構(gòu)成對共模電磁干擾的有效抑制。它為輸入輸出可編程電路，而且可根據(jù)信號強(qiáng)弱自調(diào)整增益，使得系統(tǒng)部件少，結(jié)構(gòu)緊湊，抗干擾能力更強(qiáng)，在大功率變頻器的電網(wǎng)下，也能可靠無誤地工作。

（5）采用雙PLC控制系統(tǒng)。綜合考慮作業(yè)的特性，對PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，將本系統(tǒng)的PLC控制器和推焦車的PLC控制器聯(lián)接在一起，利用車上測址的獨(dú)特優(yōu)勢，在控制上將系統(tǒng)分為大、小兩個(gè)循環(huán)。大循環(huán)運(yùn)行介質(zhì)由地上中控室、編碼陣列、車載控制部分構(gòu)成，可提供系統(tǒng)的聯(lián)鎖控制和完成復(fù)雜的工藝控制；小循環(huán)運(yùn)行介質(zhì)由車上位置檢測、車載控制中心、PLC控制器、變頻調(diào)速器等構(gòu)成，可獨(dú)立完成自動走行控制的調(diào)節(jié)精度和速度，是和大循環(huán)互為補(bǔ)充的工藝控制。同時(shí)還增加了對機(jī)車動作的數(shù)據(jù)采集、邏輯判斷、故障診斷功能，并完善了控制程序。這一系列的改進(jìn)使推焦車自動化控制程度更高，控制的穩(wěn)定性更好，避免了誤操作，保障系統(tǒng)工作的安全性。

4 推焦車電氣自動控制系統(tǒng)的改造方案

（1）為解決頻繁的因機(jī)械震動和大電流沖擊而造成的可控硅無觸點(diǎn)開關(guān)損壞問題，電氣控制改造中采用繼電器、斷路器、接觸器代替了無觸點(diǎn)開關(guān)，所有電氣器材均選用進(jìn)口ABB產(chǎn)品，保證了系統(tǒng)的可靠性。走行機(jī)構(gòu)電氣系統(tǒng)采用變頻器控制，電機(jī)全部改為變頻電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)車走行的軟啟動和軟停止，減少了頻繁啟停對無觸點(diǎn)開關(guān)和機(jī)械齒輪等部件的損害，降低了設(shè)備故障率；機(jī)車行走可分檔控制，改善了因車輛慣性而造成的難以準(zhǔn)確對位的問題，提高了生產(chǎn)效率，減少了生產(chǎn)事故。在過去手動操作下，由于推焦桿和平煤桿上沒有限位開關(guān)，因此，在生產(chǎn)中推焦桿脫位掉到焦?fàn)t的情況也時(shí)有發(fā)生。采用可編程邏輯控制器（PLC）、絕對值旋轉(zhuǎn)編碼器和渦流制動器對推焦車推焦和平煤系統(tǒng)進(jìn)行了自動化改進(jìn)，通過編碼器產(chǎn)生的位置碼實(shí)現(xiàn)對機(jī)車位移的檢測，然后經(jīng)PLC譯碼、運(yùn)算并產(chǎn)生和發(fā)出相應(yīng)的控制信號和保護(hù)輸出。自動化控制系統(tǒng)改造采取以弱電控制強(qiáng)電，以系統(tǒng)控制取代人工機(jī)械操作的方式，減少了人為操作可能出現(xiàn)的失誤。在實(shí)際推焦生產(chǎn)中，自動控制系統(tǒng)設(shè)置了推焦桿前減、前停、后減、后停、爐前微速、爐前暫停等多個(gè)運(yùn)行區(qū)間，當(dāng)推焦桿執(zhí)行某項(xiàng)操作，到達(dá)某個(gè)位置時(shí)，自動控制系統(tǒng)便會發(fā)出控制信號，控制推焦桿的運(yùn)行。為了使系統(tǒng)運(yùn)行更為可靠，還在推焦桿、平煤桿上安裝了電子式限位開關(guān)。

（2）改造應(yīng)用效果。通過對推焦車電氣控制系統(tǒng)的改造，使推焦車走行、推焦、平煤等生產(chǎn)環(huán)節(jié)得到了較好的控制，提高了電氣系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和推焦車的自動化控制水平，降低了人員勞動強(qiáng)度和可能出現(xiàn)的誤操作，減少了各類設(shè)備故障和生產(chǎn)事故的發(fā)生。

總之，推焦車電氣系統(tǒng)的控制開關(guān)、走行機(jī)構(gòu)、推焦和平煤系統(tǒng)進(jìn)行了相應(yīng)的技術(shù)改造，使推焦車電氣系統(tǒng)故障率高的問題得到了較好的解決，并提高了設(shè)備的自動化水平，使其能夠繼續(xù)適應(yīng)焦?fàn)t生產(chǎn)需要。