連 亮 王彥華 李運(yùn)娥

（安陽鋼鐵集團(tuán)公司焦化廠，河南 安陽 455004）

1 前言

干熄焦提升機(jī)是干熄焦裝置的主要設(shè)備之一，其主要工作流程是將裝滿紅焦的焦罐通過提升井架提升至干熄爐頂框架平行位，并橫移至干熄爐爐頂與裝入裝置相配合將紅熱焦炭裝入干熄爐內(nèi)，裝完紅焦后再將空焦罐放回運(yùn)載電機(jī)車上。在整個(gè)過程中主要由PLC控制變頻器驅(qū)動(dòng)主提升電機(jī)及走行電機(jī)工作，并其他設(shè)備聯(lián)動(dòng)運(yùn)行完成焦罐的提升、橫移、裝入動(dòng)作安鋼140T干熄焦采用了國內(nèi)流行的設(shè)備布局，干熄爐建在焦?fàn)t端臺外側(cè)，提升井架跨越熄焦車軌道兩側(cè)采用直接提升方式。

2 控制系統(tǒng)概述

提升機(jī)控制分為中央自動(dòng)、車上自動(dòng)和車上手動(dòng)三種方式。三種方式在提升機(jī)頂部司機(jī)室可以實(shí)現(xiàn)切換。在一般正常情況下系統(tǒng)處于中央自動(dòng)模式下，提升機(jī)的提升裝置在PLC程序控制下按預(yù)定的速度曲線，完成掛鉤、焦罐離車，經(jīng)一系列的加減速動(dòng)作將焦罐提升到頂部。走行裝置也是在PLC的控制下將焦罐車按預(yù)定的速度曲線進(jìn)行控制，使得焦罐車安全的運(yùn)到干熄爐的頂部并準(zhǔn)確定位。在焦罐向干熄爐頂部移動(dòng)的同時(shí)，提升機(jī)PLC系統(tǒng)會(huì)給裝入裝置及干熄焦主控PLC系統(tǒng)發(fā)出同步動(dòng)作信號。控制自動(dòng)打開干熄爐蓋和爐頂除塵閥門，除塵風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也處于高速狀態(tài)下，使得干熄爐口的壓力為負(fù)壓，防止粉塵的外逸和空氣進(jìn)入干熄爐里。等到干熄爐蓋完全打開后，提升機(jī)再將焦罐按預(yù)定的速度曲線，放在干熄爐頂部。焦罐到位后，其底門靠自身重力自動(dòng)打開，向干熄爐的預(yù)存段裝入紅焦。裝焦完畢后提升機(jī)PLC系統(tǒng)在收到裝入裝置及干熄焦主控PLC反饋的干熄爐蓋、爐頂除塵閥門關(guān)閉等信號后?？刂铺嵘b置、走行裝置又按預(yù)定的速度曲線，將空焦罐送回到正在電機(jī)車上等待的臺車上，從而完成一個(gè)裝焦過程的循環(huán)。提升裝置、走行裝置的卷上、卷下以及走行控制，由現(xiàn)場設(shè)備上安裝的編碼器檢測其移動(dòng)的位置，同時(shí)發(fā)給對應(yīng)的西門子變頻器和PLC，經(jīng)過PLC的計(jì)算后，給定變頻器加減速及定位指令。

3 PLC系統(tǒng)組成

提升機(jī)的控制系統(tǒng)核心采用了西門子S7-400H冗余系統(tǒng)，由CPU414-4H組成雙機(jī)熱備。無故障時(shí)兩個(gè)子單元都處于運(yùn)行狀態(tài)，在發(fā)生故障時(shí)無擾動(dòng)地自動(dòng)切換，每一個(gè)子單元能獨(dú)立完成整個(gè)過程的控制。兩個(gè)中央控制器通過光纜和冗余模塊互連，在真正實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，確保雙CPU程序的完全一致。當(dāng)控制程序發(fā)生改變時(shí)，可以自動(dòng)完成程序下裝功能，以滿足控制的穩(wěn)定及可靠性需求。另外，在提升機(jī)頂部司機(jī)室設(shè)有E200M遠(yuǎn)程I/O站，負(fù)責(zé)將提升機(jī)上所有的檢測信號集中采集，并通過PROFIBUS-DP總線與遠(yuǎn)方提升機(jī)控制柜的CPU模塊進(jìn)行信號傳輸。提升機(jī)控制系統(tǒng)由兩層構(gòu)成：上層為綜合監(jiān)控系統(tǒng)，主要元件為工業(yè)觸摸屏，通過PROFIBUS總線與PLC通訊，完成狀態(tài)的圖形顯示及參數(shù)的設(shè)定，司機(jī)室和提升機(jī)PLC控制柜板上各設(shè)一個(gè)。同時(shí)也可以使用筆記本電腦通過5516網(wǎng)卡使用MPI數(shù)據(jù)線與CPU通訊，以便隨時(shí)連接和監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)；下層為控制層，正常情況下提升機(jī)處于自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)無人值守，要求動(dòng)作全部自動(dòng)完成，并且要求保持一定的生產(chǎn)節(jié)奏。其程序控制主要為順序控制及相關(guān)的聯(lián)鎖控制，由于提升機(jī)要配合電機(jī)車、APS定位裝置、牽引裝置、裝入裝置一起工作，所以相關(guān)的聯(lián)鎖條件是必不可少的。提升機(jī)在提升和下降運(yùn)行的過程中，采用多次速度變化的方法，主要目的是減小設(shè)備沖擊和提高運(yùn)行節(jié)奏。既可以提高一定的效率，又可以減小沖擊及保證定位的精度。安裝在提升井架與干息爐頂部框架上的位置檢測開關(guān)以及安裝在提升、走行電機(jī)軸上的速度編碼器。通PROFIBUS-DP總線與變頻調(diào)速器及可編程控制器進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊.系統(tǒng)程序通過位置信號及提升機(jī)提升井側(cè)、熄焦室側(cè)判斷條件，選擇不同的速度選擇方法。并輸出用于行走、提升控制的速度信號通過數(shù)據(jù)總線傳送到相應(yīng)的變頻調(diào)速器.相應(yīng)的變頻調(diào)速器再分別驅(qū)動(dòng)走行、提升電機(jī)及制動(dòng)單元，從而構(gòu)成速度閉環(huán)控制回路。

4 變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

安鋼140T干熄焦提升機(jī)提升電機(jī)和走行電機(jī)變頻控制裝置選用西門子公司的6SE7系列逆變裝置，通過公共直流母線掛在整流回饋單元AFE(6SE7041-0EH85-1AA0)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)回饋制動(dòng)功能?？刂葡到y(tǒng)與變頻裝置之間通過Y型連接器與Profibus-DP總線進(jìn)行通訊。AFE為整流回饋單元，其主要功能有：通過控制能量流向，把進(jìn)線側(cè)3相交流電源轉(zhuǎn)化為規(guī)定的直流母線電壓；通過控制變壓器把進(jìn)線側(cè)3相交流電源轉(zhuǎn)化為交流115V控制電源。在RGU中功率元件采用IGBT。RGU可以工作在3種模式：電動(dòng)狀態(tài)，控制IGBT導(dǎo)通調(diào)節(jié)電壓和電流，使電流由交流側(cè)流向直流母線側(cè)；再生狀態(tài)，控制IGBT導(dǎo)通調(diào)節(jié)電壓和電流，使電流由直流母線側(cè)流向交流側(cè)；二極管整流橋模式，RGU不調(diào)節(jié)電壓和電流，功率元件工作在二極管整流橋模式，電流從交流側(cè)流向直流母線側(cè)。功率范圍廣，性能強(qiáng)大；靈活性使復(fù)雜的應(yīng)用簡單化；高度集成，支持多種通訊協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；優(yōu)化的功率模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)減小高次協(xié)波，反射波及控制干擾；緊湊的設(shè)計(jì)節(jié)省安裝空間。并且本系列產(chǎn)品擁有力矩校驗(yàn)功能，可以使變頻器在位能性負(fù)載的提升過程中與機(jī)械抱閘動(dòng)作良好配合，防止出現(xiàn)溜車及電機(jī)堵轉(zhuǎn)電流過大的情況，對機(jī)械及電氣設(shè)備的使用壽命都有好處。當(dāng)變頻器在提升設(shè)備應(yīng)用力矩校驗(yàn)功能時(shí)，變頻器收到運(yùn)行命令后，變頻器首先快速建立磁通，輸出轉(zhuǎn)矩，在確認(rèn)輸出轉(zhuǎn)矩存在的情況下，發(fā)出釋放抱閘信號，在停車的過程中，首先使變頻器進(jìn)入其懸停狀態(tài)，也就是說在變頻器收到停車命令后，變頻器減速到零速并可以在機(jī)械抱閘不動(dòng)作的條件下維持零速的功能，在變頻器進(jìn)入懸停狀態(tài)后，變頻器輸出控制抱閘閉合，然后撤銷輸出轉(zhuǎn)矩。并且在力矩校驗(yàn)功能啟用的條件下，變頻器自動(dòng)啟用下列功能：溜鉤保護(hù)、速度偏離保護(hù)（失速保護(hù)）、輸出缺相保護(hù)和編碼器丟失保護(hù)。使用力矩校驗(yàn)功能可以較為簡單的實(shí)現(xiàn)變頻器帶電機(jī)作為提升設(shè)備的應(yīng)用。本次140T干熄焦工程提升機(jī)變頻器主要采用端子控制方式，通訊功能作為讀取變頻器數(shù)據(jù)使用。走行變頻器預(yù)設(shè)兩檔速度，提升變頻器預(yù)設(shè)三檔速度，根據(jù)不同的階段給出提升和走行的不同速度選擇。變頻器啟動(dòng)、方向及速度選擇信號由繼電器給出，抱閘控制由變頻器本身完成。提升機(jī)提升走行變頻裝置采用帶有速度傳感器的矢量控制方式，速度控制具有良好的精度和穩(wěn)定性。啟動(dòng)制動(dòng)性能好，可以在短時(shí)間完成零速到額定轉(zhuǎn)速的啟動(dòng)過程或由額定轉(zhuǎn)速減小到零速的制動(dòng)過程，減少啟動(dòng)制動(dòng)時(shí)間，有利于適應(yīng)生產(chǎn)節(jié)奏的要求。

5 結(jié)語

干熄焦提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)，采用了西門子先進(jìn)的全數(shù)字矢量型交流變頻調(diào)速裝置與PLC的相互結(jié)合使用。并且PLC的CPU與通信I/O都使用了冗余控制技術(shù)，大大提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。對位控制采用的是絕對值編碼器，定位準(zhǔn)確，精度很高，能滿足干熄焦的工藝的要求。該控制系統(tǒng)裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、運(yùn)行可靠，調(diào)速性能良好等優(yōu)點(diǎn)。從2009年6月運(yùn)行至今控制系統(tǒng)本身未出現(xiàn)任何故障問題，有力的對此進(jìn)行了驗(yàn)證。

[1]潘立慧,魏松波等.干熄焦技術(shù)[J].冶金工業(yè)出版社,2005.02.

[2]孫學(xué)為.干熄焦新技術(shù)新工藝與設(shè)備狀態(tài)維護(hù)及檢修實(shí)用手冊 [J].北方工業(yè)出版社，2007.10.