薄 宇

（太原重工技術(shù)中心焦化所，山西 太原 030024）

概述

青島特殊鋼鐵有限公司新建焦?fàn)t工程，是青鋼技術(shù)改造和結(jié)構(gòu)調(diào)整中的重點(diǎn)工程，備煤系統(tǒng)的任務(wù)是將外來煉焦煤進(jìn)行貯存、加工成符合焦?fàn)t生產(chǎn)要求的裝爐煤。本系統(tǒng)是為2×65孔炭化室高度為7 m的頂裝焦?fàn)t制備裝爐煤，日處理煉焦煤料約6 575 t（含水份約10%），年處理煤量約240萬t（濕）。根據(jù)煤源、煤質(zhì)情況，備煤車間采用配煤→篩分粉碎→混合工藝流程。整個(gè)系統(tǒng)由貯配煤槽（包括沉淀池）、篩分室、粉碎機(jī)室、混合機(jī)及焦油渣添加站、煤焦制樣室（包含小焦?fàn)t試驗(yàn)室）、帶式輸送機(jī)通廊及轉(zhuǎn)運(yùn)站等生產(chǎn)設(shè)施組成。

貯配煤裝置為雙排16個(gè)Φ18 m直徑的貯槽，每個(gè)貯槽共2×2個(gè)雙曲線斗嘴，其貯量約為7 500 t／槽，總貯量約12萬t，相當(dāng)于2×65孔7.0 m焦?fàn)t約18晝夜的用煤量。由綜合料場(chǎng)或碼頭直接運(yùn)來的煉焦用各單種煤，根據(jù)煤種的不同，由槽頂?shù)男读宪嚪謩e布入各自的貯槽中。

按照工藝要求，備煤系統(tǒng)采用電子秤自動(dòng)配料系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)配煤。

1 自動(dòng)配料系統(tǒng)

本工程共有16個(gè)筒倉，并排布置，每排8個(gè)筒倉；共有4條輸送皮帶，每排筒倉下設(shè)2條皮帶；每個(gè)筒倉下有4個(gè)下料口，每個(gè)下料口由空氣炮、電液動(dòng)平板閘門、圓盤給料機(jī)、秤量配料皮帶機(jī)（兩個(gè)圓盤給料機(jī)對(duì)應(yīng)一條秤量配料皮帶機(jī)）組成。

整個(gè)系統(tǒng)由2臺(tái)工控機(jī)、1套西門子S7－300PLC及32套單回路閉環(huán)控制系統(tǒng)組成；每個(gè)閉環(huán)控制回路由現(xiàn)場(chǎng)的圓盤給料機(jī)、稱量帶式輸送機(jī)、秤體、傳感器、秤重控制器、變頻器等組成。

該配煤系統(tǒng)可分為下列兩大部分：

1）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備包括空氣炮、電液動(dòng)平板閘門、圓盤給料機(jī)、秤量配料皮帶機(jī)、秤體、稱重傳感器、速度傳感器、現(xiàn)場(chǎng)操作箱和標(biāo)定砝碼等。

2）控制室設(shè)備?？刂剖以O(shè)備包括秤重控制器、PLC、工控機(jī)及變頻器柜等，另外還配有打印機(jī)。

2 技術(shù)參數(shù)

2.1 原料狀況

精煤。物料粒度：0～80 mm；物料散密度：800 kg／m3；物料水分約為10%；物料溫度：常溫；給料方式：圓盤給料；圓盤給料電機(jī)：15 k W（變頻調(diào)速，64臺(tái)）。

2.2 稱量帶式輸送機(jī)

共需要32臺(tái)。其中，輸送帶寬度：1 000 mm；輸送機(jī)能力：20～100 t／h；輸送機(jī)速度：0～0.5 m／s；輸送機(jī)傾斜角度：0°；輸送機(jī)頭、尾滾筒中心距約為11 500 mm；稱量帶式輸送機(jī)電機(jī)：7.5 k W。

2.3 電子皮帶秤

共需要32臺(tái)，它們都采用日本大和ICS型電子皮帶秤，含秤體、稱重傳感器、測(cè)速器、二次儀表及手操箱、配套信號(hào)電纜。其中，計(jì)量精度：0.5%；重復(fù)性誤差：0.25%；輸出4～20 mA 瞬時(shí)流量信號(hào)、輸出累計(jì)量脈沖信號(hào)；采用全密封充氮的稱重傳感器；檢測(cè)皮帶速度的脈沖發(fā)生器采用無觸電結(jié)構(gòu)；零點(diǎn)和量程采用內(nèi)部數(shù)字量設(shè)定；RS485串口通訊。

3 控制系統(tǒng)

3.1 工作原理

配煤槽里的煤料通過電液動(dòng)平板閘門落到圓盤給料機(jī)、稱量皮帶機(jī)上，當(dāng)物料通過計(jì)量皮帶機(jī)的有效稱量段時(shí)，物料的重量通過框架作用在稱重傳感器上，稱重傳感器產(chǎn)生與重量成正比的電壓信號(hào)。同時(shí)安裝在回程皮帶上的測(cè)速器將皮帶的速度信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)［1］。演算調(diào)節(jié)器接收到這兩種信號(hào)后經(jīng)運(yùn)算發(fā)出測(cè)定信號(hào)，并將測(cè)定信號(hào)與預(yù)先設(shè)定的信號(hào)進(jìn)行比較，其偏差值經(jīng)PI調(diào)節(jié)后發(fā)出控制信號(hào)，通過PLC、變頻器改變驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，調(diào)節(jié)計(jì)量皮帶機(jī)運(yùn)行速度，完成定量給料，見圖1。

圖1 配料系統(tǒng)配置示意圖

3.2 控制方式

工控機(jī)對(duì)各回路的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中管理，PLC實(shí)現(xiàn)圓盤給料機(jī)、秤量配料皮帶機(jī)的順序啟停、報(bào)警以及模擬量的輸入、輸出，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)、半自動(dòng)及手動(dòng)控制。

1）自動(dòng)：由工控機(jī)設(shè)定參數(shù)、發(fā)出操作命令，通過PLC內(nèi)部程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制。

2）半自動(dòng)：當(dāng)工控機(jī)故障時(shí)，由秤重控制器代替工控機(jī)輸入?yún)?shù)、發(fā)出操作命令，通過PLC內(nèi)部程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的半自動(dòng)控制。

3）手動(dòng)：當(dāng)半自動(dòng)系統(tǒng)也發(fā)生故障時(shí)，可通過現(xiàn)場(chǎng)操作箱，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制。

3.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)

本系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)由電液動(dòng)平板閘門、圓盤給料機(jī)、空氣炮、稱量配料皮帶機(jī)組成。稱量配料皮帶機(jī)將比較后的信號(hào)通過RS485串口反饋給PLC，該信號(hào)經(jīng)過PLC內(nèi)部程序處理并通過Profibus-DP總線控制圓盤給料機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)節(jié)圓盤的下料量。

3.4 工控機(jī)的功能

根據(jù)青鋼焦?fàn)t工程對(duì)配煤系統(tǒng)的控制要求，配煤系統(tǒng)的電控操作界面能實(shí)現(xiàn)以下功能：

1）實(shí)現(xiàn)32套單回路閉環(huán)控制系統(tǒng)的單獨(dú)控制及順序控制。

2）同時(shí)顯示各配料秤和給料裝置的工作狀態(tài)、物料名稱、瞬時(shí)流量、百分比、累計(jì)流量、皮帶速度、設(shè)定值以及自動(dòng)配煤系統(tǒng)總的設(shè)定值、配煤比、總瞬時(shí)流量、總累計(jì)量；另外還應(yīng)有時(shí)間顯示（年、月、日、時(shí)）。

3）通過鍵盤可以進(jìn)行配料參數(shù)的設(shè)定；顯示出故障來源及處理措施。

4）設(shè)計(jì)有工頻、變頻切換功能。采用西門子G120系列變頻器，圓盤給料機(jī)為變頻電機(jī)，并有圓盤減速機(jī)潤滑油泵、強(qiáng)迫風(fēng)冷電機(jī)回路，并與主電機(jī)進(jìn)行聯(lián)鎖。

3.5 系統(tǒng)特點(diǎn)

本套系統(tǒng)配置有UPS電源，在UPS故障時(shí)可切換至旁路電源供電，確?？刂葡到y(tǒng)的供電。圓盤給料機(jī)設(shè)計(jì)有工頻、變頻切換功能。采用西門子G120系列變頻器，圓盤給料機(jī)為變頻電機(jī)，并有圓盤減速機(jī)潤滑油泵、強(qiáng)迫風(fēng)冷電機(jī)回路，并與主電機(jī)進(jìn)行聯(lián)鎖。PLC控制系統(tǒng)預(yù)留與焦化廠上位計(jì)算機(jī)的OPC開放式數(shù)據(jù)接口，用于與生產(chǎn)過程管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊。

定量給料機(jī)具有零點(diǎn)自動(dòng)校驗(yàn)功能，零點(diǎn)、量程全部采用數(shù)字式調(diào)整、簡單、易行、直觀；儀表采用比例度量方式，傳感器采用六線制；可根據(jù)需要選擇瞬時(shí)值控制或累計(jì)值控制；有多種報(bào)警信號(hào)輸出。

計(jì)量裝置采用雙UB2傳感器單輥計(jì)量方式。安裝維護(hù)簡便，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、無滯后，即使有一個(gè)傳感器發(fā)生故障仍能工作。UB2傳感器（日本大和），采用高強(qiáng)度合金鋁應(yīng)變體，金屬全封密充惰性氣體工藝，非直線性測(cè)試和溫度補(bǔ)償?shù)裙に囘^程，全部采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算和控制，精度高、質(zhì)量可靠，在正常使用情況下，可保壽命15年。

高精度演算調(diào)節(jié)器CFC-200C型（日本大和）采用了先進(jìn)的模擬放大器系統(tǒng)及數(shù)字控制系統(tǒng)，從而使儀表的穩(wěn)定性及可靠性得到充分的提高。

測(cè)速器采用無觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的數(shù)字編碼器TV150 N。

采用閉環(huán)控制，系統(tǒng)的響應(yīng)速度快，可以得到較高的控制精度。

由于采用控制計(jì)量皮帶機(jī)速度的方式來達(dá)到定量給料的目的，所以皮帶上的負(fù)荷幾乎接近于恒定。因此皮帶張力變化很小，系統(tǒng)的精度很高。具有8年停電記憶功能（測(cè)定值和設(shè)定值）［2］。

4 結(jié)語

相對(duì)于其他國產(chǎn)定量給料機(jī)，本套系統(tǒng)采用進(jìn)口稱重傳感器、控制器及先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理方式，更能準(zhǔn)確地反映實(shí)際的給料量，從而可以更好地監(jiān)控物料的信息及控制物料的流量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)平穩(wěn)的給料。

［1］ 姜建芳.西門子S7-300／400 PLC工程應(yīng)用技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.

［2］ 崔堅(jiān)，李佳.西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信指南［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.