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，焦爐設備逐漸向環(huán)保節(jié)能方向發(fā)展。7m焦爐設備作為焦化行業(yè)中較為先進的設備，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提高，我們采用了先進的羅克韋爾自動化系列產(chǎn)品應用其上，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焦爐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化ControlLogix系列PLC、PowerFlex變頻器、工控機及網(wǎng)絡在7m焦爐四大車控制系統(tǒng)中的應用；以及簡述了羅克韋爾產(chǎn)品在推焦車上的功能應用。

關鍵詞：焦爐四大車 推焦車 PLC 變頻器

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

太原重工是中國主要的焦爐設備生產(chǎn)基地，2010年太重為山東金能焦化提供了兩套新研制的7m頂裝式焦爐四大車設備，利用羅克韋爾的控制器和變頻器實現(xiàn)了設備采用爐號自動識別、一次自動對位、四車聯(lián)鎖等先進技術，提高了焦爐的生產(chǎn)效率和自動化生產(chǎn)水平。自2011年投產(chǎn)以來運行狀況良好。

1 焦爐四大車簡介

焦爐是焦化生產(chǎn)的主體設備，在生產(chǎn)過程中需要通過外圍設備來完成裝煤、平煤、推焦、導焦、熄焦等工作，這些外圍設備分別由裝煤車、推焦車、攔焦車、熄焦車組成，即人們傳統(tǒng)意義上說的焦爐四大車。

焦爐四大車的工作分別是[1]：

（1）推焦車。推焦車工作于焦爐機側旁邊的軌道上，由鋼制車架、走行機構、推焦機構、平煤機構、開關爐門及小爐門機構和氣路、電路、油路系統(tǒng)等部分組成。推焦車作用是摘、關機側爐門；將炭化室內成熟的焦炭推出，通過導焦槽落到接焦車上；對機側爐門、爐門框進行清掃和頭尾焦處理；推焦時清掃炭化室頂?shù)氖?，裝煤時平煤，平煤桿進出炭化室前后啟閉小爐門等。

（2）裝煤車。裝煤車位于焦爐頂部，主要由帶有司機操作室的車架、煤斗、煤車的移動機構、導套、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。負責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入固定的集塵干管中。

（3）攔焦車。攔焦車運行在焦爐的焦側，主要由啟門和導焦等部分組成。攔焦車主要負責和推焦車同時工作，在推焦車推焦時，攔焦車已經(jīng)開啟爐門對好導焦柵，讓被推出的焦炭從導焦柵內通過掉入接焦車箱內，起引導作用。

（4）熄焦車。負責配合推焦車，攔焦車工作，在推焦前和攔焦車一起對好計劃爐號，將其接焦車箱對好上方攔焦車的導焦柵的出口處，在推焦時，接住焦炭。推焦完畢后，將焦炭用結焦車機車頭引領接焦車箱運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焦爐四大車相對于6.25m焦爐四大車和5.5m焦爐四大車來講，雖然整體的機械結構和電氣構成基本類似，但是控制點數(shù)更多，控制精度要求更高，系統(tǒng)更復雜。

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、驅動、運動、過程和安全控制，還具有通信功能和最先進的 I/O；系統(tǒng)采用模塊化結構，因此可以高效地進行設計、構建和修改；從而提高設備的生產(chǎn)效率，降低故障率。PowerFlex 系列交流變頻器堅固耐用，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)的整體特點包括以下幾方面。

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

（2）功能強大：強大的32位多處理器結構的Logix PAC控制引擎，運行實時多任務內核系統(tǒng)，結合智能化的I/O卡件和和恒定5Mbps通訊速率的ControlNet總線，實現(xiàn)現(xiàn)場一個完美的自動化控制系統(tǒng)。

易維護、易擴展：帶電插拔、在線編程、在線擴展系統(tǒng)、遠程在線組態(tài)、診斷及維護、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及自動化系統(tǒng)的實時通訊、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爐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，共分為四個部分：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)、傳動部分-運行/清門/除塵電機及變頻器、上位機（如圖3所示）。

羅克韋爾自動化集成架構使用了3層網(wǎng)絡結構：在信息層采用以太網(wǎng)（EtherNet/ IP），用于PLC和上位機之間的數(shù)據(jù)傳送和交換；在自動化和控制層采用控制網(wǎng)（Control Net），用于實現(xiàn)實時I/O控制，控制器互鎖，以及變頻器的控制等；在設備層采用設備網(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)作為整個集成架構的中樞，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算速度來控制機械設備整體工作。傳動部分-運行/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)絡與PLC連接，上位機PanelView通過以太網(wǎng)，傳感器和編碼器通過DeviceNet與PLC進行連接，實現(xiàn)了控制系統(tǒng)和各設備間的無縫集成。

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、關爐門連鎖和平煤連鎖等部分。

根據(jù)焦爐工藝互鎖在PLC編程軟件RSLogix5000中進行編程后，在系統(tǒng)各單元操作上，設置有4檔選擇開關，分別為：

（1）全自動（四大車連鎖正常情況下）；（2）單元自動（按運行條件完成單元動作）；（3）聯(lián)鎖手動（有連鎖條件，順序進行）；（4）非聯(lián)鎖手動控制（維修操作）

2.3 運行機構變頻調速

傳動部分由行走機構/清門機構/除塵風機電機及變頻器組成，其中以行走機構的電氣構成最具代表性（如圖4所示），由4臺電機拖動。行走機構在牽引驅動中負載較大，啟停頻繁，并且對于定位精度要求高，故使用變頻驅動是必然選擇。由于行走機構的平穩(wěn)運行要求變頻器間必須保持嚴格的同步運行關系，并且變頻器間的動態(tài)負載需自動平衡分配，因此兩臺變頻器采用變頻矢量閉環(huán)控制驅動方式，由一臺變頻器拖動2臺電機。同時兩臺變頻器之間采用主從閉環(huán)調速模式運行，使兩邊的轉矩輸出成一定比例，實現(xiàn)以一個傳動點為主控，另一點作為跟隨，解決傳送系統(tǒng)負載不平衡的問題，保障電機出力平衡，起制動迅速。

3 結語

隨著工業(yè)技術的不斷提高，人們對先進、高技術的設備的需求不斷增加，使得設備對自動化的程度要求也提高了。7m焦爐設備作為先進的煉焦設備，在焦化行業(yè)中起著重要作用及引領著行業(yè)的發(fā)展。文章介紹了7m焦爐四大車的構成，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的自動化產(chǎn)品在設備中的應用。

參考文獻

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