梁淑蓉

（太原重工股份有限公司技術(shù)中心， 山西　太原　030024）

生產(chǎn)實(shí)踐·應(yīng)用技術(shù)

7 m頂裝焦?fàn)t成套設(shè)備電控系統(tǒng)★

梁淑蓉

（太原重工股份有限公司技術(shù)中心， 山西太原030024）

結(jié)合7m頂裝焦?fàn)t的工藝和控制要求，介紹7m頂裝焦?fàn)t設(shè)備電氣控制系統(tǒng)的構(gòu)成、功能和特點(diǎn)等。7m頂裝焦?fàn)t成套設(shè)備是太原重工自主研發(fā)設(shè)計(jì)制造的大型煉焦設(shè)備，有焦?fàn)t車輛聯(lián)鎖系統(tǒng)、焦?fàn)t車輛自動(dòng)對(duì)位系統(tǒng)以及帶位置檢測(cè)和記憶功能的爐門裝置，其焦?fàn)t控制系統(tǒng)控制精度比6m焦?fàn)t有了很大提高，達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。

電氣人機(jī)界面PLC以太網(wǎng)總線

根據(jù)國(guó)家可持續(xù)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略，我國(guó)焦?fàn)t機(jī)械裝備向大容積、環(huán)?；爸悄芑较虬l(fā)展。太原重工通過(guò)自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)開發(fā)制造了7m大容積環(huán)保型焦?fàn)t成套裝備，該裝備的電氣系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)、操作方便、安全可靠、自動(dòng)化水平高，已達(dá)到國(guó)內(nèi)同行業(yè)先進(jìn)水平。

1　設(shè)備組成和工藝

7 m頂裝焦?fàn)t成套裝備由裝煤車、推焦車、除塵攔焦車、熄焦車、干熄焦焦罐車、爐門服務(wù)車組成。裝煤車的主要功能是在焦?fàn)t爐頂?shù)能壍郎献咝?，將煤塔的煤運(yùn)往焦?fàn)t并倒入相應(yīng)的炭化室中；推焦車的主要功能是開、關(guān)機(jī)側(cè)爐門，將紅焦從焦?fàn)t炭化室推出，進(jìn)行爐門和爐門框的清掃，頭尾焦的處理，機(jī)側(cè)除塵，小爐門開閉、平煤、余煤處理等工作；除塵攔焦車的主要功能是取、裝焦側(cè)爐門，推焦時(shí)用導(dǎo)焦設(shè)備將紅焦炭導(dǎo)入熄焦車或焦罐車內(nèi)，將出焦煙塵導(dǎo)入集塵干管，清掃爐門、爐框，處理頭尾焦等；熄焦車為一點(diǎn)定位熄焦車，在焦?fàn)t焦側(cè)的熄焦車軌道上運(yùn)行，接運(yùn)從炭化室推出來(lái)的紅焦到熄焦塔并將熄焦后的焦炭卸到焦臺(tái)上；干熄焦焦罐車的主要功能為用來(lái)接運(yùn)從炭化室推出來(lái)的紅焦到干熄焦站上；爐門服務(wù)車用于爐門的維護(hù)和修理。

2　電氣系統(tǒng)

2.1電源供電及聯(lián)鎖

從滑線經(jīng)滑觸器供給車上電源（三相AC660 V 50 Hz）[1]。在推焦車與電機(jī)車、裝煤車之間，裝煤車與地面除塵站之間，攔焦車與地面除塵站之間設(shè)置滑線聯(lián)鎖。

2.2傳動(dòng)系統(tǒng)

四大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、裝煤螺旋給料機(jī)構(gòu)、焦罐旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、除塵機(jī)構(gòu)均采用變頻調(diào)速，選用羅克韋爾公司的PF755系列變頻器[2]。

交流變頻調(diào)速系統(tǒng)通過(guò)改變電機(jī)的供電頻率來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，其調(diào)速范圍寬，調(diào)速速比在1∶10以上，可獲得恒定的轉(zhuǎn)矩輸出，低速時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)速度及方向的精確控制。系統(tǒng)采用能耗制動(dòng)，制動(dòng)時(shí)的機(jī)械能量通過(guò)電阻器快速釋放，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的快速準(zhǔn)確停車。

運(yùn)行機(jī)構(gòu)共有四臺(tái)電機(jī)，采用變頻調(diào)速。一臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)電機(jī)，在一套變頻器或電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，另一套變頻器或電機(jī)仍能夠拖動(dòng)大車運(yùn)行。兩臺(tái)變頻器均采用矢量閉環(huán)控制，兩臺(tái)變頻器之間采用主從控制方式，保障電機(jī)出力均衡，配合自動(dòng)定位及聯(lián)鎖系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)爐號(hào)自動(dòng)識(shí)別及走行自動(dòng)定位。

推焦、平煤機(jī)構(gòu)采用渦流調(diào)速，通過(guò)主令控制器有級(jí)給定，對(duì)推焦、平煤全過(guò)程的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2.3控制系統(tǒng)

7m頂裝焦?fàn)t設(shè)備電氣系統(tǒng)為“上位人機(jī)界面+PLC現(xiàn)場(chǎng)總線+變頻傳動(dòng)”組成的三級(jí)控制系統(tǒng)。上位人機(jī)界面監(jiān)控整機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)及故障信息，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)模擬顯示與故障自診斷。PLC通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線與上位機(jī)、各機(jī)構(gòu)變頻器、現(xiàn)場(chǎng)操作箱及編碼器、位移傳感器檢測(cè)元件等相連，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換及整機(jī)運(yùn)行的時(shí)序邏輯控制。工控機(jī)、PLC裝置采用UPS供電，UPS后備時(shí)間不小于30 min。

PLC系統(tǒng)采用羅克韋爾公司ControlLogix 1769系列PLC，通過(guò)PLC實(shí)現(xiàn)各車各機(jī)構(gòu)的時(shí)序控制、邏輯控制及其運(yùn)算。PLC與變頻器、機(jī)旁操作箱之間采用以太網(wǎng)總線通訊，PLC與編碼器、位移傳感器采用Profibus DP通訊。其特點(diǎn)為：減少許多硬件接線及空間，故障率低，可根據(jù)工藝要求靈活編程，便于實(shí)現(xiàn)各機(jī)構(gòu)的電氣聯(lián)鎖，系統(tǒng)工作可靠。

2.3.1電氣控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖（見(jiàn)圖1）

2.3.2操作方式

操作方式有自動(dòng)、手動(dòng)及機(jī)旁三種操作方式。自動(dòng)操作為按運(yùn)行條件完成一單元?jiǎng)幼?，例如取門、推焦等；手動(dòng)操作為有聯(lián)鎖條件、順序進(jìn)行的手動(dòng)操作；機(jī)旁操作是為車輛調(diào)試、檢修及車上突發(fā)故障而設(shè)置的必要的最簡(jiǎn)單動(dòng)作，其機(jī)構(gòu)無(wú)聯(lián)鎖保護(hù)，必須在確保安全的情況下進(jìn)行操作。

圖1　7 m推焦車控制系統(tǒng)組成

操作員主要用工控機(jī)對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作，工控機(jī)為鍵控式工控機(jī)。工控機(jī)可顯示各車輛、機(jī)構(gòu)的狀態(tài)信息，例如裝煤電流、推焦電流、報(bào)警信息等顯示和記錄。工控機(jī)上還能實(shí)時(shí)顯示車輛管理系統(tǒng)傳給裝煤車、推焦車、攔焦車、電機(jī)車的各種信息，由人機(jī)界面和機(jī)旁現(xiàn)場(chǎng)操作箱兩種方式完成各種信號(hào)的操作和顯示。

2.3.3人機(jī)界面

人機(jī)界面用于人和機(jī)器進(jìn)行交流。每臺(tái)設(shè)備的人機(jī)界面由供電總述，設(shè)備的平面布置，設(shè)備的各項(xiàng)功能機(jī)構(gòu)、運(yùn)行機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)、報(bào)表等畫面組成，操作員通過(guò)鍵盤進(jìn)行操作。操作員在各項(xiàng)功能的詳細(xì)畫面中進(jìn)行正常的操作和監(jiān)控。為便于操作者進(jìn)行操作，安裝有報(bào)警系統(tǒng)，可以診斷系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生的事件和錯(cuò)誤及產(chǎn)生錯(cuò)誤的原因和理由。相應(yīng)的聯(lián)鎖信號(hào)可在總體布置界面上得以監(jiān)控。

各車人機(jī)界面的功能為：裝煤車、推焦車、攔焦車、電機(jī)車模擬畫面顯示；通過(guò)觸摸屏顯示故障檢測(cè)及診斷；PLC各輸入、輸出點(diǎn)的狀態(tài)顯示；各機(jī)構(gòu)動(dòng)作的模擬顯示，例如推焦機(jī)構(gòu)，畫面上顯示有推焦桿的模擬外形及當(dāng)前推焦桿的位置，各限位開關(guān)的動(dòng)作情況（開、閉），工作是否正常等。各分畫面之間可方便地進(jìn)行切換或返回主畫面。

3　電氣系統(tǒng)的特點(diǎn)

焦?fàn)t車輛聯(lián)鎖系統(tǒng)、自動(dòng)對(duì)位系統(tǒng)、帶記憶功能的爐門裝置等先進(jìn)電氣技術(shù)的應(yīng)用，使得7 m頂裝焦?fàn)t電氣系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)更為先進(jìn)，控制精度比以往的6 m焦?fàn)t有了很大提高。

3.1焦?fàn)t車輛聯(lián)鎖系統(tǒng)

隨著焦?fàn)t技術(shù)的發(fā)展，焦化企業(yè)對(duì)焦?fàn)t機(jī)械設(shè)備的要求越來(lái)越高，其中很重要的一項(xiàng)就是焦?fàn)t設(shè)備的安全運(yùn)行。焦?fàn)t車輛的安全系統(tǒng)由最初的滑線聯(lián)鎖發(fā)展到目前廣泛使用的四大車自動(dòng)定位聯(lián)鎖系統(tǒng)。7 m頂裝焦?fàn)t設(shè)備四大車聯(lián)鎖系統(tǒng)是通過(guò)運(yùn)用感應(yīng)無(wú)線數(shù)據(jù)通信技術(shù)和協(xié)調(diào)計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)各機(jī)車與地面中控室的數(shù)據(jù)通訊的。

3.1.1感應(yīng)無(wú)線數(shù)據(jù)通信技術(shù)

感應(yīng)無(wú)線數(shù)據(jù)通信是通過(guò)安裝在移動(dòng)機(jī)車上的感應(yīng)天線和沿機(jī)車軌道安裝的編碼電纜之間的電磁感應(yīng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的。為保證通信數(shù)據(jù)的可靠，將地址信號(hào)與通訊信號(hào)分別調(diào)制在不同頻率，避免相互干擾，地址信號(hào)頻率為48 kHz，通訊信號(hào)頻率為79 kHz。對(duì)于檢測(cè)地址與通信，分別使用兩個(gè)天線箱，從硬件結(jié)構(gòu)上將信號(hào)隔離，加強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3.1.2協(xié)調(diào)計(jì)算技術(shù)

協(xié)調(diào)計(jì)算的主要作用是將各車的位置數(shù)據(jù)及狀態(tài)信號(hào)匯總，進(jìn)行相應(yīng)的邏輯判斷、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、界面顯示等，同時(shí)提供數(shù)據(jù)共享接口。

各機(jī)車與地面中控室通過(guò)感應(yīng)無(wú)線數(shù)據(jù)通信技術(shù)，將機(jī)車的操作信號(hào)、狀態(tài)信號(hào)（如門鉤上限、取門后限等信號(hào)）、車輛編號(hào)及所處的位置等數(shù)據(jù)發(fā)送至中控室，同時(shí)也接受中控室發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)。在中控室的協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)接收了各機(jī)車發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)（包括地址數(shù)據(jù)、操作信號(hào)、狀態(tài)信號(hào)）并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、邏輯判斷后，將聯(lián)鎖信號(hào)、各車位置信號(hào)及相關(guān)的控制信號(hào)分別轉(zhuǎn)發(fā)給各機(jī)車，從而實(shí)現(xiàn)四車聯(lián)鎖控制功能。聯(lián)鎖功能包括推焦聯(lián)鎖、裝煤聯(lián)鎖、取門聯(lián)鎖、走行聯(lián)鎖、熄焦聯(lián)鎖、除塵聯(lián)鎖、防碰撞聯(lián)鎖等。在聯(lián)鎖狀態(tài)下，系統(tǒng)可根據(jù)各車輛與計(jì)劃爐號(hào)的中心位置的對(duì)位情況等，正確判斷是否滿足推焦、裝煤等條件，若條件不足則不能啟動(dòng)操作，防止產(chǎn)生誤動(dòng)作，出現(xiàn)事故。

3.2焦?fàn)t車輛自動(dòng)對(duì)位系統(tǒng)

目前，焦化企業(yè)采用自動(dòng)對(duì)位系統(tǒng)有碼盤+編碼器自動(dòng)對(duì)位聯(lián)鎖系統(tǒng)、編碼電纜自動(dòng)對(duì)位聯(lián)鎖系統(tǒng)、紅外對(duì)位聯(lián)鎖系統(tǒng)、激光對(duì)位聯(lián)鎖系統(tǒng)等。

7 m頂裝焦?fàn)t設(shè)備采用了編碼電纜自動(dòng)對(duì)位聯(lián)鎖系統(tǒng)，利用編碼技術(shù)、位置及速度檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行長(zhǎng)距離設(shè)備運(yùn)行位置檢測(cè)、爐號(hào)識(shí)別、精確定位，可實(shí)現(xiàn)偏差不超過(guò)±10 mm的對(duì)位精度及焦?fàn)t各車輛間的自動(dòng)走行、聯(lián)鎖對(duì)位。

自動(dòng)對(duì)位系統(tǒng)是依靠車上位置檢測(cè)的精密地址和通信功能，通過(guò)手動(dòng)輸入或自動(dòng)獲取目標(biāo)位置的地址，計(jì)算當(dāng)前車輛的地址與目標(biāo)地址的距離，根據(jù)距離的遠(yuǎn)近，按特定的曲線函數(shù)計(jì)算當(dāng)前車速，即走行變頻器的輸出頻率值，將此頻率值和走行控制命令通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線通訊方式發(fā)送至變頻器，實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的控制，使機(jī)車按不同速度移動(dòng)，直至到達(dá)目標(biāo)位置，停止走行，自動(dòng)定位精度可達(dá)±10 mm。

3.3帶位置檢測(cè)和記憶功能的爐門裝置

焦?fàn)t機(jī)械的大型化對(duì)液壓閥在自動(dòng)化、精度方面提出了愈來(lái)愈高的要求。為解決多爐門位置差異問(wèn)題，在爐門取閉裝置等關(guān)鍵機(jī)構(gòu)的液壓缸里內(nèi)置位移傳感器，自動(dòng)檢測(cè)門的傾斜度和高度，確認(rèn)門的傾向、打開門閂、壓彈簧、提門等動(dòng)作，完成對(duì)不同爐門位的檢測(cè)，通過(guò)在程序中處理，實(shí)現(xiàn)爐門的原軌跡復(fù)位，保證摘取爐門的全自動(dòng)化操作運(yùn)行。

4　結(jié)語(yǔ)

7 m頂裝焦?fàn)t成套裝備在使用、維修、環(huán)保等方面技術(shù)先進(jìn)、安全可靠，能夠滿足用戶的要求。但是隨著信息化、智能化控制技術(shù)的發(fā)展，用戶對(duì)焦?fàn)t機(jī)械成套設(shè)備的控制水平提出了更高要求，7 m頂裝焦?fàn)t設(shè)備電氣控制系統(tǒng)在智能化方面有了極大進(jìn)步，一定可以獲得越來(lái)越多用戶的認(rèn)可。

[1]李發(fā)海，王巖.電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)[M].北京：清華大學(xué)出版社，1993.

[2]羅克韋爾（中國(guó)）有限公司.PowerFlex 755變頻器用戶手冊(cè)[Z].北京，2015.

（編輯：胡玉香）

The Electric Control System of the 7m Coke Oven Equipment

LIANG Shurong
（Technical Center of Taiyuan Heavy Industry Co.，Ltd.，Taiyuan Shanxi 030024）

Combining with the 7 m top loading process and control requirement of the coke oven，this paper briefly introduces the 7 m coke oven equipment composition，functions and features of electric control system，etc.The 7 m coke oven equipment is the Taiyuan Heavy Industry independent research and development design of large metallurgical equipment，including coke oven vehicles interconnection system，automatic registration system of coke oven vehicles，position detection and memory function furnace equipment，and its control system got more improvement that that of 6 m coke oven，which achieved domestic level.

electric，HMI，PLC，Ethernet

TQ520.5

A

1672-1152（2016）04-0078-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.04.27

2016-06-14

山西省煤基重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目，大型現(xiàn)代化焦?fàn)t和裝備制造技術(shù)研發(fā)與工程示范，項(xiàng)目編號(hào)為MJH2014-08。

梁淑蓉（1973—），女，現(xiàn)從事焦?fàn)t的電氣設(shè)計(jì)工作，高級(jí)工程師。