羅克韋爾產(chǎn)品在7m焦?fàn)t四大車的應(yīng)用

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?fàn)t設(shè)備逐漸向環(huán)保節(jié)能方向發(fā)展。7m焦?fàn)t設(shè)備作為焦化行業(yè)中較為先進的設(shè)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(yīng)提高，我們采用了先進的羅克韋爾自動化系列產(chǎn)品應(yīng)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?fàn)t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(luò)在7m焦?fàn)t四大車控制系統(tǒng)中的應(yīng)用；以及簡述了羅克韋爾產(chǎn)品在推焦車上的功能應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：焦?fàn)t四大車 推焦車 PLC 變頻器

中圖分類號：TF3 文獻標(biāo)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?fàn)t設(shè)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?fàn)t四大車設(shè)備，利用羅克韋爾的控制器和變頻器實現(xiàn)了設(shè)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(shù)，提高了焦?fàn)t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?fàn)t四大車簡介

焦?fàn)t是焦化生產(chǎn)的主體設(shè)備，在生產(chǎn)過程中需要通過外圍設(shè)備來完成裝煤、平煤、推焦、導(dǎo)焦、熄焦等工作，這些外圍設(shè)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?fàn)t四大車。

焦?fàn)t四大車的工作分別是[1]：

（1）推焦車。推焦車工作于焦?fàn)t機側(cè)旁邊的軌道上，由鋼制車架、走行機構(gòu)、推焦機構(gòu)、平煤機構(gòu)、開關(guān)爐門及小爐門機構(gòu)和氣路、電路、油路系統(tǒng)等部分組成。推焦車作用是摘、關(guān)機側(cè)爐門；將炭化室內(nèi)成熟的焦炭推出，通過導(dǎo)焦槽落到接焦車上；對機側(cè)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b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?fàn)t頂部，主要由帶有司機操作室的車架、煤斗、煤車的移動機構(gòu)、導(dǎo)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(zé)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(dǎo)入固定的集塵干管中。

（3）攔焦車。攔焦車運行在焦?fàn)t的焦側(cè)，主要由啟門和導(dǎo)焦等部分組成。攔焦車主要負責(zé)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(dǎo)焦柵，讓被推出的焦炭從導(dǎo)焦柵內(nèi)通過掉入接焦車箱內(nèi)，起引導(dǎo)作用。

（4）熄焦車。負責(zé)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(dǎo)焦柵的出口處，在推焦時，接住焦炭。推焦完畢后，將焦炭用結(jié)焦車機車頭引領(lǐng)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?fàn)t四大車相對于6.25m焦?fàn)t四大車和5.5m焦?fàn)t四大車來講，雖然整體的機械結(jié)構(gòu)和電氣構(gòu)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(fù)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(qū)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(jié)構(gòu)，因此可以高效地進行設(shè)計、構(gòu)建和修改；從而提高設(shè)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(yīng)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(jié)構(gòu)，冗余控制器，冗余電源，冗余IO網(wǎng)絡(luò)，冗余以太網(wǎng)CIP網(wǎng)絡(luò)。

（2）功能強大：強大的32位多處理器結(jié)構(gòu)的Logix PAC控制引擎，運行實時多任務(wù)內(nèi)核系統(tǒng)，結(jié)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?fàn)t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(gòu)，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(gòu)使用了3層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：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(shè)備層采用設(shè)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(gòu)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(shè)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(luò)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(shè)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(guān)爐門連鎖和平煤連鎖等部分。

根據(jù)焦?fàn)t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(shè)置有4檔選擇開關(guān)，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(gòu)變頻調(diào)速

傳動部分由行走機構(gòu)/清門機構(gòu)/除塵風(fēng)機電機及變頻器組成，其中以行走機構(gòu)的電氣構(gòu)成最具代表性（如圖4所示），由4臺電機拖動。行走機構(gòu)在牽引驅(qū)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(qū)動是必然選擇。由于行走機構(gòu)的平穩(wěn)運行要求變頻器間必須保持嚴(yán)格的同步運行關(guān)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(qū)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(diào)速模式運行，使兩邊的轉(zhuǎn)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(jié)語

隨著工業(yè)技術(shù)的不斷提高，人們對先進、高技術(shù)的設(shè)備的需求不斷增加，使得設(shè)備對自動化的程度要求也提高了。7m焦?fàn)t設(shè)備作為先進的煉焦設(shè)備，在焦化行業(yè)中起著重要作用及引領(lǐng)著行業(yè)的發(fā)展。文章介紹了7m焦?fàn)t四大車的構(gòu)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(shè)備中的應(yīng)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.