7 m頂裝焦爐成套設備電控系統★

梁淑蓉

（太原重工股份有限公司技術中心， 山西　太原　030024）

生產實踐·應用技術

7 m頂裝焦爐成套設備電控系統★

梁淑蓉

（太原重工股份有限公司技術中心， 山西太原030024）

結合7m頂裝焦爐的工藝和控制要求，介紹7m頂裝焦爐設備電氣控制系統的構成、功能和特點等。7m頂裝焦爐成套設備是太原重工自主研發設計制造的大型煉焦設備，有焦爐車輛聯鎖系統、焦爐車輛自動對位系統以及帶位置檢測和記憶功能的爐門裝置，其焦爐控制系統控制精度比6m焦爐有了很大提高，達到國內先進水平。

電氣人機界面PLC以太網總線

根據國家可持續循環經濟發展戰略，我國焦爐機械裝備向大容積、環保化及智能化方向發展。太原重工通過自主創新設計開發制造了7m大容積環保型焦爐成套裝備，該裝備的電氣系統技術先進、操作方便、安全可靠、自動化水平高，已達到國內同行業先進水平。

1　設備組成和工藝

7 m頂裝焦爐成套裝備由裝煤車、推焦車、除塵攔焦車、熄焦車、干熄焦焦罐車、爐門服務車組成。裝煤車的主要功能是在焦爐爐頂的軌道上走行，將煤塔的煤運往焦爐并倒入相應的炭化室中；推焦車的主要功能是開、關機側爐門，將紅焦從焦爐炭化室推出，進行爐門和爐門框的清掃，頭尾焦的處理，機側除塵，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、裝焦側爐門，推焦時用導焦設備將紅焦炭導入熄焦車或焦罐車內，將出焦煙塵導入集塵干管，清掃爐門、爐框，處理頭尾焦等；熄焦車為一點定位熄焦車，在焦爐焦側的熄焦車軌道上運行，接運從炭化室推出來的紅焦到熄焦塔并將熄焦后的焦炭卸到焦臺上；干熄焦焦罐車的主要功能為用來接運從炭化室推出來的紅焦到干熄焦站上；爐門服務車用于爐門的維護和修理。

2　電氣系統

2.1電源供電及聯鎖

從滑線經滑觸器供給車上電源（三相AC660 V 50 Hz）[1]。在推焦車與電機車、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置滑線聯鎖。

2.2傳動系統

四大車運行機構、裝煤螺旋給料機構、焦罐旋轉機構、除塵機構均采用變頻調速，選用羅克韋爾公司的PF755系列變頻器[2]。

交流變頻調速系統通過改變電機的供電頻率來改變電機的轉速，實現無級調速，其調速范圍寬，調速速比在1∶10以上，可獲得恒定的轉矩輸出，低速時穩定運行，可實現對電機速度及方向的精確控制。系統采用能耗制動，制動時的機械能量通過電阻器快速釋放，實現機構的快速準確停車。

運行機構共有四臺電機，采用變頻調速。一臺變頻器驅動兩臺電機，在一套變頻器或電機出現故障時，另一套變頻器或電機仍能夠拖動大車運行。兩臺變頻器均采用矢量閉環控制，兩臺變頻器之間采用主從控制方式，保障電機出力均衡，配合自動定位及聯鎖系統，可實現爐號自動識別及走行自動定位。

推焦、平煤機構采用渦流調速，通過主令控制器有級給定，對推焦、平煤全過程的速度進行調節。

2.3控制系統

7m頂裝焦爐設備電氣系統為“上位人機界面+PLC現場總線+變頻傳動”組成的三級控制系統。上位人機界面監控整機的運行狀態及故障信息，實現運行狀態模擬顯示與故障自診斷。PLC通過現場總線與上位機、各機構變頻器、現場操作箱及編碼器、位移傳感器檢測元件等相連，實現控制系統之間的數據交換及整機運行的時序邏輯控制。工控機、PLC裝置采用UPS供電，UPS后備時間不小于30 min。

PLC系統采用羅克韋爾公司ControlLogix 1769系列PLC，通過PLC實現各車各機構的時序控制、邏輯控制及其運算。PLC與變頻器、機旁操作箱之間采用以太網總線通訊，PLC與編碼器、位移傳感器采用Profibus DP通訊。其特點為：減少許多硬件接線及空間，故障率低，可根據工藝要求靈活編程，便于實現各機構的電氣聯鎖，系統工作可靠。

2.3.1電氣控制系統網絡圖（見圖1）

2.3.2操作方式

操作方式有自動、手動及機旁三種操作方式。自動操作為按運行條件完成一單元動作，例如取門、推焦等；手動操作為有聯鎖條件、順序進行的手動操作；機旁操作是為車輛調試、檢修及車上突發故障而設置的必要的最簡單動作，其機構無聯鎖保護，必須在確保安全的情況下進行操作。

圖1　7 m推焦車控制系統組成

操作員主要用工控機對設備進行操作，工控機為鍵控式工控機。工控機可顯示各車輛、機構的狀態信息，例如裝煤電流、推焦電流、報警信息等顯示和記錄。工控機上還能實時顯示車輛管理系統傳給裝煤車、推焦車、攔焦車、電機車的各種信息，由人機界面和機旁現場操作箱兩種方式完成各種信號的操作和顯示。

2.3.3人機界面

人機界面用于人和機器進行交流。每臺設備的人機界面由供電總述，設備的平面布置，設備的各項功能機構、運行機構、液壓系統、潤滑系統、空調系統、報警系統、報表等畫面組成，操作員通過鍵盤進行操作。操作員在各項功能的詳細畫面中進行正常的操作和監控。為便于操作者進行操作，安裝有報警系統，可以診斷系統內發生的事件和錯誤及產生錯誤的原因和理由。相應的聯鎖信號可在總體布置界面上得以監控。

各車人機界面的功能為：裝煤車、推焦車、攔焦車、電機車模擬畫面顯示；通過觸摸屏顯示故障檢測及診斷；PLC各輸入、輸出點的狀態顯示；各機構動作的模擬顯示，例如推焦機構，畫面上顯示有推焦桿的模擬外形及當前推焦桿的位置，各限位開關的動作情況（開、閉），工作是否正常等。各分畫面之間可方便地進行切換或返回主畫面。

3　電氣系統的特點

焦爐車輛聯鎖系統、自動對位系統、帶記憶功能的爐門裝置等先進電氣技術的應用，使得7 m頂裝焦爐電氣系統的整體設計更為先進，控制精度比以往的6 m焦爐有了很大提高。

3.1焦爐車輛聯鎖系統

隨著焦爐技術的發展，焦化企業對焦爐機械設備的要求越來越高，其中很重要的一項就是焦爐設備的安全運行。焦爐車輛的安全系統由最初的滑線聯鎖發展到目前廣泛使用的四大車自動定位聯鎖系統。7 m頂裝焦爐設備四大車聯鎖系統是通過運用感應無線數據通信技術和協調計算技術實現各機車與地面中控室的數據通訊的。

3.1.1感應無線數據通信技術

感應無線數據通信是通過安裝在移動機車上的感應天線和沿機車軌道安裝的編碼電纜之間的電磁感應實現數據通信的。為保證通信數據的可靠，將地址信號與通訊信號分別調制在不同頻率，避免相互干擾，地址信號頻率為48 kHz，通訊信號頻率為79 kHz。對于檢測地址與通信，分別使用兩個天線箱，從硬件結構上將信號隔離，加強系統的穩定性。

3.1.2協調計算技術

協調計算的主要作用是將各車的位置數據及狀態信號匯總，進行相應的邏輯判斷、數據轉發、界面顯示等，同時提供數據共享接口。

各機車與地面中控室通過感應無線數據通信技術，將機車的操作信號、狀態信號（如門鉤上限、取門后限等信號）、車輛編號及所處的位置等數據發送至中控室，同時也接受中控室發送來的數據。在中控室的協調計算機接收了各機車發送來的數據（包括地址數據、操作信號、狀態信號）并進行數據處理、邏輯判斷后，將聯鎖信號、各車位置信號及相關的控制信號分別轉發給各機車，從而實現四車聯鎖控制功能。聯鎖功能包括推焦聯鎖、裝煤聯鎖、取門聯鎖、走行聯鎖、熄焦聯鎖、除塵聯鎖、防碰撞聯鎖等。在聯鎖狀態下，系統可根據各車輛與計劃爐號的中心位置的對位情況等，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操作，防止產生誤動作，出現事故。

3.2焦爐車輛自動對位系統

目前，焦化企業采用自動對位系統有碼盤+編碼器自動對位聯鎖系統、編碼電纜自動對位聯鎖系統、紅外對位聯鎖系統、激光對位聯鎖系統等。

7 m頂裝焦爐設備采用了編碼電纜自動對位聯鎖系統，利用編碼技術、位置及速度檢測技術進行長距離設備運行位置檢測、爐號識別、精確定位，可實現偏差不超過±10 mm的對位精度及焦爐各車輛間的自動走行、聯鎖對位。

自動對位系統是依靠車上位置檢測的精密地址和通信功能，通過手動輸入或自動獲取目標位置的地址，計算當前車輛的地址與目標地址的距離，根據距離的遠近，按特定的曲線函數計算當前車速，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現場工業總線通訊方式發送至變頻器，實現對變頻器的控制，使機車按不同速度移動，直至到達目標位置，停止走行，自動定位精度可達±10 mm。

3.3帶位置檢測和記憶功能的爐門裝置

焦爐機械的大型化對液壓閥在自動化、精度方面提出了愈來愈高的要求。為解決多爐門位置差異問題，在爐門取閉裝置等關鍵機構的液壓缸里內置位移傳感器，自動檢測門的傾斜度和高度，確認門的傾向、打開門閂、壓彈簧、提門等動作，完成對不同爐門位的檢測，通過在程序中處理，實現爐門的原軌跡復位，保證摘取爐門的全自動化操作運行。

4　結語

7 m頂裝焦爐成套裝備在使用、維修、環保等方面技術先進、安全可靠，能夠滿足用戶的要求。但是隨著信息化、智能化控制技術的發展，用戶對焦爐機械成套設備的控制水平提出了更高要求，7 m頂裝焦爐設備電氣控制系統在智能化方面有了極大進步，一定可以獲得越來越多用戶的認可。

[1]李發海，王巖.電機與拖動基礎[M].北京：清華大學出版社，1993.

[2]羅克韋爾（中國）有限公司.PowerFlex 755變頻器用戶手冊[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

山西省煤基重點科技攻關項目，大型現代化焦爐和裝備制造技術研發與工程示范，項目編號為MJH2014-08。

梁淑蓉（1973—），女，現從事焦爐的電氣設計工作，高級工程師。