探究焦爐推焦車電氣自動控制系統的改造設計與運用

苗長青

（承德中灤煤化工有限公司，河北 承德 067002）

某焦化廠部分推焦車電氣系統各類故障較為頻發，因電氣系統故障而影響焦爐正常生產的情況也時有發生，為此，組織技術人員對某推焦車電氣控制系統進行了相應的改造設計，有效降低了推焦車電氣系統的故障率，同時提升了設備的自動化水平，在實際生產中取得了良好的效果。

1 推焦車電氣系統概述

推焦車是由電機驅動的大型機電一體化設備，由專用滑線提供380V動力電源。生產過程中的各種操作，包括走行、摘門、掛門、推焦、平煤等全部由電機、無觸點開關、限位開關等電氣設備進行控制實現，因此，推焦車上的各種電氣設備也是非常多，而且是復雜的。總的來說，推焦車電氣系統包括走行系統、取門系統、推焦系統、平煤系統、照明系統和其他輔助系統。

2 推焦車電氣系統存在的問題

當推焦車由人工操作變為全自動操作時，對操作過程中每一步驟執行的準確性有著更加嚴格的要求，任何錯誤信號都有可能造成人身和設備的重大安全事故。這就需要全自動操作系統具有更加齊全和完善的安全保障措施，這也是系統研制成敗的關鍵。

（1）機械震動造成的無觸點開關損壞。推焦車電氣系統采用可控硅無觸點開關控制，在實際生產中，由于推焦車軌道平整度不足，推焦車往來行走和推焦時引起的震動有時會造成電氣線路和無觸點開關的損壞，使機車停電而影響生產。

（2）接觸器損壞。推焦和平煤機構的速度控制還采用較為落后的串電阻調速，為了保證工作性能，適應快節奏生產，電阻值不能選的太大，因而也造成了推焦車在推焦和平煤過程中檔位速度差別不大。這種調速方式的弊端是較為明顯的，尤其是當推焦桿或平煤桿操作結束需要停止時，只能采取反接的方式進行制動。由于推焦桿和平煤桿重量很大，動作時慣性也非常大，這種反接的方式在頻繁的制動操作下，較大的電流沖擊容易使接觸器損壞，嚴重的還會造成減速機齒輪和電機的毀壞。如此一來，既影響了正常生產，又增加了備件消耗，增加了維修成本。

（3）難以準確對位。推焦車走行機構由電機提供動力，通過減速機和傳動軸將動力傳遞至走行輪，使機車可以在軌道上往來行走。推焦車走行機構電氣控制方式為無觸點開關控制，走行速度為恒速。由于機車行駛速度較快且為恒速，在生產中需要停車對位時，在巨大的慣性作用下使得機車常常來回晃動難以準確對位，給生產帶來了很多麻煩，難以適應現代化生產的要求。并且由于機車啟停很頻繁，慣性也很大，因而也容易造成無觸點開關和機械齒輪的損壞。

3 系統構成

（1）采用感應無線通信。數據通信是全自動操作系統中的一個重要環節，其準確性、可靠性是決定該系統的成敗因素。在方案中采用新型抗干擾感應無線通信技術和設備。其通信原理為正交通信，當車載天線沿著編碼電纜移動時，在任意點上的感應信號電壓不為零，保證了通信的連續穩定。采用調頻方式（也可用調相方式），載波頻率為40KHZ～100KHZ的超長波，輻射干擾小，誤碼率優于10-6，實現了穩定可靠的通信。

（2）機車位置采用車上檢測地址方式。推焦車位置檢測過去采用由中控室檢測機車位置的模式（簡稱“地上測址”），即由中控室發送載波信號，機車接收后將位置信號返送給中控室，中控室解碼后還原出機車實際位置。該模式存在通信速率慢、檢測時間長以及不能同時檢測多臺車輛地址等缺陷。車上檢測機車位置的模式（簡稱“車上測址”），即由中控室通過載波發生器不間斷地向編碼電纜發送地址檢測用的載波信號，沿電纜方向上的所有機車可通過地址天線箱接收載波，地址檢測器以每次4ms～6ms的速度解碼還原出機車所在位置，并將地址送予車上控制器，機車直接檢測出當前地址。此模式的優勢在于：①位置檢測精度高達±5mm，且為連續的絕對地址，即使中途掉電，則復電后能立即得出當前位置，不需要參考點重新校準。可靠地實現了機車對位聯鎖控制；②編碼電纜上的多臺機車可同時檢測其自身地址，各車一次測址只需幾毫秒，它解決了地上測址模式存在的檢測周期長的缺陷；③機車不必通過與中控室（地上局）的通信就能知道自己的精確的位置（地址），提高了系統的實時性，相當于無滯后的即時位置。有了精確的即時地址，也就能精確地對機車實施令行禁止。這一點對精確定位尤其重要。因此，車上位置檢測功能是實現機車自動走行、無人駕駛的必備基礎。

（3）機車自動走行的自糾偏差數學模型。雖然具備了機車位置的高速連續測址的基礎，但如何控制推焦車行進的速度，實現機車快速、準確、連續的“自動走行”，也是實現全自動操作的一個重要而關鍵的技術環節。為此結合采用“模糊控制”算法和PID控制算法，建立了一個自動走行的自糾偏差數學模型。當系統處于自動走行狀態時，機車控制器高速循環判斷機車當前地址和計劃爐號的目標地址差值，形成地址、地址差值與機車速度之間的三維動態曲線，分析現場工況的變化、天氣因素和設備的狀態變化所產生的影響，最后向機車變頻調速機構發出行走控制指令，指揮移動機車無級（或多級）調速行駛、滑行、剎車等。萬一剎車后位置有誤差，控制器能根據其差值自動發出點動指令，驅動機車向目標地址精確定位。同時，在速度控制曲線中自動記錄其修正值，達到自適應精確自動走行的理想效果。

（4）增強系統的抗干擾能力。為了抑制環境干擾，采用高集成度的大規模CPLD器件作信號處理電路，構成對共模電磁干擾的有效抑制。它為輸入輸出可編程電路，而且可根據信號強弱自調整增益，使得系統部件少，結構緊湊，抗干擾能力更強，在大功率變頻器的電網下，也能可靠無誤地工作。

（5）采用雙PLC控制系統。綜合考慮作業的特性，對PLC控制系統進行了改進，將本系統的PLC控制器和推焦車的PLC控制器聯接在一起，利用車上測址的獨特優勢，在控制上將系統分為大、小兩個循環。大循環運行介質由地上中控室、編碼陣列、車載控制部分構成，可提供系統的聯鎖控制和完成復雜的工藝控制；小循環運行介質由車上位置檢測、車載控制中心、PLC控制器、變頻調速器等構成，可獨立完成自動走行控制的調節精度和速度，是和大循環互為補充的工藝控制。同時還增加了對機車動作的數據采集、邏輯判斷、故障診斷功能，并完善了控制程序。這一系列的改進使推焦車自動化控制程度更高，控制的穩定性更好，避免了誤操作，保障系統工作的安全性。

4 推焦車電氣自動控制系統的改造方案

（1）為解決頻繁的因機械震動和大電流沖擊而造成的可控硅無觸點開關損壞問題，電氣控制改造中采用繼電器、斷路器、接觸器代替了無觸點開關，所有電氣器材均選用進口ABB產品，保證了系統的可靠性。走行機構電氣系統采用變頻器控制，電機全部改為變頻電機，實現了機車走行的軟啟動和軟停止，減少了頻繁啟停對無觸點開關和機械齒輪等部件的損害，降低了設備故障率；機車行走可分檔控制，改善了因車輛慣性而造成的難以準確對位的問題，提高了生產效率，減少了生產事故。在過去手動操作下，由于推焦桿和平煤桿上沒有限位開關，因此，在生產中推焦桿脫位掉到焦爐的情況也時有發生。采用可編程邏輯控制器（PLC）、絕對值旋轉編碼器和渦流制動器對推焦車推焦和平煤系統進行了自動化改進，通過編碼器產生的位置碼實現對機車位移的檢測，然后經PLC譯碼、運算并產生和發出相應的控制信號和保護輸出。自動化控制系統改造采取以弱電控制強電，以系統控制取代人工機械操作的方式，減少了人為操作可能出現的失誤。在實際推焦生產中，自動控制系統設置了推焦桿前減、前停、后減、后停、爐前微速、爐前暫停等多個運行區間，當推焦桿執行某項操作，到達某個位置時，自動控制系統便會發出控制信號，控制推焦桿的運行。為了使系統運行更為可靠，還在推焦桿、平煤桿上安裝了電子式限位開關。

（2）改造應用效果。通過對推焦車電氣控制系統的改造，使推焦車走行、推焦、平煤等生產環節得到了較好的控制，提高了電氣系統運行的穩定性和推焦車的自動化控制水平，降低了人員勞動強度和可能出現的誤操作，減少了各類設備故障和生產事故的發生。

總之，推焦車電氣系統的控制開關、走行機構、推焦和平煤系統進行了相應的技術改造，使推焦車電氣系統故障率高的問題得到了較好的解決，并提高了設備的自動化水平，使其能夠繼續適應焦爐生產需要。