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0引言

近年來，冶金工業的發展帶動了煉焦行業的進步，煉焦過程生產產品種類較多，能回收焦爐煤氣作為氣體染料，焦炭主要用于冶金工業，煉焦工業的地位在煤綜合利用方面日益提高。焦爐機械設備主要由裝煤車、推焦車、電機車等單體設備組成。工作環境的惡劣導致四大機車準確定位不易達到，焦化廠溫度高、腐蝕性氣體嚴重，對設備保養要求較高，爐體沉重，運行時對軌道、機械設備強度有很高要求，為保證生產安全高效，應重點研究焦爐機械設備控制系統技術，提高焦爐生產效率。

1系統總體設計分析

焦爐由70孔構成，企業通常采用兩個焦爐公用一個裝煤塔，焦爐車在軌道上行走要頻繁走行，使焦爐機車高效率運行自動精準停車是連鎖自動控制系統的重點技術。我國在煉焦行業自動化控制管理方面較為落后。部分焦化廠焦爐車運行方面仍停留在人工操作階段，原始的焦爐機車連鎖對位系統中存在嚴重的安全隱患。系統分層設計是現代工業自動控制系統在設計中常采用的方法，將系統中不同功能子模塊按其相互作用與聯系進行層次化分類，焦爐四大機車連鎖控制系統包含內容范圍廣，層次化設計易于掌握系統主體，有利于系統的模塊化。四大車連鎖控制系統由主控室、推焦車、裝煤車、攔焦車、熄焦車與無線通訊網絡五部分組成。機車控制器是機車內控體系，精確對正子系統實現四大機車自動行走、精準對正等操作。管理層位于系統頂端，主要功能是采集與分發四大機車各項數據，分析判斷匯總信息。主控程序與生產計劃相結合，實現全方位立體的管理控制。在設計中要綜合考慮多種影響因素，可采用基于數據庫的管控模型，每個模塊有相應的數據庫支持。控制層是四大機車連鎖控制系統的主體，負責系統狀態信息，執行系統控制命令。機車控制器是控制層的核心，負責與各子系統相互溝通，接受鍵盤的輸入控制。對主控計算機傳來的命令進行執行操作，控制機車運動。

2連鎖控制系統簡介

焦爐車連鎖是保障機車安全操作的必要條件，其取門過程連鎖包括推焦車取門連鎖及攔焦車取門連鎖。推焦過程連鎖分兩級，裝煤平煤過程連鎖分為開蓋連鎖、裝煤連鎖、平煤連鎖與取煤連鎖。焦爐生產有嚴格的生產工藝，生產優質煤炭要合理控制煤的配比與按時出焦等因素，四大車因視線被建筑遮擋，不利于安全操作，裝煤車與平煤機構需對同一爐號進行定位操作。煉焦過程中，機車相互連鎖，推焦車是焦爐設備的重要組成，主要工作是將成熟的焦炭推出爐室，其作業性質不同可分為走行與停止后作業。推焦車連鎖控制系統采用西門子高端可編程控制器S7-400PLC，實時傳送顯示各控制信息。使用前需先用STEP7編程軟件進行組態。推焦車控制部分采用具有DP接口的CPU414—3DP模塊，總線采用Profibus-DP總線，檢測部分采用接近開關、油缸MTS傳感器與倍加福編碼器。液壓站與操作臺分別設分布式I/O分站[1]。

通過兩芯電纜將設備控制部分連接，焦爐車動力與控制回路遍布車上各部分，為縮小安全空間，降低故障率，提高抗干擾能力與控制精度，應采用現場總線技術。生產管理協調技術包括上位機管理及四大機車車生產調度，系統由中控室、推攔焦車、裝煤車、等控制網絡共同組成系統過程自動化級網絡。焦爐機械控制系統需采用網絡結構化設計，中控室配備上位機與PLC，上位機以網絡數據為接口，監控四大機車運行狀態，同時完成執行推焦，裝煤計劃，包括事件記錄、操作引導等功能。PLC完成與四大機車間的數據采集、傳送任務。推焦車設備體積大，頻繁啟動停車，對減速沖擊較大，應盡量使用啟動停止柔和，采用圓弧減速可有效緩解此問題，走行操作由朱令控制器完成，現采用Profibus-DP總線，傳輸給變頻裝置的是連續數字信號，加減速均勻，提高了生產效率。推焦車前段距離爐體較近，連鎖條件必須滿足，主令置零是保護車體突然斷電情況下主令不在零位，防止突然上電機車自己行走。機車24小時工作，安全行車十分重要，行走時要先按下預警按鈕進行行走預報警，走行時通過工業電視監視屏密切監視車輛及人身安全。推焦設有維修、自動與手動三種控制方式，推焦系統在操作臺上設有緊急推焦轉換開關。

只有緊急情況下方可使用。手動推焦通過操作臺的推焦主令，實現推焦桿的啟動、停止功能，自動方式推焦自動實現推焦桿向前至爐前暫停，待得到連鎖信號后，自動返回至定位置停止。推焦桿是推焦車的核心部件，在推焦中的作用巨大。推焦桿要進出高溫爐膛，其可靠性控制是推焦車的重點核心。推焦桿控制保證推焦桿完全推焦出爐，推不動焦炭不允許，原推焦采用串電阻調速。其控制精度差，操作人員需格外注意。采用變頻調速控制精度高，精準定位同時產生大的扭矩，為整車自動化奠定基礎。

3定位系統設計

焦爐機車每個工作點都安裝有碼牌，地址碼與校驗碼由動作指令發送到焦爐機車后，焦爐機車向目標位置移動。PLC讀出距離后發送速度指令，機車行進到目標碼牌附近，實現精確定位。機車經某一碼牌時，譯碼器譯出碼牌號，系統接受BCD碼牌號轉化為行程。機車定位過程分為粗定位階段與精定位階段。設計中對不同工作的兩個傳動機構，采用兩機構同用一臺變頻器，網絡中斷情況下要求切換到端子給定控制。方案采用基于SIMOLINK光纖網主從通信，避免產生啃軌震動現象。主裝置包括正常速度環與電流環。從裝置接受主裝置速度環輸出作為電流環給定。采用轉矩限幅方式，主從速度給定與實際值波動小，調節從裝置的制動電流，如過小，從裝置轉矩減小，在調節時需反復測試。采用主從控制方案較佳。焦爐機車與爐門間距大于350MM時，機車傳動走行轉動一圈，脈沖編碼器輸出脈沖數到PLC，得出機車實際位移及機車距目標位置距離。經公式轉換后發送到變頻器作當前頻率設定值。焦爐車長期運行會出現軌道形變等問題，導致粗定位位置測量出現誤差，因此需設計精定位控制。交流機車以較慢速度進入目標爐號識別碼牌區域，碼牌識別設置內廣電傳感器發出的廣電信號因受碼牌遮擋無法接受，導致接受廣電信號狀態變化，將狀態發送至PLC，識別出以二進制編碼的爐號。保證每個碼牌長度為350MM，剩余目標距離作為速度設定值發送到變頻器，速度逐漸減小到零。以實現精準定位。粗定位階段，動輪編碼器轉一圈輸出3600個固定脈沖，PLC根據單位脈沖對應距離乘以累積脈沖數的得到焦爐機車當前實際位移值，得出當前粗定位階段剩余距離。接車移動到距離目標位置約350MM處完成粗定位階段的控制任務。精定位階段依靠碼牌識別爐號，將焦爐機車到達碼牌邊緣時刻作為觸發條件校正剩余目標距離，精定位階段要實現目標位置的精準讀取判斷，完成機車定位的準確快速停車。精定位階段將剩余目標距離作為頻率設定值，目標距小于200mm時，采用最小速度限定法，此時機車隨時準備停止。焦爐機車越過預定碼牌時系統自動調整速度方向值，反復三次以上尋找失敗，系統確認定位失敗執行自動停車。

4結語

本文研究設計了焦爐機械設備控制系統機車定位與連鎖控制重點技術，完成了爐號的自動識別、機車的連鎖控制、實現了機車與中控室間無線通訊功能，實現了上位機管理系統等功能。本次設計系統能適應焦爐生產現場的惡劣環境，操作簡單方便，滿足了用戶需求。解決了一直依賴于國外產品的問題。

參考文獻：

[1]葉喆彧.焦爐機械設備控制系統中的關鍵技術分析[J].企業技術開發，2014，33（15）：22-23.

[2]聶鳳軍.焦爐機械設備控制系統關鍵技術的研究[D].大連海事大學，2012.

作者:謝佳文 單位:蘭州交通大學