安钢140T干熄焦提升机控制系统浅析

连 亮 王彦华 李运娥

（安阳钢铁集团公司焦化厂，河南 安阳 455004）

1 前言

干熄焦提升机是干熄焦装置的主要设备之一，其主要工作流程是将装满红焦的焦罐通过提升井架提升至干熄炉顶框架平行位，并横移至干熄炉炉顶与装入装置相配合将红热焦炭装入干熄炉内，装完红焦后再将空焦罐放回运载电机车上。在整个过程中主要由PLC控制变频器驱动主提升电机及走行电机工作，并其他设备联动运行完成焦罐的提升、横移、装入动作安钢140T干熄焦采用了国内流行的设备布局，干熄炉建在焦炉端台外侧，提升井架跨越熄焦车轨道两侧采用直接提升方式。

2 控制系统概述

提升机控制分为中央自动、车上自动和车上手动三种方式。三种方式在提升机顶部司机室可以实现切换。在一般正常情况下系统处于中央自动模式下，提升机的提升装置在PLC程序控制下按预定的速度曲线，完成挂钩、焦罐离车，经一系列的加减速动作将焦罐提升到顶部。走行装置也是在PLC的控制下将焦罐车按预定的速度曲线进行控制，使得焦罐车安全的运到干熄炉的顶部并准确定位。在焦罐向干熄炉顶部移动的同时，提升机PLC系统会给装入装置及干熄焦主控PLC系统发出同步动作信号。控制自动打开干熄炉盖和炉顶除尘阀门，除尘风机的转速也处于高速状态下，使得干熄炉口的压力为负压，防止粉尘的外逸和空气进入干熄炉里。等到干熄炉盖完全打开后，提升机再将焦罐按预定的速度曲线，放在干熄炉顶部。焦罐到位后，其底门靠自身重力自动打开，向干熄炉的预存段装入红焦。装焦完毕后提升机PLC系统在收到装入装置及干熄焦主控PLC反馈的干熄炉盖、炉顶除尘阀门关闭等信号后。控制提升装置、走行装置又按预定的速度曲线，将空焦罐送回到正在电机车上等待的台车上，从而完成一个装焦过程的循环。提升装置、走行装置的卷上、卷下以及走行控制，由现场设备上安装的编码器检测其移动的位置，同时发给对应的西门子变频器和PLC，经过PLC的计算后，给定变频器加减速及定位指令。

3 PLC系统组成

提升机的控制系统核心采用了西门子S7-400H冗余系统，由CPU414-4H组成双机热备。无故障时两个子单元都处于运行状态，在发生故障时无扰动地自动切换，每一个子单元能独立完成整个过程的控制。两个中央控制器通过光缆和冗余模块互连，在真正实现了实时数据传输，确保双CPU程序的完全一致。当控制程序发生改变时，可以自动完成程序下装功能，以满足控制的稳定及可靠性需求。另外，在提升机顶部司机室设有E200M远程I/O站，负责将提升机上所有的检测信号集中采集，并通过PROFIBUS-DP总线与远方提升机控制柜的CPU模块进行信号传输。提升机控制系统由两层构成：上层为综合监控系统，主要元件为工业触摸屏，通过PROFIBUS总线与PLC通讯，完成状态的图形显示及参数的设定，司机室和提升机PLC控制柜板上各设一个。同时也可以使用笔记本电脑通过5516网卡使用MPI数据线与CPU通讯，以便随时连接和监控系统状态；下层为控制层，正常情况下提升机处于自动运行状态无人值守，要求动作全部自动完成，并且要求保持一定的生产节奏。其程序控制主要为顺序控制及相关的联锁控制，由于提升机要配合电机车、APS定位装置、牵引装置、装入装置一起工作，所以相关的联锁条件是必不可少的。提升机在提升和下降运行的过程中，采用多次速度变化的方法，主要目的是减小设备冲击和提高运行节奏。既可以提高一定的效率，又可以减小冲击及保证定位的精度。安装在提升井架与干息炉顶部框架上的位置检测开关以及安装在提升、走行电机轴上的速度编码器。通PROFIBUS-DP总线与变频调速器及可编程控制器进行实时数据通讯.系统程序通过位置信号及提升机提升井侧、熄焦室侧判断条件，选择不同的速度选择方法。并输出用于行走、提升控制的速度信号通过数据总线传送到相应的变频调速器.相应的变频调速器再分别驱动走行、提升电机及制动单元，从而构成速度闭环控制回路。

4 变频驱动系统

安钢140T干熄焦提升机提升电机和走行电机变频控制装置选用西门子公司的6SE7系列逆变装置，通过公共直流母线挂在整流回馈单元AFE(6SE7041-0EH85-1AA0)，实现电动机回馈制动功能。控制系统与变频装置之间通过Y型连接器与Profibus-DP总线进行通讯。AFE为整流回馈单元，其主要功能有：通过控制能量流向，把进线侧3相交流电源转化为规定的直流母线电压；通过控制变压器把进线侧3相交流电源转化为交流115V控制电源。在RGU中功率元件采用IGBT。RGU可以工作在3种模式：电动状态，控制IGBT导通调节电压和电流，使电流由交流侧流向直流母线侧；再生状态，控制IGBT导通调节电压和电流，使电流由直流母线侧流向交流侧；二极管整流桥模式，RGU不调节电压和电流，功率元件工作在二极管整流桥模式，电流从交流侧流向直流母线侧。功率范围广，性能强大；灵活性使复杂的应用简单化；高度集成，支持多种通讯协议的网络结构；优化的功率模块结构设计减小高次协波，反射波及控制干扰；紧凑的设计节省安装空间。并且本系列产品拥有力矩校验功能，可以使变频器在位能性负载的提升过程中与机械抱闸动作良好配合，防止出现溜车及电机堵转电流过大的情况，对机械及电气设备的使用寿命都有好处。当变频器在提升设备应用力矩校验功能时，变频器收到运行命令后，变频器首先快速建立磁通，输出转矩，在确认输出转矩存在的情况下，发出释放抱闸信号，在停车的过程中，首先使变频器进入其悬停状态，也就是说在变频器收到停车命令后，变频器减速到零速并可以在机械抱闸不动作的条件下维持零速的功能，在变频器进入悬停状态后，变频器输出控制抱闸闭合，然后撤销输出转矩。并且在力矩校验功能启用的条件下，变频器自动启用下列功能：溜钩保护、速度偏离保护（失速保护）、输出缺相保护和编码器丢失保护。使用力矩校验功能可以较为简单的实现变频器带电机作为提升设备的应用。本次140T干熄焦工程提升机变频器主要采用端子控制方式，通讯功能作为读取变频器数据使用。走行变频器预设两档速度，提升变频器预设三档速度，根据不同的阶段给出提升和走行的不同速度选择。变频器启动、方向及速度选择信号由继电器给出，抱闸控制由变频器本身完成。提升机提升走行变频装置采用带有速度传感器的矢量控制方式，速度控制具有良好的精度和稳定性。启动制动性能好，可以在短时间完成零速到额定转速的启动过程或由额定转速减小到零速的制动过程，减少启动制动时间，有利于适应生产节奏的要求。

5 结语

干熄焦提升机电气控制系统，采用了西门子先进的全数字矢量型交流变频调速装置与PLC的相互结合使用。并且PLC的CPU与通信I/O都使用了冗余控制技术，大大提高了系统的可靠性和稳定性。对位控制采用的是绝对值编码器，定位准确，精度很高，能满足干熄焦的工艺的要求。该控制系统装置具有结构简单、操作方便、运行可靠，调速性能良好等优点。从2009年6月运行至今控制系统本身未出现任何故障问题，有力的对此进行了验证。

[1]潘立慧,魏松波等.干熄焦技术[J].冶金工业出版社,2005.02.

[2]孙学为.干熄焦新技术新工艺与设备状态维护及检修实用手册 [J].北方工业出版社，2007.10.