罗克韦尔产品在7m焦炉四大车的应用

宇小璞

摘 要：随着焦化行业的发展，炼焦方式的不断改进，焦炉设备逐渐向环保节能方向发展。7m焦炉设备作为焦化行业中较为先进的设備，其控制水平要求提高，精度提高，因此其对控制硬件的要求也相应提高，我们采用了先进的罗克韦尔自动化系列产品应用其上，用来满足其高控制水平、高控制精度的要求。该文简单介绍了7m焦炉四大车的功能及作用，并以推焦车为例阐述了罗克韦尔自动化ControlLogix系列PLC、PowerFlex变频器、工控机及网络在7m焦炉四大车控制系统中的应用；以及简述了罗克韦尔产品在推焦车上的功能应用。

关键词：焦炉四大车 推焦车 PLC 变频器

中图分类号：TF3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）05（c）-0097-02

太原重工是中国主要的焦炉设备生产基地，2010年太重为山东金能焦化提供了两套新研制的7m顶装式焦炉四大车设备，利用罗克韦尔的控制器和变频器实现了设备采用炉号自动识别、一次自动对位、四车联锁等先进技术，提高了焦炉的生产效率和自动化生产水平。自2011年投产以来运行状况良好。

1 焦炉四大车简介

焦炉是焦化生产的主体设备，在生产过程中需要通过外围设备来完成装煤、平煤、推焦、导焦、熄焦等工作，这些外围设备分别由装煤车、推焦车、拦焦车、熄焦车组成，即人们传统意义上说的焦炉四大车。

焦炉四大车的工作分别是[1]：

（1）推焦车。推焦车工作于焦炉机侧旁边的轨道上，由钢制车架、走行机构、推焦机构、平煤机构、开关炉门及小炉门机构和气路、电路、油路系统等部分组成。推焦车作用是摘、关机侧炉门；将炭化室内成熟的焦炭推出，通过导焦槽落到接焦车上；对机侧炉门、炉门框进行清扫和头尾焦处理；推焦时清扫炭化室顶的石墨，装煤时平煤，平煤杆进出炭化室前后启闭小炉门等。

（2）装煤车。装煤车位于焦炉顶部，主要由带有司机操作室的车架、煤斗、煤车的移动机构、导套、煤斗给煤装置、启闭装煤孔盖及炉顶清扫装置、控制部分主要由电路和液压油路等部件组成。负责从煤塔取煤和炭化室装煤作业，即在推焦车推完焦后给孔炭化室装入炼焦煤原料，并将装煤过程中从装煤孔溢出的烟气导入固定的集尘干管中。

（3）拦焦车。拦焦车运行在焦炉的焦侧，主要由启门和导焦等部分组成。拦焦车主要负责和推焦车同时工作，在推焦车推焦时，拦焦车已经开启炉门对好导焦栅，让被推出的焦炭从导焦栅内通过掉入接焦车箱内，起引导作用。

（4）熄焦车。负责配合推焦车，拦焦车工作，在推焦前和拦焦车一起对好计划炉号，将其接焦车箱对好上方拦焦车的导焦栅的出口处，在推焦时，接住焦炭。推焦完毕后，将焦炭用结焦车机车头引领接焦车箱运往湿熄焦塔或干熄焦提升塔处熄焦。

2 推焦车电气控制系统

7m焦炉四大车相对于6.25m焦炉四大车和5.5m焦炉四大车来讲，虽然整体的机械结构和电气构成基本类似，但是控制点数更多，控制精度要求更高，系统更复杂。

ControlLogix系统封装外形小巧且极具成本优势，不仅可提供离散、驱动、运动、过程和安全控制，还具有通信功能和最先进的 I/O；系统采用模块化结构，因此可以高效地进行设计、构建和修改；从而提高设备的生产效率，降低故障率。PowerFlex 系列交流变频器坚固耐用，其易用性、灵活性和极佳的性能适用于各种工业应用，且具有一系列核心特性，可帮助用户最大程度提高生产力（如图2所示）。

ControlLogix控制系统的整体特点包括以下几方面。

（1）可靠、安全（Safety）：ControlLogix控制站模块MTBF百万小时级，并且是TUV认证的SIL2安全控制系统；全冗余结构，冗余控制器，冗余电源，冗余IO网络，冗余以太网CIP网络。

（2）功能强大：强大的32位多处理器结构的Logix PAC控制引擎，运行实时多任务内核系统，结合智能化的I/O卡件和和恒定5Mbps通讯速率的ControlNet总线，实现现场一个完美的自动化控制系统。

易维护、易扩展：带电插拔、在线编程、在线扩展系统、远程在线组态、诊断及维护、集成的资产管理系统等等。

开放系统：与各种厂商的PLC及自动化系统的实时通讯、与各种专家模型系统和信息管理系统的双向、稳定高速数据连接（无需编程）。

四大车连锁和定位精度要求更高。在整个炼焦过程中，四大车通过电气控制系统相互连锁，其中最为主要的是推焦车与其他三车的连锁。由于推焦车的连锁控制系统具有代表性，因此本文以推焦车为例阐述焦炉四大车的电气控制系统。

2.1 推焦车电气控制系统组成

推焦车电气控制系统采用罗克韦尔集成架构，共分为四个部分：取炉门/小炉门传感器及推焦/平煤/清门检测编码器、控制系统、传动部分-运行/清门/除尘电机及变频器、上位机（如图3所示）。

罗克韦尔自动化集成架构使用了3层网络结构：在信息层采用以太网（EtherNet/ IP），用于PLC和上位机之间的数据传送和交换；在自动化和控制层采用控制网（Control Net），用于实现实时I/O控制，控制器互锁，以及变频器的控制等；在设备层采用设备网（DeviceNet），用于底层传感器，编码器低成本、高效率的信息集成。

在推焦车电气控制系统中，PLC控制系统作为整个集成架构的中枢，采用罗克韦尔高端可编程控制器Control Logix，通过可靠的性能和高速的运算速度来控制机械设备整体工作。传动部分-运行/清门/除尘变频器采用罗克韦尔PowerFlex工程型变频器，通过ControlNet网络与PLC连接，上位机PanelView通过以太网，传感器和编码器通过DeviceNet与PLC进行连接，实现了控制系统和各设备间的无缝集成。

2.2 推焦车的连锁控制

推焦车的连锁控制包括取炉门连锁、推焦连锁、关炉门连锁和平煤连锁等部分。

根据焦炉工艺互锁在PLC编程软件RSLogix5000中进行编程后，在系统各单元操作上，设置有4档选择开关，分别为：

（1）全自动（四大车连锁正常情况下）；（2）单元自动（按运行条件完成单元动作）；（3）联锁手动（有连锁条件，顺序进行）；（4）非联锁手动控制（维修操作）

2.3 运行机构变频调速

传动部分由行走机构/清门机构/除尘风机电机及变频器组成，其中以行走机构的电气构成最具代表性（如图4所示），由4台电机拖动。行走机构在牵引驱动中负载较大，启停频繁，并且对于定位精度要求高，故使用变频驱动是必然选择。由于行走机构的平稳运行要求变频器间必须保持严格的同步运行关系，并且变频器间的动态负载需自动平衡分配，因此两台变频器采用变频矢量闭环控制驱动方式，由一台变频器拖动2台电机。同时两台变频器之间采用主从闭环调速模式运行，使两边的转矩输出成一定比例，实现以一个传动点为主控，另一点作为跟随，解决传送系统负载不平衡的问题，保障电机出力平衡，起制动迅速。

3 结语

随着工业技术的不断提高，人们对先进、高技术的设备的需求不断增加，使得设备对自动化的程度要求也提高了。7m焦炉设备作为先进的炼焦设备，在焦化行业中起着重要作用及引领着行业的发展。文章介绍了7m焦炉四大车的构成，并通过代表性的推焦车，介绍了电气控制系统的组成，并简单阐述了罗克韦尔先进的自动化产品在设备中的应用。

参考文献

[1] 许晓燕.炼焦化工使用手册[M].北京：冶金工业出版社，1999.