140t/h干熄焦控制系统及故障浅析

付正等

0 概述

140t/h干熄焦作为安钢六米焦炉的配套工程，是安钢推行清洁生产，发展循环经济的重要举措之一。提升机是用于干熄焦重要设备，它的任务是将熄焦车上装满950～1050℃红焦的焦罐提升并运行到干熄炉顶，再与装入装置配合，将红焦装入干熄炉内，然后将装完红焦的空焦罐运回熄焦车，如此循环往复的工作。

1 提升机的工作特点和要求

常规情况为单机运行，无备用车，特殊的工况要求它必须具有高的可靠性和好的可维修性：在炼焦工艺采用干熄焦技术时，通常以湿熄作为备用，要想减少对环境的污染就要尽可能少地启用湿熄装置，其办法只有一个就是提高系统的可靠性，特殊的工艺要求使提升机具有如下特点：（1）工作特别频繁，提升机的年工作日在340天以上，每天连续工作约21.5小时，完成一个工作循环的时间通常为6至8分钟，每次满负荷工作，且无备用设备，这种要求是其它任何一种起重机所没有的。（2）提升速度高，控制性能好，定位精度高，提升速度高速为20至30m/min。（3）设备与生产过程联动控制，全自动运行。

2 控制系统介绍

提升机控制系统采用了西门子400系列PLC，综合考虑系统的控制要求，设计中采用了Profibus-DP总线结构形式。双CPU热备，PLC-PLC远程控制器双缆备份。冗余实现原理：系统运行过程中两个CPU同时启动和运行，但是在正常运

行时只有主CPU发出控制命令，而从CPU检测主CPU状态和记录主CPU发出的命令，当主CPU发生故障时能够延续当时的实际状态接替主CPU发出执行命令。与主CPU通信的同步模块处于正常状态时从CPU能访问I/0模块。当系统发生特定故障时，系统可以实现主从切换，从站接替主站继续运行。

电源模块PS407分别配置于底板槽号1、10，主CPU配置于底板槽号：2，3，从CPU配置于底板槽号：11，12，Profibus-DP双总线下挂三组ET200M从站，最后由Y耦合器接至调速装置，即1#提升逆变，2#提升逆变，1#走行逆变，2#走行逆变，三组ET200M从站通过RS485中继器与车上ET200M从站进行通讯，实现在线数据交换与现场控制。

PLC与逆变器之间采用总线的方式，速度的给定，参数的切换、变频器状态的读取都是通过总线通讯的方式完成的，这种形式保证了控制系统高精度的速度给定和速度控制，同时极大地方便了控制的联锁、保护、现场的维护。

主回路电源采用380V供电系统，电气传动系统采用西门子MASTERDRIVE 6SE7系列整流回馈装置与逆变器控制方式，提升机构采用两台交流380V/355kW变频电机作为正常提升电机，走行机构采用两台交流380V/37kW变频电机作为正常走行电机，当提升或走行电机中的任何一台电机有故障时，操作人员可以随时通过提升机地面配电室的触摸屏完成单电机运行切换，保证干熄焦的稳定及为维修人员抢修赢得时间。配套的断路器、接触器、继电器和凹槽接近开关等均采用西门子和施耐德等厂家的高品质产品。电缆小车上的柔性电缆采用德国和日本进口的具有极好的耐磨、耐腐蚀、抗油性、抗扭曲及适宜露天采用的拖链专用电缆。

由于电气控制设备放置于地面，PLC需要与车上诸如限位开关、超速开关有大量的连接。为了减少电缆的施工，将大量的检测信号在车上集中处理，设计中在提升机上设置了PLC的远端模块，该远端模块将提升机上所有的控制信号集中采集，通过总线与地面PLC CPU进行信号传输，大大减少了现场电缆施工、连接的工作量，同时也提供了控制系统的紧密性和可靠性。

提升机是一个与干熄焦系统密切相关的工艺设备，与系统之间在运行时间、变速、安全联锁等方面有着很重要的联系，正确理解并处理好这些联系是关系到干熄焦系统稳定、可靠、高效运行的关键所在，也是我们需要优先关注的问题。

提升机PLC和系统EI之间的控制信号采用开关量（PLC继电器输出），例如：Q0.0，供EI提升机进线电源通；Q0.1，供EI提升机进线电源断；Q1.1，供EI提升机上升过待机位；Q2.2，供EI打开装入装置等总共47个提升机供中央PLC信号；另外，I8.0，EI预存上料位；I8.4，EI提升塔处自动提升等总共17个来自中央PLC的信号；前者参与到干熄焦系统联锁，后者参与到提升机自身系统联锁。

控制电路中，总接触器启停条件：AK1允许合闸、AK2提升、走行超极限、AK3紧急限位开关测试、AK4急停，四个继电器均处于吸合状态下，方可启动总接。此四处加上重锤限位的闭点均在控制电路中串联，同时在程序中参与联锁。

程序组成：第一部分：操作方式选择程序块，包括：车上单动FC1，换绳操作FC2，车上自动FC3，中央自动FC4。相应程序块中有满足各自操作条件的联锁控制。第二部分：数据采集FC5：采集来自提升、走行编码器的数据，分别实现提升和走行的位置检测与速度控制，供中央PLC FC6：主要包括提升机与EI系统联锁信号的具体控制，通讯控制FC7：集中处理变频器数据的读入与写出，实现变频器与PLC数据交换，公共部分FC8：动力电源、控制电源等信号的状态联锁，以及提升、走行制动器检测监视等。为维护方便，制作FC9在线监测功能块，利用SR块、C块，将影响提升机自动运行和导致总接触器断电的因素显示出来。可以实现故障记录和累积故障次数的功能，具体包括：提升、走行超极限、重锤限位、旋转限位等25处。

3 故障举例

3.1 2#焦罐车对好位、夹紧焦罐后，提升机自动不动作，操作工转入现场手动，提升机仍然不动作

原因分析及处理：检查提升机各处线路及焦罐车、电机车、APS信号传送状态，发现，2#焦罐车“焦罐有无”信号未到，现场检查看到该限位掉落，恢复后，转入中央自动后，恢复正常。

3.2 提升机提升到上限位后，自动停

原因分析及处理：提升至上限后，旋转限位上极限动作，进线电源断，说明旋转限位上极限调整距离不合适，重新调整后，正常。限位感应片位置不合适，至上限位时，感应片松动撞弯，导致上限位信号丢失。走行右限位极限常闭触头氧化，右极限信号丢失。

3.3 提升机进线电源断

原因分析及处理：提升机提升或下降过程中进线电源断。程序FC9中风速报警动作，暂时在程序中对FC6＼FC4＼FC3的风速报警进行延时处理，延时10s后，转入中央自动操作，恢复正常，同时，通知仪表维修风速报警器。

3.4 提升机自动停

原因分析及处理：提升机在走行的过程中，自动停止，伴随装入装置误动作。操作人员手动操作一炉，但手动操作不能走行，中控画面焦罐运行状态不显，提升机画面走行左定位、左停止不显，经电工送假信号处理，转入车上手动后，一切恢复正常，查找原因，发现走行旋转编码器可能存在故障，暂时在程序中FC4功能块上，删除编码器联锁控制点，转入中央自动后，恢复正常。

4 结语

干熄焦提升机PLC控制系统采用的热备配置和通讯双通道配置有效降低了设备的故障率，在维护过程中，我们应充分发挥PLC编程灵活、查找故障方便的优点，确保干熄焦系统安全、稳定、高效运行，为企业创造更多的经济效益和社会效益。

【参考文献】

[1]廖常初.S7-300/400 PLC应用技术[M].北京：机械工业出版社，2011，12.

[2]张质文.2013起重机设计手册[M].北京：中国铁道出版社.

[责任编辑：刘展]