焦化厂自动配煤控制系统的应用探究

刘传勋

摘 要：本文主要对焦化厂自动配煤的特性和需求进行分析，指出配煤系统的具体组成，对自动配煤系统的实现进行重点介绍，分析设备运行中出现的典型故障并给出了具体的处理方案。焦化厂自动配煤控制系统具有精度高、安全稳定、全自动化的特性，能大幅降低配煤的成本。

关键词：自动配煤系统；精度高；安全稳定

焦炭在很多领域具有还原剂、热源与骨架的功能，生产焦炭的过程中通常将气煤、肥煤、焦煤、瘦煤4种煤通过一定的配比合成混合煤后在焦炉中进行高温炼焦。炼焦过程中配比的准确与否以及配料系统是否可靠将会直接影响到产品的质量。因此，提高焦炭的质量，对提高自动配煤系统的可靠性、稳定性、准确性至关重要，对社会效益和经济效益有着非常大的贡献。自动配煤系统具有非线性、时变、带纯滞后的特点。本文通过对这些特点进行分析，结合包钢焦化厂自动配煤控制系统，介绍如何实现自动配煤系统。

1 自动配煤控制系统系统的组成及功能

1.1 自动配煤系统的组成

自动配煤系统主要由13个振动给煤机、用来称重的13条小皮带以及1条用来混料的大皮带组成。控制任务由一套西门子S7-300PLC担任，用WINCC组态系统来监控、操作和实现人机交互。称重积算器进行PID控制，以保证配合煤的准确性。控制系统采取PCL技术。实时采集数据技术、工业上的网络和组态技术等组成了一套相对比较完善的配煤系统。

自动配煤系统操作过程：启动混料的大皮带，同时以大皮带的启动作为信号启动小皮带，接着以小皮带的启动作为信号运行振动给煤机形成联锁。自动配煤系统包括称重小皮带13条和13套振动给煤机。自动配煤系统运行之前需要在组态上选择需要启动的小皮带，同时输入各个皮带所需的配煤比信息。随着自动配煤系统的开始运行，大皮带起动同时选中的小皮带随之启动，相对地，给煤机也开始工作。这时传感器采集到的各种信号自动在积算器中计算，显示出的数值就是实时煤量。将实时煤量与之前设定的煤量进行比较，其中的偏差即控制量，利用PID系统，输入电流信号到给煤机整流装置，通过对导通角的控制来改变整流输出电压和电流，以达到通过改变给煤机振幅来调节下煤量的目的。

自动配煤总控制系统的组成：

（1）PLC系统

PLC系统的主要功能为控制大小皮带，以及给料机的启停和联锁控制，接受和发送配煤现场的实际量设定量，以此达到控制模拟量的目的。

（2）稱重系统

称重系统由两部分组成：一部分是称重小皮带；另一部分是压力传感器，主要是采集小皮带的运行速度和载煤压力的信号，作为仪表计算器运算的数据支持。

（3）仪表积算器系统

仪表积算器系统的主要功能为分析运算实际设定量和现场实时量，并用PID系统维持两个量稳定的同时准确跟踪，是自动配煤系统的核心系统。

（4）振动给煤机系统

振动给煤机系统是自动配煤总控制系统工作的执行者，通过比较和运算输出积算器接收到的现场采集信号来控制给煤机的整流触发导通角，达到改变电压和电流，最终控制振幅调整煤量的目的。

（5）WINCC监控画面系统

WINCC监控画面是系统运行情况最直观的表现，并且所有的操作都是通过鼠标的点击来实现。

1.2 自动配煤系统的主要功能

（1）对各个皮带秤的流量进行实时监控和检测。

（2）控制总的配料量和配比。

（3）控制系统按给定流量正常运作。

（4）用画面显示流程和配比量。

（5）对操作过程中的参数进行设置和改写。

（6）防止安全隐患。

（7）对系统的配比精度进行评价。

（8）总结数据并打印报表。

1.3 设备的联锁关系

（1）混料大皮带启动是小皮带和给煤机启动的前提。

（2）在启动时，小皮带先于给煤机启动；停止时，是给煤机先于小皮带停止。

（3）混料大皮带和小皮带的校秤没有联锁关系。

（4）正常工作时，一条小皮带的流量偏差超过设定量一定时间，整个系统会自动停止运作。

1.4 设计

（1）PLC系统上位机由WINCC来实现监视、操作、趋势、报表的功能，下位机是由STEP7来采集、运算、控制。

（2）操作上位机

①操作画面

操作画面的作用是在系统运行过程中进行监视和操作。操作方式有两种，一种是解锁，另一种是联锁。解锁时，画面可以通过单启、单停按钮对单一设备进行启动和停止操作；联锁时，所有设备可以统一进行顺启、顺停、同启、同停的操作。单独一套设备完全独立地进行选中生产、报警和取消操作。启动前需要确认一些功能是否启动。单设备校秤没有联锁控制，操作完成后需要确认复位。

②配料画面

配料画面主要用来监视煤量和水分配比，还有实际、设定、累积的总煤量。每次操作之前都需要复位校秤确认。

③综合画面

综合画面的作用是综合了其他画面的功能和显示。

④趋势画面

趋势画面是一个描绘了各设备实际工作状况和设定的煤量变化曲线。

⑤报表画面

报表画面的作用是汇报表的打印画面。

2 出现的问题与解决方案

2.1 操作过程出现的问题

远程控制给煤机时没有联锁停止，造成了煤料将小皮带掩埋的故障。

2.2 出现的问题分析

自动配煤系统正常工作时，当小皮带停止，由于联锁关系使给煤机停止。设计中电源使用了交流电380V，输送距离过远，外加线圈与指示灯是并联关系。因此当小皮带停止，指示灯的电阻使得电位不能断开，造成给煤机不能正常停止工作，导致煤料继续下落掩埋皮带。

3 解决问题的方案

拆掉指示灯，并且不与线圈组成并联。这样改进之后指示灯的影响便不再存在，使联锁结构有效产生，当小皮带停止时给煤机也能及时停止工作。利用以上解决方法，使问题成功得到解决，故障不再发生。

4 结语

包钢的系统是焦化厂自动配煤控制系统的典型应用，包括PLC系统、仪表积算器、现场称重系统，并通过网络连接实现信息的交互。本系统成功地应用于现场控制，精度高，稳定性好，功能全面，最主要的是操作简便，在运行中取得了非常大的成功，创造了很高的经济效益。

参考文献

[1]冯奕红，邢岗.焦化厂自动配煤控制系统的设计及应用研究[J].制造业自动化，2014，（3）：136-139.

[2]王霄，代建华，赵永峰，等.安钢焦化厂自动配煤系统的改造[J].中国科技博览，2009，（31）：75.