7 m顶装焦炉成套设备电控系统★

梁淑蓉

（太原重工股份有限公司技术中心， 山西　太原　030024）

生产实践·应用技术

7 m顶装焦炉成套设备电控系统★

梁淑蓉

（太原重工股份有限公司技术中心， 山西太原030024）

结合7m顶装焦炉的工艺和控制要求，介绍7m顶装焦炉设备电气控制系统的构成、功能和特点等。7m顶装焦炉成套设备是太原重工自主研发设计制造的大型炼焦设备，有焦炉车辆联锁系统、焦炉车辆自动对位系统以及带位置检测和记忆功能的炉门装置，其焦炉控制系统控制精度比6m焦炉有了很大提高，达到国内先进水平。

电气人机界面PLC以太网总线

根据国家可持续循环经济发展战略，我国焦炉机械装备向大容积、环保化及智能化方向发展。太原重工通过自主创新设计开发制造了7m大容积环保型焦炉成套装备，该装备的电气系统技术先进、操作方便、安全可靠、自动化水平高，已达到国内同行业先进水平。

1　设备组成和工艺

7 m顶装焦炉成套装备由装煤车、推焦车、除尘拦焦车、熄焦车、干熄焦焦罐车、炉门服务车组成。装煤车的主要功能是在焦炉炉顶的轨道上走行，将煤塔的煤运往焦炉并倒入相应的炭化室中；推焦车的主要功能是开、关机侧炉门，将红焦从焦炉炭化室推出，进行炉门和炉门框的清扫，头尾焦的处理，机侧除尘，小炉门开闭、平煤、余煤处理等工作；除尘拦焦车的主要功能是取、装焦侧炉门，推焦时用导焦设备将红焦炭导入熄焦车或焦罐车内，将出焦烟尘导入集尘干管，清扫炉门、炉框，处理头尾焦等；熄焦车为一点定位熄焦车，在焦炉焦侧的熄焦车轨道上运行，接运从炭化室推出来的红焦到熄焦塔并将熄焦后的焦炭卸到焦台上；干熄焦焦罐车的主要功能为用来接运从炭化室推出来的红焦到干熄焦站上；炉门服务车用于炉门的维护和修理。

2　电气系统

2.1电源供电及联锁

从滑线经滑触器供给车上电源（三相AC660 V 50 Hz）[1]。在推焦车与电机车、装煤车之间，装煤车与地面除尘站之间，拦焦车与地面除尘站之间设置滑线联锁。

2.2传动系统

四大车运行机构、装煤螺旋给料机构、焦罐旋转机构、除尘机构均采用变频调速，选用罗克韦尔公司的PF755系列变频器[2]。

交流变频调速系统通过改变电机的供电频率来改变电机的转速，实现无级调速，其调速范围宽，调速速比在1∶10以上，可获得恒定的转矩输出，低速时稳定运行，可实现对电机速度及方向的精确控制。系统采用能耗制动，制动时的机械能量通过电阻器快速释放，实现机构的快速准确停车。

运行机构共有四台电机，采用变频调速。一台变频器驱动两台电机，在一套变频器或电机出现故障时，另一套变频器或电机仍能够拖动大车运行。两台变频器均采用矢量闭环控制，两台变频器之间采用主从控制方式，保障电机出力均衡，配合自动定位及联锁系统，可实现炉号自动识别及走行自动定位。

推焦、平煤机构采用涡流调速，通过主令控制器有级给定，对推焦、平煤全过程的速度进行调节。

2.3控制系统

7m顶装焦炉设备电气系统为“上位人机界面+PLC现场总线+变频传动”组成的三级控制系统。上位人机界面监控整机的运行状态及故障信息，实现运行状态模拟显示与故障自诊断。PLC通过现场总线与上位机、各机构变频器、现场操作箱及编码器、位移传感器检测元件等相连，实现控制系统之间的数据交换及整机运行的时序逻辑控制。工控机、PLC装置采用UPS供电，UPS后备时间不小于30 min。

PLC系统采用罗克韦尔公司ControlLogix 1769系列PLC，通过PLC实现各车各机构的时序控制、逻辑控制及其运算。PLC与变频器、机旁操作箱之间采用以太网总线通讯，PLC与编码器、位移传感器采用Profibus DP通讯。其特点为：减少许多硬件接线及空间，故障率低，可根据工艺要求灵活编程，便于实现各机构的电气联锁，系统工作可靠。

2.3.1电气控制系统网络图（见图1）

2.3.2操作方式

操作方式有自动、手动及机旁三种操作方式。自动操作为按运行条件完成一单元动作，例如取门、推焦等；手动操作为有联锁条件、顺序进行的手动操作；机旁操作是为车辆调试、检修及车上突发故障而设置的必要的最简单动作，其机构无联锁保护，必须在确保安全的情况下进行操作。

图1　7 m推焦车控制系统组成

操作员主要用工控机对设备进行操作，工控机为键控式工控机。工控机可显示各车辆、机构的状态信息，例如装煤电流、推焦电流、报警信息等显示和记录。工控机上还能实时显示车辆管理系统传给装煤车、推焦车、拦焦车、电机车的各种信息，由人机界面和机旁现场操作箱两种方式完成各种信号的操作和显示。

2.3.3人机界面

人机界面用于人和机器进行交流。每台设备的人机界面由供电总述，设备的平面布置，设备的各项功能机构、运行机构、液压系统、润滑系统、空调系统、报警系统、报表等画面组成，操作员通过键盘进行操作。操作员在各项功能的详细画面中进行正常的操作和监控。为便于操作者进行操作，安装有报警系统，可以诊断系统内发生的事件和错误及产生错误的原因和理由。相应的联锁信号可在总体布置界面上得以监控。

各车人机界面的功能为：装煤车、推焦车、拦焦车、电机车模拟画面显示；通过触摸屏显示故障检测及诊断；PLC各输入、输出点的状态显示；各机构动作的模拟显示，例如推焦机构，画面上显示有推焦杆的模拟外形及当前推焦杆的位置，各限位开关的动作情况（开、闭），工作是否正常等。各分画面之间可方便地进行切换或返回主画面。

3　电气系统的特点

焦炉车辆联锁系统、自动对位系统、带记忆功能的炉门装置等先进电气技术的应用，使得7 m顶装焦炉电气系统的整体设计更为先进，控制精度比以往的6 m焦炉有了很大提高。

3.1焦炉车辆联锁系统

随着焦炉技术的发展，焦化企业对焦炉机械设备的要求越来越高，其中很重要的一项就是焦炉设备的安全运行。焦炉车辆的安全系统由最初的滑线联锁发展到目前广泛使用的四大车自动定位联锁系统。7 m顶装焦炉设备四大车联锁系统是通过运用感应无线数据通信技术和协调计算技术实现各机车与地面中控室的数据通讯的。

3.1.1感应无线数据通信技术

感应无线数据通信是通过安装在移动机车上的感应天线和沿机车轨道安装的编码电缆之间的电磁感应实现数据通信的。为保证通信数据的可靠，将地址信号与通讯信号分别调制在不同频率，避免相互干扰，地址信号频率为48 kHz，通讯信号频率为79 kHz。对于检测地址与通信，分别使用两个天线箱，从硬件结构上将信号隔离，加强系统的稳定性。

3.1.2协调计算技术

协调计算的主要作用是将各车的位置数据及状态信号汇总，进行相应的逻辑判断、数据转发、界面显示等，同时提供数据共享接口。

各机车与地面中控室通过感应无线数据通信技术，将机车的操作信号、状态信号（如门钩上限、取门后限等信号）、车辆编号及所处的位置等数据发送至中控室，同时也接受中控室发送来的数据。在中控室的协调计算机接收了各机车发送来的数据（包括地址数据、操作信号、状态信号）并进行数据处理、逻辑判断后，将联锁信号、各车位置信号及相关的控制信号分别转发给各机车，从而实现四车联锁控制功能。联锁功能包括推焦联锁、装煤联锁、取门联锁、走行联锁、熄焦联锁、除尘联锁、防碰撞联锁等。在联锁状态下，系统可根据各车辆与计划炉号的中心位置的对位情况等，正确判断是否满足推焦、装煤等条件，若条件不足则不能启动操作，防止产生误动作，出现事故。

3.2焦炉车辆自动对位系统

目前，焦化企业采用自动对位系统有码盘+编码器自动对位联锁系统、编码电缆自动对位联锁系统、红外对位联锁系统、激光对位联锁系统等。

7 m顶装焦炉设备采用了编码电缆自动对位联锁系统，利用编码技术、位置及速度检测技术进行长距离设备运行位置检测、炉号识别、精确定位，可实现偏差不超过±10 mm的对位精度及焦炉各车辆间的自动走行、联锁对位。

自动对位系统是依靠车上位置检测的精密地址和通信功能，通过手动输入或自动获取目标位置的地址，计算当前车辆的地址与目标地址的距离，根据距离的远近，按特定的曲线函数计算当前车速，即走行变频器的输出频率值，将此频率值和走行控制命令通过现场工业总线通讯方式发送至变频器，实现对变频器的控制，使机车按不同速度移动，直至到达目标位置，停止走行，自动定位精度可达±10 mm。

3.3带位置检测和记忆功能的炉门装置

焦炉机械的大型化对液压阀在自动化、精度方面提出了愈来愈高的要求。为解决多炉门位置差异问题，在炉门取闭装置等关键机构的液压缸里内置位移传感器，自动检测门的倾斜度和高度，确认门的倾向、打开门闩、压弹簧、提门等动作，完成对不同炉门位的检测，通过在程序中处理，实现炉门的原轨迹复位，保证摘取炉门的全自动化操作运行。

4　结语

7 m顶装焦炉成套装备在使用、维修、环保等方面技术先进、安全可靠，能够满足用户的要求。但是随着信息化、智能化控制技术的发展，用户对焦炉机械成套设备的控制水平提出了更高要求，7 m顶装焦炉设备电气控制系统在智能化方面有了极大进步，一定可以获得越来越多用户的认可。

[1]李发海，王岩.电机与拖动基础[M].北京：清华大学出版社，1993.

[2]罗克韦尔（中国）有限公司.PowerFlex 755变频器用户手册[Z].北京，2015.

（编辑：胡玉香）

The Electric Control System of the 7m Coke Oven Equipment

LIANG Shurong
（Technical Center of Taiyuan Heavy Industry Co.，Ltd.，Taiyuan Shanxi 030024）

Combining with the 7 m top loading process and control requirement of the coke oven，this paper briefly introduces the 7 m coke oven equipment composition，functions and features of electric control system，etc.The 7 m coke oven equipment is the Taiyuan Heavy Industry independent research and development design of large metallurgical equipment，including coke oven vehicles interconnection system，automatic registration system of coke oven vehicles，position detection and memory function furnace equipment，and its control system got more improvement that that of 6 m coke oven，which achieved domestic level.

electric，HMI，PLC，Ethernet

TQ520.5

A

1672-1152（2016）04-0078-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.04.27

2016-06-14

山西省煤基重点科技攻关项目，大型现代化焦炉和装备制造技术研发与工程示范，项目编号为MJH2014-08。

梁淑蓉（1973—），女，现从事焦炉的电气设计工作，高级工程师。