推焦车自动对位系统的设计

□ 张岩军

太原重工股份有限公司 焦化设备分公司 太原 030024

当前，大型化、自动化和智能化是焦炉设备的发展方向。推焦车运行在焦炉机侧轨道上,主要功能是开闭焦炉机侧炉门,将焦炉中的红焦推出。推焦车同时具有清洗炉门、炉框，以及对装入焦炉的煤顶部进行平整的功能。如何实现推焦车与目标炉号的快速自动对位和精确停车，一直是各焦化企业研究的重点和难点。设计一套能适应焦化生产恶劣环境的高可靠性和高稳定性推焦车自动对位系统，对实现推焦车的自动化和智能化具有重要意义[1]。

1 系统组成

推焦车自动对位系统主要由数据采集模块、网络通信模块、数据处理模块、故障报警模块、信息服务模块、人机交互模块等组成[2]。数据采集模块由安装在推焦车上的速度传感器、位置传感器、温度传感器、行程编码器，以及安装在焦炉上的对位码盘等组成。速度传感器实时采集推焦车的运行速度,温度传感器对走行传动部位的温度进行实时监测,行程编码器实时记录推焦车的行程信息。对位码盘按焦炉炉号顺序固定在焦炉机侧炉门下方,与焦炉炉号一一对应。推焦车位置传感器依靠对位码盘上的识别码，对推焦车的运行位置进行准确识别。网络通信模块对机载可编程序控制器(PLC)接收的各种数据进行转换，并打包处理,实时传输至监控主机。数据处理模块对采集到的各种数据进行分析、计算,并与人机交互模块输入的参数进行对比,自动调节推焦车的车速与位置等。故障报警模块负责实时监测各机构的运行情况,并提供故障报警。信息服务模块负责推焦车各运行机构历史信息的存储、查询及打印功能[3]。推焦车自动对位系统框架如图1所示。

2 系统总体结构

推焦车自动对位系统总体结构采用三层构架模式,分别为人机交互层、数据传输层和本地执行层。人机交互层主要负责推焦车操作人员与推焦车控制单元之间数据的传递和交换,为操作人员提供推焦车各机构的运行情况、工况参数和故障报警信息等[4]。数据传输层通过过程现场总线及RS485接口进行通信,完成控制中心与执行机构之间数据的转换与传递[5]。本地执行层由安装在推焦车上的行程编码器、速度传感器、位置传感器、温度传感器等组成,主要负责推焦车运行速度、运行位置、行程信息，以及传动部位温度等数据的采集[4]。

3 系统功能实现

推焦车自动对位系统可以实现推焦车在运行过程中与目标焦炉炉号的快速自动对位和精确停车。推焦车运行位置如图2所示，当推焦车正常运行时,安装在推焦车走行装置上的行程编码器及车身上的速度传感器和位置传感器将推焦车的行程信息、运行速度、位置信息经模数转换后实时传输至机载可编程序控制器,完成数据的采集任务[6]。机载可编程序控制器通过网络通信模块上的RS485接口与监控主机进行连接,并将采集到的数据实时传输至数据处理模块[7]。数据处理模块对采集到的数据运行速度Uf、运行位置Sf进行分析、计算，并与人机交互平台输入的设定速度Ur、目标位置Sr参数进行对比,输出偏差信号。偏差信号经过校正、放大，由比例积分微分(PID)控制器等环节转换为控制信号,控制推焦车的运行速度及运行目标位置[8]。当推焦车的位置信号与设定的焦炉机侧炉号一致时,机载可编程序控制器发出停车信号,实现推焦车的快速自动对位与精确停车。推焦车自动对位系统闭环控制原理如图3所示。

4 系统开发

推焦车自动对位系统选用德国西门子公司生产的S7-300系列可编程序控制器作为主控制器,这一控制器具有体积小、运行速度快、稳定性和可靠性高等特点[9]。控制程序选用西门子公司的 STEP 7软件进行开发,这一软件易操作,可编辑性强,可以实现结构化编程。

人机交互模块选用WinCC组态软件进行组态，这一软件可以直接运行于Window系统中,具有可视化程度高、操作简单、维护方便等特点[10]。

5 结束语

笔者设计了一种推焦车自动对位系统，实现了推焦车的快速自动对位和精确停车。这一系统在7 m焦炉项目上取得了较好的试验效果,与之前手动操作对位相比,具有对位速度快、对位精度高的优点。这一系统运行稳定,抗干扰能力强,为推焦车的自动化和智能化运行提供了解决途径。