焦?fàn)t機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)的重點(diǎn)技術(shù)分析范文
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0引言
近年來(lái)，冶金工業(yè)的發(fā)展帶動(dòng)了煉焦行業(yè)的進(jìn)步，煉焦過(guò)程生產(chǎn)產(chǎn)品種類較多，能回收焦?fàn)t煤氣作為氣體染料，焦炭主要用于冶金工業(yè)，煉焦工業(yè)的地位在煤綜合利用方面日益提高。焦?fàn)t機(jī)械設(shè)備主要由裝煤車、推焦車、電機(jī)車等單體設(shè)備組成。工作環(huán)境的惡劣導(dǎo)致四大機(jī)車準(zhǔn)確定位不易達(dá)到，焦化廠溫度高、腐蝕性氣體嚴(yán)重，對(duì)設(shè)備保養(yǎng)要求較高，爐體沉重，運(yùn)行時(shí)對(duì)軌道、機(jī)械設(shè)備強(qiáng)度有很高要求，為保證生產(chǎn)安全高效，應(yīng)重點(diǎn)研究焦?fàn)t機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)技術(shù)，提高焦?fàn)t生產(chǎn)效率。
1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)分析
焦?fàn)t由70孔構(gòu)成，企業(yè)通常采用兩個(gè)焦?fàn)t公用一個(gè)裝煤塔，焦?fàn)t車在軌道上行走要頻繁走行，使焦?fàn)t機(jī)車高效率運(yùn)行自動(dòng)精準(zhǔn)停車是連鎖自動(dòng)控制系統(tǒng)的重點(diǎn)技術(shù)。我國(guó)在煉焦行業(yè)自動(dòng)化控制管理方面較為落后。部分焦化廠焦?fàn)t車運(yùn)行方面仍停留在人工操作階段，原始的焦?fàn)t機(jī)車連鎖對(duì)位系統(tǒng)中存在嚴(yán)重的安全隱患。系統(tǒng)分層設(shè)計(jì)是現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中常采用的方法，將系統(tǒng)中不同功能子模塊按其相互作用與聯(lián)系進(jìn)行層次化分類，焦?fàn)t四大機(jī)車連鎖控制系統(tǒng)包含內(nèi)容范圍廣，層次化設(shè)計(jì)易于掌握系統(tǒng)主體，有利于系統(tǒng)的模塊化。四大車連鎖控制系統(tǒng)由主控室、推焦車、裝煤車、攔焦車、熄焦車與無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)五部分組成。機(jī)車控制器是機(jī)車內(nèi)控體系，精確對(duì)正子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)四大機(jī)車自動(dòng)行走、精準(zhǔn)對(duì)正等操作。管理層位于系統(tǒng)頂端，主要功能是采集與分發(fā)四大機(jī)車各項(xiàng)數(shù)據(jù)，分析判斷匯總信息。主控程序與生產(chǎn)計(jì)劃相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)全方位立體的管理控制。在設(shè)計(jì)中要綜合考慮多種影響因素，可采用基于數(shù)據(jù)庫(kù)的管控模型，每個(gè)模塊有相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)支持。控制層是四大機(jī)車連鎖控制系統(tǒng)的主體，負(fù)責(zé)系統(tǒng)狀態(tài)信息，執(zhí)行系統(tǒng)控制命令。機(jī)車控制器是控制層的核心，負(fù)責(zé)與各子系統(tǒng)相互溝通，接受鍵盤(pán)的輸入控制。對(duì)主控計(jì)算機(jī)傳來(lái)的命令進(jìn)行執(zhí)行操作，控制機(jī)車運(yùn)動(dòng)。
2連鎖控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介
焦?fàn)t車連鎖是保障機(jī)車安全操作的必要條件，其取門(mén)過(guò)程連鎖包括推焦車取門(mén)連鎖及攔焦車取門(mén)連鎖。推焦過(guò)程連鎖分兩級(jí)，裝煤平煤過(guò)程連鎖分為開(kāi)蓋連鎖、裝煤連鎖、平煤連鎖與取煤連鎖。焦?fàn)t生產(chǎn)有嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)煤炭要合理控制煤的配比與按時(shí)出焦等因素，四大車因視線被建筑遮擋，不利于安全操作，裝煤車與平煤機(jī)構(gòu)需對(duì)同一爐號(hào)進(jìn)行定位操作。煉焦過(guò)程中，機(jī)車相互連鎖，推焦車是焦?fàn)t設(shè)備的重要組成，主要工作是將成熟的焦炭推出爐室，其作業(yè)性質(zhì)不同可分為走行與停止后作業(yè)。推焦車連鎖控制系統(tǒng)采用西門(mén)子高端可編程控制器S7-400PLC，實(shí)時(shí)傳送顯示各控制信息。使用前需先用STEP7編程軟件進(jìn)行組態(tài)。推焦車控制部分采用具有DP接口的CPU414—3DP模塊，總線采用Profibus-DP總線，檢測(cè)部分采用接近開(kāi)關(guān)、油缸MTS傳感器與倍加福編碼器。液壓站與操作臺(tái)分別設(shè)分布式I/O分站[1]。
通過(guò)兩芯電纜將設(shè)備控制部分連接，焦?fàn)t車動(dòng)力與控制回路遍布車上各部分，為縮小安全空間，降低故障率，提高抗干擾能力與控制精度，應(yīng)采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。生產(chǎn)管理協(xié)調(diào)技術(shù)包括上位機(jī)管理及四大機(jī)車車生產(chǎn)調(diào)度，系統(tǒng)由中控室、推攔焦車、裝煤車、等控制網(wǎng)絡(luò)共同組成系統(tǒng)過(guò)程自動(dòng)化級(jí)網(wǎng)絡(luò)。焦?fàn)t機(jī)械控制系統(tǒng)需采用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，中控室配備上位機(jī)與PLC，上位機(jī)以網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)為接口，監(jiān)控四大機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)完成執(zhí)行推焦，裝煤計(jì)劃，包括事件記錄、操作引導(dǎo)等功能。PLC完成與四大機(jī)車間的數(shù)據(jù)采集、傳送任務(wù)。推焦車設(shè)備體積大，頻繁啟動(dòng)停車，對(duì)減速?zèng)_擊較大，應(yīng)盡量使用啟動(dòng)停止柔和，采用圓弧減速可有效緩解此問(wèn)題，走行操作由朱令控制器完成，現(xiàn)采用Profibus-DP總線，傳輸給變頻裝置的是連續(xù)數(shù)字信號(hào)，加減速均勻，提高了生產(chǎn)效率。推焦車前段距離爐體較近，連鎖條件必須滿足，主令置零是保護(hù)車體突然斷電情況下主令不在零位，防止突然上電機(jī)車自己行走。機(jī)車24小時(shí)工作，安全行車十分重要，行走時(shí)要先按下預(yù)警按鈕進(jìn)行行走預(yù)報(bào)警，走行時(shí)通過(guò)工業(yè)電視監(jiān)視屏密切監(jiān)視車輛及人身安全。推焦設(shè)有維修、自動(dòng)與手動(dòng)三種控制方式，推焦系統(tǒng)在操作臺(tái)上設(shè)有緊急推焦轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。
只有緊急情況下方可使用。手動(dòng)推焦通過(guò)操作臺(tái)的推焦主令，實(shí)現(xiàn)推焦桿的啟動(dòng)、停止功能，自動(dòng)方式推焦自動(dòng)實(shí)現(xiàn)推焦桿向前至爐前暫停，待得到連鎖信號(hào)后，自動(dòng)返回至定位置停止。推焦桿是推焦車的核心部件，在推焦中的作用巨大。推焦桿要進(jìn)出高溫爐膛，其可靠性控制是推焦車的重點(diǎn)核心。推焦桿控制保證推焦桿完全推焦出爐，推不動(dòng)焦炭不允許，原推焦采用串電阻調(diào)速。其控制精度差，操作人員需格外注意。采用變頻調(diào)速控制精度高，精準(zhǔn)定位同時(shí)產(chǎn)生大的扭矩，為整車自動(dòng)化奠定基礎(chǔ)。
3定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)
焦?fàn)t機(jī)車每個(gè)工作點(diǎn)都安裝有碼牌，地址碼與校驗(yàn)碼由動(dòng)作指令發(fā)送到焦?fàn)t機(jī)車后，焦?fàn)t機(jī)車向目標(biāo)位置移動(dòng)。PLC讀出距離后發(fā)送速度指令，機(jī)車行進(jìn)到目標(biāo)碼牌附近，實(shí)現(xiàn)精確定位。機(jī)車經(jīng)某一碼牌時(shí)，譯碼器譯出碼牌號(hào)，系統(tǒng)接受BCD碼牌號(hào)轉(zhuǎn)化為行程。機(jī)車定位過(guò)程分為粗定位階段與精定位階段。設(shè)計(jì)中對(duì)不同工作的兩個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，采用兩機(jī)構(gòu)同用一臺(tái)變頻器，網(wǎng)絡(luò)中斷情況下要求切換到端子給定控制。方案采用基于SIMOLINK光纖網(wǎng)主從通信，避免產(chǎn)生啃軌震動(dòng)現(xiàn)象。主裝置包括正常速度環(huán)與電流環(huán)。從裝置接受主裝置速度環(huán)輸出作為電流環(huán)給定。采用轉(zhuǎn)矩限幅方式，主從速度給定與實(shí)際值波動(dòng)小，調(diào)節(jié)從裝置的制動(dòng)電流，如過(guò)小，從裝置轉(zhuǎn)矩減小，在調(diào)節(jié)時(shí)需反復(fù)測(cè)試。采用主從控制方案較佳。焦?fàn)t機(jī)車與爐門(mén)間距大于350MM時(shí)，機(jī)車傳動(dòng)走行轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，脈沖編碼器輸出脈沖數(shù)到PLC，得出機(jī)車實(shí)際位移及機(jī)車距目標(biāo)位置距離。經(jīng)公式轉(zhuǎn)換后發(fā)送到變頻器作當(dāng)前頻率設(shè)定值。焦?fàn)t車長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)軌道形變等問(wèn)題，導(dǎo)致粗定位位置測(cè)量出現(xiàn)誤差，因此需設(shè)計(jì)精定位控制。交流機(jī)車以較慢速度進(jìn)入目標(biāo)爐號(hào)識(shí)別碼牌區(qū)域，碼牌識(shí)別設(shè)置內(nèi)廣電傳感器發(fā)出的廣電信號(hào)因受碼牌遮擋無(wú)法接受，導(dǎo)致接受廣電信號(hào)狀態(tài)變化，將狀態(tài)發(fā)送至PLC，識(shí)別出以二進(jìn)制編碼的爐號(hào)。保證每個(gè)碼牌長(zhǎng)度為350MM，剩余目標(biāo)距離作為速度設(shè)定值發(fā)送到變頻器，速度逐漸減小到零。以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位。粗定位階段，動(dòng)輪編碼器轉(zhuǎn)一圈輸出3600個(gè)固定脈沖，PLC根據(jù)單位脈沖對(duì)應(yīng)距離乘以累積脈沖數(shù)的得到焦?fàn)t機(jī)車當(dāng)前實(shí)際位移值，得出當(dāng)前粗定位階段剩余距離。接車移動(dòng)到距離目標(biāo)位置約350MM處完成粗定位階段的控制任務(wù)。精定位階段依靠碼牌識(shí)別爐號(hào)，將焦?fàn)t機(jī)車到達(dá)碼牌邊緣時(shí)刻作為觸發(fā)條件校正剩余目標(biāo)距離，精定位階段要實(shí)現(xiàn)目標(biāo)位置的精準(zhǔn)讀取判斷，完成機(jī)車定位的準(zhǔn)確快速停車。精定位階段將剩余目標(biāo)距離作為頻率設(shè)定值，目標(biāo)距小于200mm時(shí)，采用最小速度限定法，此時(shí)機(jī)車隨時(shí)準(zhǔn)備停止。焦?fàn)t機(jī)車越過(guò)預(yù)定碼牌時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整速度方向值，反復(fù)三次以上尋找失敗，系統(tǒng)確認(rèn)定位失敗執(zhí)行自動(dòng)停車。
4結(jié)語(yǔ)
本文研究設(shè)計(jì)了焦?fàn)t機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)機(jī)車定位與連鎖控制重點(diǎn)技術(shù)，完成了爐號(hào)的自動(dòng)識(shí)別、機(jī)車的連鎖控制、實(shí)現(xiàn)了機(jī)車與中控室間無(wú)線通訊功能，實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)管理系統(tǒng)等功能。本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)能適應(yīng)焦?fàn)t生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境，操作簡(jiǎn)單方便，滿足了用戶需求。解決了一直依賴于國(guó)外產(chǎn)品的問(wèn)題。
參考文獻(xiàn)：
[1]葉喆彧.焦?fàn)t機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)分析[J].企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)，2014，33（15）：22-23.
[2]聶鳳軍.焦?fàn)t機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].大連海事大學(xué)，2012.
作者:謝佳文 單位:蘭州交通大學(xué)