1 前言

　　7.63m焦?fàn)t是德國(guó)伍德公司(UHDE)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的大容量環(huán)保型焦?fàn)t設(shè)備，代表了目前焦?fàn)t設(shè)備 的水平，其機(jī)械性能 可靠，自動(dòng)化水平很高，較6m焦?fàn)t更加環(huán)保、節(jié)能，控制水平更高，是未來(lái)國(guó)內(nèi)焦化行業(yè)更新?lián)Q代的理想設(shè)備。作為7.63m干熄焦設(shè)備中的運(yùn)焦設(shè)備，自驅(qū)動(dòng)焦罐車(chē)匯聚了當(dāng)今 的設(shè)計(jì)理念和控制手段。

　　2 設(shè)備簡(jiǎn)述

　　自驅(qū)焦罐車(chē)行駛在7.63m焦?fàn)t焦側(cè)的軌道上，駝運(yùn)圓形焦罐，往來(lái)于焦?fàn)t和提升塔之間。主要由車(chē)本體、走行系統(tǒng)、制動(dòng)裝置、空調(diào)系統(tǒng)及PLC控制系統(tǒng)組成，車(chē)本體上設(shè)置有司機(jī)室、電氣室、焦罐、平臺(tái)及走梯等。

　　相比于6m焦?fàn)t運(yùn)焦設(shè)備而言，7.63m自驅(qū)車(chē)將電機(jī)車(chē)、焦罐車(chē)融為一體，載容量更大，在自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)上使用了當(dāng)今 的控制及通訊技術(shù)，使得它自動(dòng)化程度更高，更加安全可靠。

　　圖1 自驅(qū)動(dòng)焦罐車(chē)外形圖

　　3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　按照工藝流程電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為5個(gè)部分：電源配電;走行分系統(tǒng);旋轉(zhuǎn)分系統(tǒng);整車(chē)操作及PLC控制;監(jiān)控照明。

　　3.1 電源配電

　　由于焦?fàn)t產(chǎn)量和效率的提升，機(jī)械的電功率大幅度提升，～380V會(huì)因?yàn)殡娏鞔蠖鴮?dǎo)致電能沿程損耗過(guò)大無(wú)法滿(mǎn)足供電要求，因此本車(chē)設(shè)計(jì)的供電電壓為660V、50HZ。

　　電能由車(chē)旁滑觸線(xiàn)引入到配電柜內(nèi)，通過(guò)總斷路器和分路斷路器引到走行柜和焦罐旋轉(zhuǎn)柜內(nèi)。設(shè)置660/380/220變壓器一個(gè)，為控制回路和監(jiān)控照明部分等提供電源。

　　在生產(chǎn)過(guò)程中，如果遇到突然停電，可采用應(yīng)急供電措施。本車(chē)設(shè)計(jì)了緊急柴油發(fā)電機(jī)備用電源回路，并可通過(guò)供電電源檢測(cè)回路來(lái)檢測(cè)供電電壓是否正常，若出現(xiàn)欠壓或停電，在自動(dòng)模式下柴油發(fā)電機(jī)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)并投入到動(dòng)力回路。由于控制回路配有UPS電源，停電后可持續(xù)供電30min，能完成兩次工作循環(huán)。車(chē)上關(guān)鍵部位設(shè)有急停按鈕，當(dāng)發(fā)生意外，危及人和設(shè)備安全時(shí)，可按下急停按鈕，以切斷動(dòng)力電路

　　3.2 走行控制

　　自驅(qū)焦罐車(chē)拖帶一臺(tái)無(wú)驅(qū)焦罐車(chē)沿熄焦車(chē)軌道來(lái)回行駛完成接焦和運(yùn)輸?shù)娜蝿?wù)。由于運(yùn)行距離長(zhǎng)，速度快，對(duì)位精度要求高，因此本部分設(shè)計(jì)又劃分為3個(gè)階段：走行、制動(dòng)、定位。走行變頻器選用具有直接轉(zhuǎn)矩輸出的ABB公司的ACS800系列。它在零速時(shí)仍然具有高轉(zhuǎn)矩輸出，有利于機(jī)車(chē)的定位。

　　3.2.1走行

　　機(jī)械部分走行輪組共4組8個(gè)電機(jī)，采用一拖二進(jìn)行控制，變頻器的走行由PLC通過(guò)DP總線(xiàn)進(jìn)行控制。每個(gè)電機(jī)均設(shè)有故障反饋信號(hào)，供操作者掌握電機(jī)工作狀態(tài)。輪組的變頻器之間采用主從控制方式。主傳動(dòng)變頻器通過(guò)主給定的速度與電機(jī)編碼器的反饋的實(shí)際速度形成速度閉環(huán)系統(tǒng)。從傳動(dòng)的控制方式是電流閉環(huán)系統(tǒng)，即主傳動(dòng)的速度調(diào)節(jié)器的輸出作為從傳動(dòng)的電流給定，從傳動(dòng)通過(guò)電流閉環(huán)以到達(dá)電機(jī)負(fù)荷平衡的目的。

　　3.2.2制動(dòng)

　　當(dāng)自驅(qū)車(chē)需要停止時(shí)，首先按照變頻器內(nèi)設(shè)的減速曲線(xiàn)進(jìn)行減速，到達(dá)一定頻率后，電機(jī)制動(dòng)器開(kāi)始與變頻器同時(shí)制動(dòng)，保證停車(chē)的平穩(wěn)。變頻器配備制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻，用以消耗制動(dòng)所產(chǎn)生的能量，保護(hù)電機(jī)和變頻器。

　　圖2 自驅(qū)車(chē)速度曲線(xiàn)

　　3.2.3對(duì)位

　　自驅(qū)車(chē)拖動(dòng)一臺(tái)無(wú)驅(qū)焦罐車(chē)，走行在焦?fàn)t與提升塔之間， 的定位是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的保證。本車(chē)為大慣量負(fù)載定位，因此定位系統(tǒng)包括粗定位和 定位兩個(gè)方面。它們之間的協(xié)調(diào)是通過(guò)PLC完成的。

　　粗定位組成為測(cè)量輪+編碼器。原理為：通過(guò)與車(chē)輛同步行走的測(cè)量輪的滾動(dòng)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)編碼器，轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖信號(hào)，通過(guò)對(duì)脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)來(lái)確定車(chē)輛行走的距離。(每個(gè)焦?fàn)t與提升機(jī)中心的距離是固定的，已經(jīng)存儲(chǔ)到PLC數(shù)據(jù)組內(nèi)，通過(guò)觸摸屏輸入目的爐號(hào)可以自行計(jì)算運(yùn)行距離)。

　　 定位采用編碼牌進(jìn)行 定位。編碼牌安裝在每一個(gè)焦?fàn)t炭化室對(duì)應(yīng)的軌道上，車(chē)上安裝編碼識(shí)別裝置,如右圖所示，

　　編碼牌可以識(shí)別爐號(hào)，更配合粗定位來(lái)進(jìn)行 定位。通過(guò)無(wú)線(xiàn)通訊模塊與中控室實(shí)時(shí)聯(lián)系，接收指令，再通過(guò)編碼牌識(shí)別目標(biāo)爐號(hào)，通過(guò)程序控制判斷爐號(hào)，準(zhǔn)確可靠。

　　3.2焦罐旋轉(zhuǎn)控制

　　焦罐旋轉(zhuǎn)采用變頻器控制焦罐旋轉(zhuǎn)電機(jī)，安裝在電機(jī)尾部的編碼器與變頻器組成速度閉環(huán)，同時(shí)在焦罐旁設(shè)置“焦罐有無(wú)”、“焦罐停止”、“焦罐減速”檢測(cè)開(kāi)關(guān)，并安裝一臺(tái)校正電機(jī)。校正電機(jī)設(shè)置運(yùn)行上下限接近開(kāi)關(guān)，通過(guò)PLC收集檢測(cè)信號(hào)，編制、寫(xiě)動(dòng)作程序，確保焦罐 的停止在起始位置上，進(jìn)一步保證焦罐一次定位成功。焦罐旋轉(zhuǎn)動(dòng)作按照?qǐng)D3曲線(xiàn)設(shè)計(jì)。

　　圖3 焦罐旋轉(zhuǎn)動(dòng)作曲線(xiàn)圖

　　3.3 操作部分

　　本車(chē)操作方式采用工控機(jī)HMI+主令控制器操作方式，更符合司機(jī)的習(xí)慣。

　　總體系統(tǒng)方案的一級(jí)自動(dòng)化(基礎(chǔ)自動(dòng)化)采用了SIEMENS 的S7-400PLC系統(tǒng)作為各個(gè)系統(tǒng)的控制核心;二級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)采用以觸摸屏為硬件、SIEMENS WINCC作為監(jiān)控軟件和編程軟件的上位機(jī)系統(tǒng)。其中S7-400PLC的模塊I/O點(diǎn)數(shù)按照15%進(jìn)行預(yù)留，杜絕了因某一模塊I/O點(diǎn)的故障影響生產(chǎn)的情況。

　　PLC通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)監(jiān)控驅(qū)動(dòng)裝置的工作，利用數(shù)字化通訊網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)，利用無(wú)線(xiàn)適配器與中控室進(jìn)行聯(lián)系，充分發(fā)揮PLC的調(diào)控能力，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)、故障、參數(shù)信息的傳送，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性。

　　由觸摸屏、打印機(jī)和相關(guān)的監(jiān)控軟件組成的二級(jí)計(jì)算機(jī)是完成操作者對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行操作、控制、監(jiān)視的人機(jī)對(duì)話(huà)接口，是本系統(tǒng)的重要組成部分。采用HMI作為人機(jī)信息交流的主平臺(tái)，設(shè)置各種監(jiān)控界面，使得傳統(tǒng)控制中的眾多按鈕指示燈被取消，使操作臺(tái)變得簡(jiǎn)潔人性化。

　　本觸摸屏所具備的功能有：顯示工藝過(guò)程模擬動(dòng)態(tài)畫(huà)面，顯示過(guò)程控制狀態(tài)、檢測(cè)信息等;故障報(bào)警，顯示打印及輔助診斷;儀表測(cè)量值、過(guò)程數(shù)據(jù)的趨勢(shì)曲線(xiàn)(重要參數(shù)記錄72小時(shí))記錄及顯示打印;重要的歷史數(shù)據(jù)的記錄儲(chǔ)存、歸檔、查詢(xún);生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)的計(jì)算、設(shè)定;主要設(shè)備的啟/停控制等。

　　圖5 觸摸屏主操作界面

　　HMI主要設(shè)計(jì)的功能有：顯示工藝過(guò)程模擬動(dòng)態(tài)畫(huà)面，顯示過(guò)程控制狀態(tài)、檢測(cè)信息、故障報(bào)警，輔助診斷等。焦罐旋轉(zhuǎn)和機(jī)車(chē)行走的監(jiān)控。儀表測(cè)量值、過(guò)程數(shù)據(jù)的趨勢(shì)曲線(xiàn)記錄及顯示打印。重要的歷史數(shù)據(jù)的記錄儲(chǔ)存、歸檔、查詢(xún)。生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)(工作計(jì)劃配方)的設(shè)定、顯示和執(zhí)行(臨時(shí)變更由對(duì)講系統(tǒng)通知司機(jī)并輸入目的爐號(hào)，更改此次計(jì)劃)。

　　3.4監(jiān)控照明部分

　　為了更加安全的操作，我們?cè)谲?chē)上共安裝監(jiān)控探頭和照明燈各7個(gè)，分別監(jiān)控和照明：車(chē)前，車(chē)后，焦罐(1車(chē)1個(gè))，檢測(cè)支架(1車(chē)1個(gè))，爐號(hào)識(shí)別定位。這樣司機(jī)在操作室內(nèi)就能觀(guān)察到自驅(qū)車(chē)全方位的情況。

　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　7.63m干熄焦自驅(qū)焦罐車(chē)采用了6SE70矢量型變頻調(diào)速器，S7-400PLC與分布式模塊，采用了 的DP總線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了自驅(qū)車(chē)的自動(dòng)控制，設(shè)計(jì)更加人性化，定位準(zhǔn)確，精度高，充分滿(mǎn)足了干熄焦的工藝要求，減少了設(shè)備的故障率。在干熄焦技術(shù)在國(guó)內(nèi)焦化廠(chǎng)廣泛應(yīng)用的背景下，推廣使用國(guó)產(chǎn)化大容量自驅(qū)焦罐車(chē)具有廣闊的前景。

　　參考文獻(xiàn)

　　〔1〕李哲浩、虞繼舜。干法熄焦。何中虹譯。北京。冶金工業(yè)出版社。1981

　　〔2〕廖常初。S7-300/400 PLC應(yīng)用技術(shù)。北京 機(jī)械工業(yè)出版社。2005

　　〔3〕廖常初。西門(mén)子人機(jī)界面組態(tài)與應(yīng)用技術(shù)。北京 機(jī)械工業(yè)出版社。2006