孫光輝

7 m焦?fàn)t煤塔授煤控制系統(tǒng)改造

孫光輝

(銅陵新亞星焦化有限公司機動車間，安徽銅陵244000)

介紹了7 m頂裝焦?fàn)t煤塔授煤控制系統(tǒng)在銅陵新亞星焦化廠的應(yīng)用情況，對煤塔漏嘴電氣元件缺陷造成異常停機和事故進行了詳細(xì)的分析，采用PLC結(jié)合工業(yè)無線以太網(wǎng)技術(shù)對原控制系統(tǒng)進行改造，大大增強了煤塔及裝煤車等設(shè)備在運行過程中的安全性能，提高了生產(chǎn)效率。

焦?fàn)t；煤塔；工業(yè)無線以太網(wǎng)；PLC

17 m焦?fàn)t煤塔授煤控制系統(tǒng)概況

銅陵新亞星焦化二期130萬t 7 m頂裝焦?fàn)t及儲運煤塔工程由中冶焦耐院設(shè)計制造。焦?fàn)t裝煤主要設(shè)備有安裝于煤塔底部電液動閘門和位于焦?fàn)t頂部的裝煤車。電液閘門開閉動作由電液推桿實現(xiàn)，推桿電機正反轉(zhuǎn)，分別對應(yīng)斗門開閉動作。漏嘴斗門打開時，儲存在煤塔里的煤由于重力從漏嘴落下，如果漏嘴正對下方裝煤車儲料倉，就可以對裝煤車進行授煤。當(dāng)漏嘴斗門關(guān)閉時，停止授煤。裝煤車在焦?fàn)t爐頂?shù)能壍郎线\行，其主要作用是從煤塔取煤經(jīng)計量后按作業(yè)計劃將煤裝入焦?fàn)t炭化室內(nèi)。煤塔漏嘴共有A、B、C 3列，每列均有4個漏嘴，分別對應(yīng)裝煤車4個儲料斗。漏嘴電液動閘門配有開限位和關(guān)限位。焦?fàn)t裝煤車受煤如圖1。

圖1 煉焦裝煤車煤塔受煤示意圖

煤塔漏嘴開、閉是通過磁接近開關(guān)發(fā)出動作信號的。磁接近開關(guān)線圈安裝在裝煤車頂部，磁開關(guān)感應(yīng)觸頭安裝在煤塔漏嘴相應(yīng)位置，磁開關(guān)線圈得電，發(fā)出漏嘴斗門開或關(guān)的指令。裝煤結(jié)束后，相應(yīng)列的煤塔漏嘴斗門全部關(guān)閉，通過磁開關(guān)向裝煤車發(fā)出裝煤結(jié)束連鎖信號，此時裝煤車才能離開煤塔向焦?fàn)t炭化室裝煤。煤塔A列授煤（B、C授煤與此相同）與裝煤車頂部磁接近開關(guān)分布如圖2。

圖2 煤塔與裝煤車磁開關(guān)分布

裝煤車到煤塔受煤有兩種操作模式，地面操作箱手動操作與裝煤車司機室上位機操作。裝煤車司機崗位定員1人，車上控制器為西門子S7-400 PLC，司機室顯示屏為西門子WinCC 7.0組態(tài)。平時生產(chǎn)以車上受煤方式為主。地面操作箱選定受煤位置（A-C列），裝煤車開到煤塔準(zhǔn)確停車后，從車載上位機操作受煤開始，信號通過磁接近開關(guān)發(fā)送到煤塔，煤塔就會打開相應(yīng)漏嘴授煤，當(dāng)裝煤車煤斗料位計有裝滿信號時，裝煤車發(fā)出授煤停止信號通過磁接近開關(guān)傳給煤塔漏嘴，漏嘴關(guān)閉，停止授煤過程。裝煤車受煤流程如圖3。

2 存在的問題

煤塔授煤裝置由于設(shè)計、制造經(jīng)驗不足等方面的原因，自投產(chǎn)以來，曾出現(xiàn)過多次灑煤現(xiàn)象。裝煤車司機每天重復(fù)進行著先從煤塔取煤然后到焦?fàn)t頂加煤的操作。當(dāng)司機把裝煤車加滿煤,進行煤塔漏嘴關(guān)閉操作時,因司機不能直接觀察到煤塔漏嘴的開關(guān)狀態(tài),若要確認(rèn)煤塔漏嘴關(guān)閉狀態(tài),就必須到裝煤車頂去觀察。然后,他們才能從裝煤車頂下來,開走裝煤車到焦?fàn)t頂去加煤。實際生產(chǎn)中，很少有司機能嚴(yán)格按照要求操作，做到每一步操作都經(jīng)過確認(rèn)到位之后再進行下一步。他們在取完煤后，進行關(guān)閉煤塔漏嘴操作，聽到有關(guān)門聲，感覺沒有異常，就認(rèn)為煤塔漏嘴已經(jīng)關(guān)閉，直接開裝煤車到爐頂去加煤，省略了到裝煤車頂檢查這一步，如果煤塔漏嘴沒有關(guān)或沒有關(guān)嚴(yán)，就可能造成煤塔灑煤事故。更嚴(yán)重的是當(dāng)煤塔漏嘴有故障時，裝煤車開走后，因煤塔漏嘴比裝煤車軌道高7米以上，所以沒有辦法把開著的煤塔漏嘴人工關(guān)閉。若等到控制系統(tǒng)修好，煤早就灑完了。每次事故的灑煤量都在二百噸左右，造成長時間停產(chǎn)。雖然經(jīng)過加強崗位操作教育和經(jīng)濟處罰等管理措施，事故次數(shù)可以減少一點，但每年也要出現(xiàn)幾次。

圖3 裝煤車受煤流程圖

煤塔灑煤事故除人為因素外，煤塔控制系統(tǒng)還存在不足：

（1）煤塔底部磁接近開關(guān)因為現(xiàn)場安裝空間小，無法相隔太遠(yuǎn)，容易相互產(chǎn)生電磁干擾。

（2）煤塔授煤控制系統(tǒng)為簡單繼電控制回路，靈活性差，響應(yīng)速度慢，不能分析裝煤操作狀態(tài)。

（3）控制系統(tǒng)發(fā)生故障時，裝煤車畫面沒有報警，不能迅速判斷故障發(fā)生位置，并為快速恢復(fù)生產(chǎn)贏得時間。為了保障生產(chǎn)順利進行，需要盡快解決煤塔灑煤這個難題。

3 解決方案

針對上述問題，我們對控制系統(tǒng)硬件和軟件上做了相應(yīng)的技術(shù)改造：

（1）在裝煤車司機室工控機增加授煤狀態(tài)顯示畫面，每個漏嘴開、關(guān)狀態(tài)在裝煤車工控機WINCC上組態(tài)，為裝煤車司機檢查煤塔漏嘴運行狀態(tài)提供方便。

（2）授煤控制系統(tǒng)增加西門子300PLC控制器，所有漏嘴狀態(tài)、控制信號均經(jīng)過PLC分析處理。

（3）煤塔PLC向裝煤車提供故障報警信號，報警定義如下：漏嘴熱繼電器動作警報；漏嘴開、關(guān)限位同時動作警報；漏嘴限位開、關(guān)均沒有信號時，延時發(fā)出警報。

（4）授煤過程中只要發(fā)生故障警報就禁止裝煤車走行；把煤塔漏嘴關(guān)限位信號作為煤車啟動走行的條件，保證煤車每次走行時煤塔漏嘴都必須處于關(guān)閉狀態(tài)。

為了滿足以上控制要求，煤塔與裝煤車之間需要實現(xiàn)多點數(shù)據(jù)交換。煤塔漏嘴是固定設(shè)備，裝煤車是移動設(shè)備，兩者之間通訊如果采用滑觸線或磁滯式電纜卷筒方式，不但故障率高，占用空間大，而且所需成本太高。近年來，隨著無線通訊技術(shù)的發(fā)展，已由過去的模擬方式發(fā)展到現(xiàn)在的數(shù)字方式，其特點是硬件設(shè)備簡單、通訊速度快、通訊誤碼低。將無線以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)中，采用PLC多主站之間無線以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通訊，結(jié)合PC機畫面組態(tài)，能夠?qū)γ核┳鞝顟B(tài)進行實時監(jiān)控，是防止煤塔灑煤較好解決途徑。

西門子SCALANCE W系列設(shè)備解決方案屬于無線以太網(wǎng)解決方案的一種，這些有源網(wǎng)絡(luò)部件可以相互協(xié)同，旨在嚴(yán)酷的工業(yè)環(huán)境下，能夠集成、靈活、安全、高性能地構(gòu)建工業(yè)以太網(wǎng)。SCALANCE W同時遵循現(xiàn)有的4種國際通行的無線以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，具有很好的兼容性。兼容的標(biāo)準(zhǔn)有802.11a,802.11b, 802.11g,802.11h,可以使用2.4 G和5 G兩個免授權(quán)射頻頻段，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)54 Mbit/s，室外傳輸距離300 m，室內(nèi)傳輸距離100 m，完全滿足現(xiàn)場需要。煤塔與裝煤車通訊網(wǎng)絡(luò)如下圖4。

圖4 煤塔與裝煤車無線以太網(wǎng)連接

SCALANCE W移動通訊的組成可以分為三個子部分:無線接入點設(shè)備，RCoax天饋線系統(tǒng)，客戶端設(shè)備。無線接入點設(shè)備用來輻射一個無線信號區(qū)域用于移動的無線客戶端接入，它就象一個無線的基站一樣。RCoax天饋線結(jié)構(gòu)如圖5。

圖5 RCoax天饋線

RCOAX饋線系統(tǒng)的主體是漏波電纜，射頻信號通過漏波孔向外輻射。這種天線可以很好的規(guī)避障礙物的屏蔽作用，將射頻信號隨著電纜的敷設(shè)位置而向外延伸，單節(jié)最長可達(dá)200 M的敷設(shè)距離。RCOAX饋線系統(tǒng)可以像滑觸線一樣隨著軌道的彎轉(zhuǎn)而敷設(shè)，特有的RCOAX天饋線系統(tǒng)建立了一個無信號死區(qū)的無線網(wǎng)絡(luò)。

無線客戶端是將移動的控制器接入到無線接入點覆蓋的無線網(wǎng)絡(luò)中，達(dá)到移動設(shè)備通訊聯(lián)網(wǎng)的目的。

4 結(jié)語

本系統(tǒng)采用西門子SCALANCE W系列設(shè)備，運用PLC多主站之間的無線通訊技術(shù)，實現(xiàn)了裝煤車對煤塔授煤過程的穩(wěn)定控制。系統(tǒng)實際運行后，效果良好，達(dá)到了技術(shù)改造要求，具有安全、可靠、易于維護和擴展性好等特點，大大提高了煉焦生產(chǎn)效率。

[1]甑立東.西門子WinCC.V7基礎(chǔ)與應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社. 2011年11月第一版.

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[3]李建勇.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京：中央廣播電視大學(xué)出版社.2009年6月第一版

[4]單忠臣.機械CAD/CAM[M].北京：中央廣播電視大學(xué)出版社.2002年4月第一版.

[5]彭澎.計算機網(wǎng)絡(luò)基本原理[M].北京：華中理工大學(xué)出版社.2000年3月第一版.

Transformation of the Control System for the Coal Tower of Coking Oven

Sun Guanghui
(Tongling Xinyaxing Coking Co.,Ltd.,Tongling,Anhui 244000,China)

The application performance of coal receiving control system of the coal tower at the 7m top charging coke oven in Tongling Xinyaxing Coking is introduced.The abnormal shutdowns and failures caused by defects of electrical components at the coal tower mouthwere analyzed in detail.The original control system was modified by adopting PLC combining with industrial wireless Ethernet technology,which has greatly enhanced the operation safety of the coal tower equipment such as the charging cars and improved production efficiency.

coking oven；coal tower；industrial wireless Ethernet；PLC

TP27

B

1006-6764（2014）10-0071-04

2014-07-04

孫光輝（1972-），1995年畢業(yè)于安徽機電學(xué)院電氣工程系自動化專業(yè)；2011年安徽廣播電視大學(xué)機電一體化專業(yè)學(xué)習(xí)，本科學(xué)歷，電氣自動化工程師，現(xiàn)從事電氣專業(yè)技術(shù)工作。