苗長青

（承德中灤煤化工有限公司，河北 承德 067002）

某焦化廠部分推焦車電氣系統(tǒng)各類故障較為頻發(fā)，因電氣系統(tǒng)故障而影響焦爐正常生產(chǎn)的情況也時有發(fā)生，為此，組織技術(shù)人員對某推焦車電氣控制系統(tǒng)進行了相應(yīng)的改造設(shè)計，有效降低了推焦車電氣系統(tǒng)的故障率，同時提升了設(shè)備的自動化水平，在實際生產(chǎn)中取得了良好的效果。

1 推焦車電氣系統(tǒng)概述

推焦車是由電機驅(qū)動的大型機電一體化設(shè)備，由專用滑線提供380V動力電源。生產(chǎn)過程中的各種操作，包括走行、摘門、掛門、推焦、平煤等全部由電機、無觸點開關(guān)、限位開關(guān)等電氣設(shè)備進行控制實現(xiàn)，因此，推焦車上的各種電氣設(shè)備也是非常多，而且是復(fù)雜的?？偟膩碚f，推焦車電氣系統(tǒng)包括走行系統(tǒng)、取門系統(tǒng)、推焦系統(tǒng)、平煤系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和其他輔助系統(tǒng)。

2 推焦車電氣系統(tǒng)存在的問題

當推焦車由人工操作變?yōu)槿詣硬僮鲿r，對操作過程中每一步驟執(zhí)行的準確性有著更加嚴格的要求，任何錯誤信號都有可能造成人身和設(shè)備的重大安全事故。這就需要全自動操作系統(tǒng)具有更加齊全和完善的安全保障措施，這也是系統(tǒng)研制成敗的關(guān)鍵。

（1）機械震動造成的無觸點開關(guān)損壞。推焦車電氣系統(tǒng)采用可控硅無觸點開關(guān)控制，在實際生產(chǎn)中，由于推焦車軌道平整度不足，推焦車往來行走和推焦時引起的震動有時會造成電氣線路和無觸點開關(guān)的損壞，使機車停電而影響生產(chǎn)。

（2）接觸器損壞。推焦和平煤機構(gòu)的速度控制還采用較為落后的串電阻調(diào)速，為了保證工作性能，適應(yīng)快節(jié)奏生產(chǎn)，電阻值不能選的太大，因而也造成了推焦車在推焦和平煤過程中檔位速度差別不大。這種調(diào)速方式的弊端是較為明顯的，尤其是當推焦桿或平煤桿操作結(jié)束需要停止時，只能采取反接的方式進行制動。由于推焦桿和平煤桿重量很大，動作時慣性也非常大，這種反接的方式在頻繁的制動操作下，較大的電流沖擊容易使接觸器損壞，嚴重的還會造成減速機齒輪和電機的毀壞。如此一來，既影響了正常生產(chǎn)，又增加了備件消耗，增加了維修成本。

（3）難以準確對位。推焦車走行機構(gòu)由電機提供動力，通過減速機和傳動軸將動力傳遞至走行輪，使機車可以在軌道上往來行走。推焦車走行機構(gòu)電氣控制方式為無觸點開關(guān)控制，走行速度為恒速。由于機車行駛速度較快且為恒速，在生產(chǎn)中需要停車對位時，在巨大的慣性作用下使得機車常常來回晃動難以準確對位，給生產(chǎn)帶來了很多麻煩，難以適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求。并且由于機車啟停很頻繁，慣性也很大，因而也容易造成無觸點開關(guān)和機械齒輪的損壞。

3 系統(tǒng)構(gòu)成

（1）采用感應(yīng)無線通信。數(shù)據(jù)通信是全自動操作系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié)，其準確性、可靠性是決定該系統(tǒng)的成敗因素。在方案中采用新型抗干擾感應(yīng)無線通信技術(shù)和設(shè)備。其通信原理為正交通信，當車載天線沿著編碼電纜移動時，在任意點上的感應(yīng)信號電壓不為零，保證了通信的連續(xù)穩(wěn)定。采用調(diào)頻方式（也可用調(diào)相方式），載波頻率為40KHZ～100KHZ的超長波，輻射干擾小，誤碼率優(yōu)于10-6，實現(xiàn)了穩(wěn)定可靠的通信。

（2）機車位置采用車上檢測地址方式。推焦車位置檢測過去采用由中控室檢測機車位置的模式（簡稱“地上測址”），即由中控室發(fā)送載波信號，機車接收后將位置信號返送給中控室，中控室解碼后還原出機車實際位置。該模式存在通信速率慢、檢測時間長以及不能同時檢測多臺車輛地址等缺陷。車上檢測機車位置的模式（簡稱“車上測址”），即由中控室通過載波發(fā)生器不間斷地向編碼電纜發(fā)送地址檢測用的載波信號，沿電纜方向上的所有機車可通過地址天線箱接收載波，地址檢測器以每次4ms～6ms的速度解碼還原出機車所在位置，并將地址送予車上控制器，機車直接檢測出當前地址。此模式的優(yōu)勢在于：①位置檢測精度高達±5mm，且為連續(xù)的絕對地址，即使中途掉電，則復(fù)電后能立即得出當前位置，不需要參考點重新校準。可靠地實現(xiàn)了機車對位聯(lián)鎖控制；②編碼電纜上的多臺機車可同時檢測其自身地址，各車一次測址只需幾毫秒，它解決了地上測址模式存在的檢測周期長的缺陷；③機車不必通過與中控室（地上局）的通信就能知道自己的精確的位置（地址），提高了系統(tǒng)的實時性，相當于無滯后的即時位置。有了精確的即時地址，也就能精確地對機車實施令行禁止。這一點對精確定位尤其重要。因此，車上位置檢測功能是實現(xiàn)機車自動走行、無人駕駛的必備基礎(chǔ)。

（3）機車自動走行的自糾偏差數(shù)學模型。雖然具備了機車位置的高速連續(xù)測址的基礎(chǔ)，但如何控制推焦車行進的速度，實現(xiàn)機車快速、準確、連續(xù)的“自動走行”，也是實現(xiàn)全自動操作的一個重要而關(guān)鍵的技術(shù)環(huán)節(jié)。為此結(jié)合采用“模糊控制”算法和PID控制算法，建立了一個自動走行的自糾偏差數(shù)學模型。當系統(tǒng)處于自動走行狀態(tài)時，機車控制器高速循環(huán)判斷機車當前地址和計劃爐號的目標地址差值，形成地址、地址差值與機車速度之間的三維動態(tài)曲線，分析現(xiàn)場工況的變化、天氣因素和設(shè)備的狀態(tài)變化所產(chǎn)生的影響，最后向機車變頻調(diào)速機構(gòu)發(fā)出行走控制指令，指揮移動機車無級（或多級）調(diào)速行駛、滑行、剎車等。萬一剎車后位置有誤差，控制器能根據(jù)其差值自動發(fā)出點動指令，驅(qū)動機車向目標地址精確定位。同時，在速度控制曲線中自動記錄其修正值，達到自適應(yīng)精確自動走行的理想效果。

（4）增強系統(tǒng)的抗干擾能力。為了抑制環(huán)境干擾，采用高集成度的大規(guī)模CPLD器件作信號處理電路，構(gòu)成對共模電磁干擾的有效抑制。它為輸入輸出可編程電路，而且可根據(jù)信號強弱自調(diào)整增益，使得系統(tǒng)部件少，結(jié)構(gòu)緊湊，抗干擾能力更強，在大功率變頻器的電網(wǎng)下，也能可靠無誤地工作。

（5）采用雙PLC控制系統(tǒng)。綜合考慮作業(yè)的特性，對PLC控制系統(tǒng)進行了改進，將本系統(tǒng)的PLC控制器和推焦車的PLC控制器聯(lián)接在一起，利用車上測址的獨特優(yōu)勢，在控制上將系統(tǒng)分為大、小兩個循環(huán)。大循環(huán)運行介質(zhì)由地上中控室、編碼陣列、車載控制部分構(gòu)成，可提供系統(tǒng)的聯(lián)鎖控制和完成復(fù)雜的工藝控制；小循環(huán)運行介質(zhì)由車上位置檢測、車載控制中心、PLC控制器、變頻調(diào)速器等構(gòu)成，可獨立完成自動走行控制的調(diào)節(jié)精度和速度，是和大循環(huán)互為補充的工藝控制。同時還增加了對機車動作的數(shù)據(jù)采集、邏輯判斷、故障診斷功能，并完善了控制程序。這一系列的改進使推焦車自動化控制程度更高，控制的穩(wěn)定性更好，避免了誤操作，保障系統(tǒng)工作的安全性。

4 推焦車電氣自動控制系統(tǒng)的改造方案

（1）為解決頻繁的因機械震動和大電流沖擊而造成的可控硅無觸點開關(guān)損壞問題，電氣控制改造中采用繼電器、斷路器、接觸器代替了無觸點開關(guān)，所有電氣器材均選用進口ABB產(chǎn)品，保證了系統(tǒng)的可靠性。走行機構(gòu)電氣系統(tǒng)采用變頻器控制，電機全部改為變頻電機，實現(xiàn)了機車走行的軟啟動和軟停止，減少了頻繁啟停對無觸點開關(guān)和機械齒輪等部件的損害，降低了設(shè)備故障率；機車行走可分檔控制，改善了因車輛慣性而造成的難以準確對位的問題，提高了生產(chǎn)效率，減少了生產(chǎn)事故。在過去手動操作下，由于推焦桿和平煤桿上沒有限位開關(guān)，因此，在生產(chǎn)中推焦桿脫位掉到焦爐的情況也時有發(fā)生。采用可編程邏輯控制器（PLC）、絕對值旋轉(zhuǎn)編碼器和渦流制動器對推焦車推焦和平煤系統(tǒng)進行了自動化改進，通過編碼器產(chǎn)生的位置碼實現(xiàn)對機車位移的檢測，然后經(jīng)PLC譯碼、運算并產(chǎn)生和發(fā)出相應(yīng)的控制信號和保護輸出。自動化控制系統(tǒng)改造采取以弱電控制強電，以系統(tǒng)控制取代人工機械操作的方式，減少了人為操作可能出現(xiàn)的失誤。在實際推焦生產(chǎn)中，自動控制系統(tǒng)設(shè)置了推焦桿前減、前停、后減、后停、爐前微速、爐前暫停等多個運行區(qū)間，當推焦桿執(zhí)行某項操作，到達某個位置時，自動控制系統(tǒng)便會發(fā)出控制信號，控制推焦桿的運行。為了使系統(tǒng)運行更為可靠，還在推焦桿、平煤桿上安裝了電子式限位開關(guān)。

（2）改造應(yīng)用效果。通過對推焦車電氣控制系統(tǒng)的改造，使推焦車走行、推焦、平煤等生產(chǎn)環(huán)節(jié)得到了較好的控制，提高了電氣系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和推焦車的自動化控制水平，降低了人員勞動強度和可能出現(xiàn)的誤操作，減少了各類設(shè)備故障和生產(chǎn)事故的發(fā)生。

總之，推焦車電氣系統(tǒng)的控制開關(guān)、走行機構(gòu)、推焦和平煤系統(tǒng)進行了相應(yīng)的技術(shù)改造，使推焦車電氣系統(tǒng)故障率高的問題得到了較好的解決，并提高了設(shè)備的自動化水平，使其能夠繼續(xù)適應(yīng)焦爐生產(chǎn)需要。