安鋼140T干熄焦提升機控制系統(tǒng)淺析

連 亮 王彥華 李運娥

（安陽鋼鐵集團公司焦化廠，河南 安陽 455004）

1 前言

干熄焦提升機是干熄焦裝置的主要設備之一，其主要工作流程是將裝滿紅焦的焦罐通過提升井架提升至干熄爐頂框架平行位，并橫移至干熄爐爐頂與裝入裝置相配合將紅熱焦炭裝入干熄爐內，裝完紅焦后再將空焦罐放回運載電機車上。在整個過程中主要由PLC控制變頻器驅動主提升電機及走行電機工作，并其他設備聯(lián)動運行完成焦罐的提升、橫移、裝入動作安鋼140T干熄焦采用了國內流行的設備布局，干熄爐建在焦爐端臺外側，提升井架跨越熄焦車軌道兩側采用直接提升方式。

2 控制系統(tǒng)概述

提升機控制分為中央自動、車上自動和車上手動三種方式。三種方式在提升機頂部司機室可以實現(xiàn)切換。在一般正常情況下系統(tǒng)處于中央自動模式下，提升機的提升裝置在PLC程序控制下按預定的速度曲線，完成掛鉤、焦罐離車，經(jīng)一系列的加減速動作將焦罐提升到頂部。走行裝置也是在PLC的控制下將焦罐車按預定的速度曲線進行控制，使得焦罐車安全的運到干熄爐的頂部并準確定位。在焦罐向干熄爐頂部移動的同時，提升機PLC系統(tǒng)會給裝入裝置及干熄焦主控PLC系統(tǒng)發(fā)出同步動作信號?？刂谱詣哟蜷_干熄爐蓋和爐頂除塵閥門，除塵風機的轉速也處于高速狀態(tài)下，使得干熄爐口的壓力為負壓，防止粉塵的外逸和空氣進入干熄爐里。等到干熄爐蓋完全打開后，提升機再將焦罐按預定的速度曲線，放在干熄爐頂部。焦罐到位后，其底門靠自身重力自動打開，向干熄爐的預存段裝入紅焦。裝焦完畢后提升機PLC系統(tǒng)在收到裝入裝置及干熄焦主控PLC反饋的干熄爐蓋、爐頂除塵閥門關閉等信號后?？刂铺嵘b置、走行裝置又按預定的速度曲線，將空焦罐送回到正在電機車上等待的臺車上，從而完成一個裝焦過程的循環(huán)。提升裝置、走行裝置的卷上、卷下以及走行控制，由現(xiàn)場設備上安裝的編碼器檢測其移動的位置，同時發(fā)給對應的西門子變頻器和PLC，經(jīng)過PLC的計算后，給定變頻器加減速及定位指令。

3 PLC系統(tǒng)組成

提升機的控制系統(tǒng)核心采用了西門子S7-400H冗余系統(tǒng)，由CPU414-4H組成雙機熱備。無故障時兩個子單元都處于運行狀態(tài)，在發(fā)生故障時無擾動地自動切換，每一個子單元能獨立完成整個過程的控制。兩個中央控制器通過光纜和冗余模塊互連，在真正實現(xiàn)了實時數(shù)據(jù)傳輸，確保雙CPU程序的完全一致。當控制程序發(fā)生改變時，可以自動完成程序下裝功能，以滿足控制的穩(wěn)定及可靠性需求。另外，在提升機頂部司機室設有E200M遠程I/O站，負責將提升機上所有的檢測信號集中采集，并通過PROFIBUS-DP總線與遠方提升機控制柜的CPU模塊進行信號傳輸。提升機控制系統(tǒng)由兩層構成：上層為綜合監(jiān)控系統(tǒng)，主要元件為工業(yè)觸摸屏，通過PROFIBUS總線與PLC通訊，完成狀態(tài)的圖形顯示及參數(shù)的設定，司機室和提升機PLC控制柜板上各設一個。同時也可以使用筆記本電腦通過5516網(wǎng)卡使用MPI數(shù)據(jù)線與CPU通訊，以便隨時連接和監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)；下層為控制層，正常情況下提升機處于自動運行狀態(tài)無人值守，要求動作全部自動完成，并且要求保持一定的生產(chǎn)節(jié)奏。其程序控制主要為順序控制及相關的聯(lián)鎖控制，由于提升機要配合電機車、APS定位裝置、牽引裝置、裝入裝置一起工作，所以相關的聯(lián)鎖條件是必不可少的。提升機在提升和下降運行的過程中，采用多次速度變化的方法，主要目的是減小設備沖擊和提高運行節(jié)奏。既可以提高一定的效率，又可以減小沖擊及保證定位的精度。安裝在提升井架與干息爐頂部框架上的位置檢測開關以及安裝在提升、走行電機軸上的速度編碼器。通PROFIBUS-DP總線與變頻調速器及可編程控制器進行實時數(shù)據(jù)通訊.系統(tǒng)程序通過位置信號及提升機提升井側、熄焦室側判斷條件，選擇不同的速度選擇方法。并輸出用于行走、提升控制的速度信號通過數(shù)據(jù)總線傳送到相應的變頻調速器.相應的變頻調速器再分別驅動走行、提升電機及制動單元，從而構成速度閉環(huán)控制回路。

4 變頻驅動系統(tǒng)

安鋼140T干熄焦提升機提升電機和走行電機變頻控制裝置選用西門子公司的6SE7系列逆變裝置，通過公共直流母線掛在整流回饋單元AFE(6SE7041-0EH85-1AA0)，實現(xiàn)電動機回饋制動功能?？刂葡到y(tǒng)與變頻裝置之間通過Y型連接器與Profibus-DP總線進行通訊。AFE為整流回饋單元，其主要功能有：通過控制能量流向，把進線側3相交流電源轉化為規(guī)定的直流母線電壓；通過控制變壓器把進線側3相交流電源轉化為交流115V控制電源。在RGU中功率元件采用IGBT。RGU可以工作在3種模式：電動狀態(tài)，控制IGBT導通調節(jié)電壓和電流，使電流由交流側流向直流母線側；再生狀態(tài)，控制IGBT導通調節(jié)電壓和電流，使電流由直流母線側流向交流側；二極管整流橋模式，RGU不調節(jié)電壓和電流，功率元件工作在二極管整流橋模式，電流從交流側流向直流母線側。功率范圍廣，性能強大；靈活性使復雜的應用簡單化；高度集成，支持多種通訊協(xié)議的網(wǎng)絡結構；優(yōu)化的功率模塊結構設計減小高次協(xié)波，反射波及控制干擾；緊湊的設計節(jié)省安裝空間。并且本系列產(chǎn)品擁有力矩校驗功能，可以使變頻器在位能性負載的提升過程中與機械抱閘動作良好配合，防止出現(xiàn)溜車及電機堵轉電流過大的情況，對機械及電氣設備的使用壽命都有好處。當變頻器在提升設備應用力矩校驗功能時，變頻器收到運行命令后，變頻器首先快速建立磁通，輸出轉矩，在確認輸出轉矩存在的情況下，發(fā)出釋放抱閘信號，在停車的過程中，首先使變頻器進入其懸停狀態(tài)，也就是說在變頻器收到停車命令后，變頻器減速到零速并可以在機械抱閘不動作的條件下維持零速的功能，在變頻器進入懸停狀態(tài)后，變頻器輸出控制抱閘閉合，然后撤銷輸出轉矩。并且在力矩校驗功能啟用的條件下，變頻器自動啟用下列功能：溜鉤保護、速度偏離保護（失速保護）、輸出缺相保護和編碼器丟失保護。使用力矩校驗功能可以較為簡單的實現(xiàn)變頻器帶電機作為提升設備的應用。本次140T干熄焦工程提升機變頻器主要采用端子控制方式，通訊功能作為讀取變頻器數(shù)據(jù)使用。走行變頻器預設兩檔速度，提升變頻器預設三檔速度，根據(jù)不同的階段給出提升和走行的不同速度選擇。變頻器啟動、方向及速度選擇信號由繼電器給出，抱閘控制由變頻器本身完成。提升機提升走行變頻裝置采用帶有速度傳感器的矢量控制方式，速度控制具有良好的精度和穩(wěn)定性。啟動制動性能好，可以在短時間完成零速到額定轉速的啟動過程或由額定轉速減小到零速的制動過程，減少啟動制動時間，有利于適應生產(chǎn)節(jié)奏的要求。

5 結語

干熄焦提升機電氣控制系統(tǒng)，采用了西門子先進的全數(shù)字矢量型交流變頻調速裝置與PLC的相互結合使用。并且PLC的CPU與通信I/O都使用了冗余控制技術，大大提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。對位控制采用的是絕對值編碼器，定位準確，精度很高，能滿足干熄焦的工藝的要求。該控制系統(tǒng)裝置具有結構簡單、操作方便、運行可靠，調速性能良好等優(yōu)點。從2009年6月運行至今控制系統(tǒng)本身未出現(xiàn)任何故障問題，有力的對此進行了驗證。

[1]潘立慧,魏松波等.干熄焦技術[J].冶金工業(yè)出版社,2005.02.

[2]孫學為.干熄焦新技術新工藝與設備狀態(tài)維護及檢修實用手冊 [J].北方工業(yè)出版社，2007.10.