石灰窯上料系統(tǒng)行程控制改造

孫遠(yuǎn)濤

(江蘇井神鹽化股份有限公司淮安堿廠，江蘇淮安 223200)

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石灰窯上料系統(tǒng)行程控制改造

孫遠(yuǎn)濤

(江蘇井神鹽化股份有限公司淮安堿廠，江蘇淮安 223200)

主要介紹了江蘇井神鹽化股份有限公司淮安堿廠石灰窯上料系統(tǒng)行程控制改造的基本情況，主要從設(shè)備控制調(diào)節(jié)、日常維護(hù)、節(jié)能降耗等方面闡述了本次改造取得的成果。

石灰窯；上料系統(tǒng)；卷揚(yáng)機(jī)；行程控制；SKLK智能主令控制器

淮安堿廠自2010年30萬t/a制堿裝置投產(chǎn)以來，經(jīng)過多次技術(shù)改造和新的設(shè)備控制系統(tǒng)的引進(jìn)，已經(jīng)達(dá)到年產(chǎn)48萬t的實(shí)際生產(chǎn)能力，為了保證生產(chǎn)的連續(xù)性，貫徹“清潔文明、節(jié)能增效” 的現(xiàn)代企業(yè)發(fā)展經(jīng)營理念，我們對上料系統(tǒng)行程控制進(jìn)行了探索改造。

1 改造前情況

1.1 上料系統(tǒng)的構(gòu)成

上料系統(tǒng)主要由卷揚(yáng)機(jī)、上料系統(tǒng)兩部分構(gòu)成。

卷揚(yáng)機(jī)由電機(jī)、減速機(jī)、機(jī)座、制動(dòng)器、繩轂及機(jī)械式行程控制裝置構(gòu)成。

上料系統(tǒng)主要由吊斗車、緩沖裝置、平衡砣、軌道、斗天輪、砣天輪構(gòu)成。

1.2 上料系統(tǒng)的工作原理

石灰窯的上料是將經(jīng)過計(jì)量的石灰石和焦炭混合料放入吊斗車，吊斗車被繞過斗天輪鋼絲繩吊住，通過卷揚(yáng)機(jī)繩轂的轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)傾斜8°的空中軌道將其送到窯頂料鐘內(nèi)，再經(jīng)布料器將混合料撒入窯內(nèi)(平衡砣被繞過砣天輪的鋼絲繩吊住，通過卷揚(yáng)機(jī)繩轂的轉(zhuǎn)動(dòng)在軌道上運(yùn)動(dòng)，主要起配重的作用)。吊斗車的運(yùn)行距離通過機(jī)械式行程控制裝置控制(如圖1)，行程控制裝置由與繩轂同運(yùn)轉(zhuǎn)的鏈輪，及控制箱上的鏈輪通過鏈條傳動(dòng)帶動(dòng)控制箱絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)使節(jié)點(diǎn)控制器在絲桿上左右運(yùn)動(dòng)，節(jié)點(diǎn)控制器通過與固定在行程控制箱上的紅外接觸器相接觸，達(dá)到控制吊斗車啟停的目的。

圖1 石灰窯上料系統(tǒng)機(jī)械式行程控制裝置

1.3 上料系統(tǒng)存在的問題

首先，吊斗車上行到窯頂通過上節(jié)點(diǎn)控制，上行距離不夠，料車內(nèi)混合料倒不凈導(dǎo)致帶料運(yùn)行，導(dǎo)致卷揚(yáng)機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行，不利于卷揚(yáng)機(jī)維護(hù)保養(yǎng)；其次，鏈條傳動(dòng)存在鏈條斷開或者掉鏈子的情況，或者由于調(diào)整不當(dāng)，上行距離過大，料車?yán)驎_擊斗架，導(dǎo)致料斗被卡或者連續(xù)沖擊致使料車?yán)蚺c料車之間連接受損，巡檢不及時(shí)極易發(fā)生料車掉落事故，對整個(gè)上料系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響，且檢修難度大周期較長，對后續(xù)工序的穩(wěn)定運(yùn)行影響較大；最后，機(jī)械式行程控制系統(tǒng)中，節(jié)點(diǎn)控制器的行程約30 cm，而石灰窯上料系統(tǒng)的軌道總長為42 m，節(jié)點(diǎn)控制器每調(diào)整一個(gè)毫米吊斗車位移變化為42 000/300=140 mm/mm，因此機(jī)械傳動(dòng)調(diào)整精度較低，不能滿足自動(dòng)控制過程中精確控制的要求。

2 改造基本情況

2.1 改造原則和總體思路

本次改造本著科學(xué)規(guī)劃，充分利用現(xiàn)有資源，提高上料系統(tǒng)的生產(chǎn)安全穩(wěn)定性的基本原則，在不改變原有設(shè)備及基礎(chǔ)設(shè)施上進(jìn)行合理改造。

2.2 方案選擇確定

我們通過有關(guān)技術(shù)論證，并結(jié)合國內(nèi)冶金、煤炭、水泥等相關(guān)設(shè)備的使用情況，確定本次改造內(nèi)容為，將機(jī)械控制改造為數(shù)控智能主令控制。

2.3 數(shù)控智能主令控制器性能介紹

2.3.1 工作原理

當(dāng)設(shè)備啟動(dòng)運(yùn)行后，設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)部位通過變送單元的萬向節(jié)與編碼器(現(xiàn)場智能控制器)一起轉(zhuǎn)動(dòng)。編碼器將運(yùn)行設(shè)備的位移轉(zhuǎn)換成格雷碼發(fā)送到可編程序控制器(PLC)的輸入端，可編程序控制器將采集到的格雷碼進(jìn)行累加、計(jì)算、譯碼等運(yùn)算處理，并將運(yùn)行設(shè)備的位移在現(xiàn)場控制面板的“當(dāng)前位”上顯示出來，并且將“當(dāng)前位”所顯示數(shù)據(jù)與控制面板中所設(shè)定的參數(shù)相比較，在滿足設(shè)定條件時(shí)發(fā)出相應(yīng)的控制信號，從而實(shí)現(xiàn)對運(yùn)行設(shè)備的精確定位。另一方面，可編程序控制器還對采集到的信號進(jìn)行分析，判斷設(shè)備是否未啟動(dòng)狀況下出現(xiàn)溜車故障，如出現(xiàn)故障立即發(fā)出停車信號，可以有效防止惡性事故的發(fā)生。

2.3.2 數(shù)字概念

吊石車在上料系統(tǒng)軌道上移動(dòng)的同時(shí)，卷揚(yáng)機(jī)轉(zhuǎn)轂通過萬向節(jié)帶動(dòng)編碼器一起旋轉(zhuǎn)，編碼器輸送到可編程序控制器的是一系列的編碼，吊石車在整個(gè)軌道行程中任一位置都有一個(gè)相對于“原點(diǎn)”的編碼，這些編碼按十進(jìn)制整數(shù)連續(xù)排列(-9000～+9000之間)，這些編碼就是用數(shù)字反映了吊石車在軌道上的實(shí)際位置(距離“原點(diǎn)”的點(diǎn)數(shù))，通過點(diǎn)數(shù)(mm/點(diǎn))可以計(jì)算出當(dāng)前位置距原點(diǎn)位置的米數(shù)。可以理解為軌道一個(gè)坐標(biāo)軸，以“原點(diǎn)”為坐標(biāo)原點(diǎn)，從小到大的范圍是-9000～+9000。

“原點(diǎn)”：是一個(gè)參考點(diǎn)(相當(dāng)于一個(gè)坐標(biāo)原點(diǎn))，與之對應(yīng)的是吊石車在軌道上整個(gè)行程中一個(gè)具體的物理位置，在PLC中“原點(diǎn)”的編碼為“0”，可以根據(jù)需要將把吊石車在軌道上任一位置的編碼設(shè)為“0”，設(shè)定為原點(diǎn)(我車間初次設(shè)置時(shí)，吊石車在底部時(shí)設(shè)為原點(diǎn))，小車的“當(dāng)前位”及設(shè)定的其他限位數(shù)據(jù)都以“原點(diǎn)”為參考點(diǎn)。當(dāng)“原點(diǎn)” 所對應(yīng)的實(shí)際物理位置變化時(shí)，“當(dāng)前位” 及設(shè)定的其他限位數(shù)據(jù)所反應(yīng)的實(shí)際物理位置都會發(fā)生相應(yīng)變化。

“當(dāng)前位”：吊石車在軌道上任一位置時(shí)所對應(yīng)的編碼我們稱之為“當(dāng)前位”，即為吊石車當(dāng)前在軌道上以參考點(diǎn)“原點(diǎn)”為坐標(biāo)的位置(編碼數(shù))。例如：吊石車在“原點(diǎn)”時(shí)對應(yīng)位置的編碼是“0”，我們稱“當(dāng)前位”是“0”，相對“原點(diǎn)”的距離是0點(diǎn)；吊斗車在軌道上另一位置時(shí)，對應(yīng)的編碼是“660”，也就是與原點(diǎn)“0”位置的距離是660個(gè)點(diǎn)。隨著吊石車的運(yùn)行對應(yīng)的編碼連續(xù)變化，“當(dāng)前位”也隨之不斷變化?！爱?dāng)前位”既是吊石車距參考點(diǎn)“原點(diǎn)”的實(shí)際位置。

精度計(jì)算：我廠使用的主令控制系統(tǒng)，當(dāng)小車在最底部時(shí)“當(dāng)前位”是0，行駛到最上部是5 200，卷揚(yáng)機(jī)軌道總長46 m，吊斗車從軌道底部到軌道頂部運(yùn)行過程中編碼器共采集5 200個(gè)數(shù)據(jù)，則每個(gè)點(diǎn)對應(yīng)的長度為：46 000 mm/5 200≈8.85 mm，也就是“當(dāng)前位”每增加或者減少一個(gè)點(diǎn)，小車實(shí)際運(yùn)行約8.85 mm。在實(shí)際使用過程中，由于智能控制器的響應(yīng)時(shí)間、卷揚(yáng)機(jī)制動(dòng)器的調(diào)整松緊情況、上料重量的不同而小車的慣性沖量不同，應(yīng)根據(jù)每臺的具體情況設(shè)定上、下限位(即頂部、底部停車提前量)。

2.4 新增設(shè)備與費(fèi)用

本次改造新增主要設(shè)備與費(fèi)用見表1。

表1 新增主要設(shè)備與費(fèi)用表

3 改造后情況

3.1 運(yùn)行可靠

該控制系統(tǒng)由先進(jìn)可靠的可編程控制器(PLC)與絕對型旋轉(zhuǎn)編碼器組成，通過旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)生的位置碼對現(xiàn)場物體位移的檢測，然后經(jīng)PLC譯碼、運(yùn)算、分析，產(chǎn)生不同的控制信號和各種保護(hù)輸出。這樣就大大避免了許多機(jī)械故障，從而大大提高了主令控制器運(yùn)行的可靠性。

3.2 調(diào)整簡捷

該主令的調(diào)整不需要任何工具，僅需對操作界面在現(xiàn)場進(jìn)行操作，即可達(dá)到調(diào)整的目的?？梢愿鶕?jù)帶料情況在操作界面直接調(diào)整上限位，或者根據(jù)鋼絲繩防亂裝置調(diào)整下限位，幾秒鐘即可完成，節(jié)約時(shí)間，減少勞動(dòng)強(qiáng)度。

3.3 調(diào)整精度高

該主令控制系統(tǒng)的調(diào)整精度可以達(dá)到毫米級，精確度相當(dāng)高。由于調(diào)整精度較高，任何員工學(xué)會主界面調(diào)整后，一旦出現(xiàn)異常情況，可以根據(jù)現(xiàn)場情況對主令控制系統(tǒng)進(jìn)行微調(diào)整，直至達(dá)到理想工況。避免了機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)必須由專人調(diào)節(jié)造成拖延，而使鋼絲繩吊架等超負(fù)荷工作，方便日常維護(hù)，延長了構(gòu)件的使用壽命，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。

3.4 報(bào)警保護(hù)功能強(qiáng)

該主令控制系統(tǒng)設(shè)有溜車故障保護(hù)、零速故障保護(hù)(卷揚(yáng)機(jī)系統(tǒng)故障保護(hù))和運(yùn)行信號失常等報(bào)警保護(hù)。當(dāng)卷揚(yáng)機(jī)運(yùn)行信號與被控設(shè)備位移方向不一致時(shí)，該主令可發(fā)出停車信號并報(bào)警，以避免溜車事故；當(dāng)有卷揚(yáng)機(jī)運(yùn)行信號，而無被控設(shè)備位移變化時(shí)，該主令即可發(fā)出停車信號并報(bào)警；當(dāng)有被控設(shè)備位移變化而無卷揚(yáng)機(jī)運(yùn)行信號時(shí)，該主令也發(fā)出停車信號并報(bào)警。各種情況下的停車信號的發(fā)出并報(bào)警，有效防止各種事故的發(fā)生，對設(shè)備的長周期穩(wěn)定運(yùn)行起到了保障作用。

3.5 全數(shù)字顯示

該主令控制系統(tǒng)將吊斗車在軌道上的位置，在控制主界面的當(dāng)前位用數(shù)字形象的表達(dá)出來，方便操作人員的觀察調(diào)整。

3.6 響應(yīng)速度快

該主令系統(tǒng)采用了可編程控制器進(jìn)行控制，響應(yīng)速度相當(dāng)快，可達(dá)到微米級，因此可在運(yùn)行狀態(tài)中進(jìn)行調(diào)整，設(shè)備不必停車即可對控制信號的輸出位置通過界面進(jìn)行調(diào)整。

4 結(jié) 論

我廠經(jīng)過對卷揚(yáng)機(jī)行程控制系統(tǒng)的探索改造，將機(jī)械控制改造為數(shù)控智能主令控制后，提高了上料系統(tǒng)的生產(chǎn)安全穩(wěn)定性，減少料車掉落風(fēng)險(xiǎn)，日常維護(hù)更方便，而且起到了節(jié)能降耗的效果；提高了上料系統(tǒng)行程調(diào)節(jié)的快捷性和可靠性，為我廠的后續(xù)工序穩(wěn)定高效運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。

TQ114.15

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1005-8370(2016)02-18-03

2014-11-28