7 m焦炉煤塔授煤控制系统改造

孙光辉

7 m焦炉煤塔授煤控制系统改造

孙光辉

(铜陵新亚星焦化有限公司机动车间，安徽铜陵244000)

介绍了7 m顶装焦炉煤塔授煤控制系统在铜陵新亚星焦化厂的应用情况，对煤塔漏嘴电气元件缺陷造成异常停机和事故进行了详细的分析，采用PLC结合工业无线以太网技术对原控制系统进行改造，大大增强了煤塔及装煤车等设备在运行过程中的安全性能，提高了生产效率。

焦炉；煤塔；工业无线以太网；PLC

17 m焦炉煤塔授煤控制系统概况

铜陵新亚星焦化二期130万t 7 m顶装焦炉及储运煤塔工程由中冶焦耐院设计制造。焦炉装煤主要设备有安装于煤塔底部电液动闸门和位于焦炉顶部的装煤车。电液闸门开闭动作由电液推杆实现，推杆电机正反转，分别对应斗门开闭动作。漏嘴斗门打开时，储存在煤塔里的煤由于重力从漏嘴落下，如果漏嘴正对下方装煤车储料仓，就可以对装煤车进行授煤。当漏嘴斗门关闭时，停止授煤。装煤车在焦炉炉顶的轨道上运行，其主要作用是从煤塔取煤经计量后按作业计划将煤装入焦炉炭化室内。煤塔漏嘴共有A、B、C 3列，每列均有4个漏嘴，分别对应装煤车4个储料斗。漏嘴电液动闸门配有开限位和关限位。焦炉装煤车受煤如图1。

图1 炼焦装煤车煤塔受煤示意图

煤塔漏嘴开、闭是通过磁接近开关发出动作信号的。磁接近开关线圈安装在装煤车顶部，磁开关感应触头安装在煤塔漏嘴相应位置，磁开关线圈得电，发出漏嘴斗门开或关的指令。装煤结束后，相应列的煤塔漏嘴斗门全部关闭，通过磁开关向装煤车发出装煤结束连锁信号，此时装煤车才能离开煤塔向焦炉炭化室装煤。煤塔A列授煤（B、C授煤与此相同）与装煤车顶部磁接近开关分布如图2。

图2 煤塔与装煤车磁开关分布

装煤车到煤塔受煤有两种操作模式，地面操作箱手动操作与装煤车司机室上位机操作。装煤车司机岗位定员1人，车上控制器为西门子S7-400 PLC，司机室显示屏为西门子WinCC 7.0组态。平时生产以车上受煤方式为主。地面操作箱选定受煤位置（A-C列），装煤车开到煤塔准确停车后，从车载上位机操作受煤开始，信号通过磁接近开关发送到煤塔，煤塔就会打开相应漏嘴授煤，当装煤车煤斗料位计有装满信号时，装煤车发出授煤停止信号通过磁接近开关传给煤塔漏嘴，漏嘴关闭，停止授煤过程。装煤车受煤流程如图3。

2 存在的问题

煤塔授煤装置由于设计、制造经验不足等方面的原因，自投产以来，曾出现过多次洒煤现象。装煤车司机每天重复进行着先从煤塔取煤然后到焦炉顶加煤的操作。当司机把装煤车加满煤,进行煤塔漏嘴关闭操作时,因司机不能直接观察到煤塔漏嘴的开关状态,若要确认煤塔漏嘴关闭状态,就必须到装煤车顶去观察。然后,他们才能从装煤车顶下来,开走装煤车到焦炉顶去加煤。实际生产中，很少有司机能严格按照要求操作，做到每一步操作都经过确认到位之后再进行下一步。他们在取完煤后，进行关闭煤塔漏嘴操作，听到有关门声，感觉没有异常，就认为煤塔漏嘴已经关闭，直接开装煤车到炉顶去加煤，省略了到装煤车顶检查这一步，如果煤塔漏嘴没有关或没有关严，就可能造成煤塔洒煤事故。更严重的是当煤塔漏嘴有故障时，装煤车开走后，因煤塔漏嘴比装煤车轨道高7米以上，所以没有办法把开着的煤塔漏嘴人工关闭。若等到控制系统修好，煤早就洒完了。每次事故的洒煤量都在二百吨左右，造成长时间停产。虽然经过加强岗位操作教育和经济处罚等管理措施，事故次数可以减少一点，但每年也要出现几次。

图3 装煤车受煤流程图

煤塔洒煤事故除人为因素外，煤塔控制系统还存在不足：

（1）煤塔底部磁接近开关因为现场安装空间小，无法相隔太远，容易相互产生电磁干扰。

（2）煤塔授煤控制系统为简单继电控制回路，灵活性差，响应速度慢，不能分析装煤操作状态。

（3）控制系统发生故障时，装煤车画面没有报警，不能迅速判断故障发生位置，并为快速恢复生产赢得时间。为了保障生产顺利进行，需要尽快解决煤塔洒煤这个难题。

3 解决方案

针对上述问题，我们对控制系统硬件和软件上做了相应的技术改造：

（1）在装煤车司机室工控机增加授煤状态显示画面，每个漏嘴开、关状态在装煤车工控机WINCC上组态，为装煤车司机检查煤塔漏嘴运行状态提供方便。

（2）授煤控制系统增加西门子300PLC控制器，所有漏嘴状态、控制信号均经过PLC分析处理。

（3）煤塔PLC向装煤车提供故障报警信号，报警定义如下：漏嘴热继电器动作警报；漏嘴开、关限位同时动作警报；漏嘴限位开、关均没有信号时，延时发出警报。

（4）授煤过程中只要发生故障警报就禁止装煤车走行；把煤塔漏嘴关限位信号作为煤车启动走行的条件，保证煤车每次走行时煤塔漏嘴都必须处于关闭状态。

为了满足以上控制要求，煤塔与装煤车之间需要实现多点数据交换。煤塔漏嘴是固定设备，装煤车是移动设备，两者之间通讯如果采用滑触线或磁滞式电缆卷筒方式，不但故障率高，占用空间大，而且所需成本太高。近年来，随着无线通讯技术的发展，已由过去的模拟方式发展到现在的数字方式，其特点是硬件设备简单、通讯速度快、通讯误码低。将无线以太网技术应用于现场总线网络中，采用PLC多主站之间无线以太网数据通讯，结合PC机画面组态，能够对煤塔漏嘴状态进行实时监控，是防止煤塔洒煤较好解决途径。

西门子SCALANCE W系列设备解决方案属于无线以太网解决方案的一种，这些有源网络部件可以相互协同，旨在严酷的工业环境下，能够集成、灵活、安全、高性能地构建工业以太网。SCALANCE W同时遵循现有的4种国际通行的无线以太网标准，具有很好的兼容性。兼容的标准有802.11a,802.11b, 802.11g,802.11h,可以使用2.4 G和5 G两个免授权射频频段，数据传输速率高达54 Mbit/s，室外传输距离300 m，室内传输距离100 m，完全满足现场需要。煤塔与装煤车通讯网络如下图4。

图4 煤塔与装煤车无线以太网连接

SCALANCE W移动通讯的组成可以分为三个子部分:无线接入点设备，RCoax天馈线系统，客户端设备。无线接入点设备用来辐射一个无线信号区域用于移动的无线客户端接入，它就象一个无线的基站一样。RCoax天馈线结构如图5。

图5 RCoax天馈线

RCOAX馈线系统的主体是漏波电缆，射频信号通过漏波孔向外辐射。这种天线可以很好的规避障碍物的屏蔽作用，将射频信号随着电缆的敷设位置而向外延伸，单节最长可达200 M的敷设距离。RCOAX馈线系统可以像滑触线一样随着轨道的弯转而敷设，特有的RCOAX天馈线系统建立了一个无信号死区的无线网络。

无线客户端是将移动的控制器接入到无线接入点覆盖的无线网络中，达到移动设备通讯联网的目的。

4 结语

本系统采用西门子SCALANCE W系列设备，运用PLC多主站之间的无线通讯技术，实现了装煤车对煤塔授煤过程的稳定控制。系统实际运行后，效果良好，达到了技术改造要求，具有安全、可靠、易于维护和扩展性好等特点，大大提高了炼焦生产效率。

[1]甑立东.西门子WinCC.V7基础与应用[M].北京：机械工业出版社. 2011年11月第一版.

[2]西门子培训资料.西门子Simatic S7-300/400系统、维护和编程

[3]李建勇.机电一体化系统设计基础[M].北京：中央广播电视大学出版社.2009年6月第一版

[4]单忠臣.机械CAD/CAM[M].北京：中央广播电视大学出版社.2002年4月第一版.

[5]彭澎.计算机网络基本原理[M].北京：华中理工大学出版社.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

孙光辉（1972-），1995年毕业于安徽机电学院电气工程系自动化专业；2011年安徽广播电视大学机电一体化专业学习，本科学历，电气自动化工程师，现从事电气专业技术工作。