5#、6#焦炉电机车电气控制系统优化及改造

彭 凯

(攀枝花钢钒有限公司炼铁厂,四川攀枝花 617000)

5#、6#焦炉电机车电气控制系统优化及改造

彭 凯

(攀枝花钢钒有限公司炼铁厂,四川攀枝花 617000)

介绍了攀钢钒炼铁厂5#、6#焦炉电机车电气控制系统的配置、工作方式和特点。针对存在的问题,阐述了电气控制系统优化及改造的方法和解决的效果。

控制系统;变频器;PLC;优化

1 引言

攀钢钒炼铁厂5#、6#焦炉ZK1223型电机车由大连重矿设备公司制造,于2009年5#、6#焦炉干熄焦项目建设时配套完成并投入使用,是干熄焦系统配套的专用设备。电机车往返熄焦线上牵引和操纵干熄焦焦罐车或水熄焦车,为焦罐车、熄焦车走行和焦罐旋转提供动力,是焦炉及干熄焦设备系统里最重要的设备之一。

经过多年的生产运行,电机车电气系统的安全稳定运行已成为炼焦设备安全生产的保障,每当变频器、PLC、触摸屏出现故障都会影响整个焦炉生产顺行。为适应焦炉生产和干熄焦工艺的需要,保证系统可靠运行,对5#、6#焦炉电机车电气控制系统进行了优化及改造。

2 设备现状

电机车在干熄焦生产时,用于牵引、制动焦罐台车,控制圆形焦罐的旋转、定位,完成接红焦动作;在干熄焦提升机井架处,电机车通过地面站检测装置进行CDQ对位,完成接空罐和送红焦满罐的任务。

5#、6#焦炉电机车电气控制系统,走行采用交流变频调速控制,由2台走行电机(YZB315M-10 75KW)和2台走行变频器(6ES7031-8EF60 110kw)组成,双电机等力矩同步驱动,双变频器一对一控制。在一台故障情况下,另外一台可以独立运行保证生产。焦罐旋转采用1台变频器(6SE7026-0ED61 22KW),通过接触器选择、快速插头连接分别控制两台焦罐车上的焦罐旋转电机(YEJ200L1-6 18.5KW),实现焦罐的启停、旋转和定位。

整车由一套西门子PLC(CPU 315-2DP)实现全车程序控制,并通过Profibus-DP通讯连接司机室西门子触摸屏(MP 377 12”Touch),作为焦罐旋转操作和系统监控使用。监控画面见图1,其中①部分图框为焦罐旋转控制按钮,②部分图框为设备状态显示,③部分图框为条件允许信号显示。

图1 触摸屏画面

电机车上三台6SE70工程型变频器均由PLC程序控制,PLC通过“MOVE”传送指令将不同的控制字“DW#16#…”经PLC的Profibus-DP通讯口、DP通讯双绞线传输到变频器CUVC板上的DP通讯板,得以实现对变频器的启停及调速远程通讯控制,见图2。

图2 传送15Hz频率梯形图

3 存在的问题及原因分析

3.1 存在的问题

近几年在生产过程中,经常发生焦罐旋转变频器DP通讯板、DP头损坏、通讯干扰而造成DP从站丢失、PLC的DP故障、PLC报错、与变频器的通讯中断、变频器不工作等问题;以及触摸屏死机、损坏,触摸面板失灵造成不能操作等故障。由于三台变频器、触摸屏均是PLC通过DP通讯线一一串接控制,出现故障查找复杂,耽误时间长,严重影响焦炉及干熄焦正常安全生产。

3.2 原因分析

电机车PLC与变频器间的Profibus-DP通讯,实际属于RS485物理总线的串口通讯线,不能带电插拔。电机车在生产过程中运行抖动及惯性冲击,经常造成变频器的DP通讯板、Profibus线的DP头、PLC的DP接口因为松动或漏电而造成通讯系统物理损坏等故障。同时在变频器工作时,往往伴随着低频干扰,DP通讯线由于设备布局原因和动力电缆、控制电缆混在一起平行敷设,且同在一个电机车里,PLC系统、DP通讯线屏蔽层接地与变频器的地线只能共接,之间没有隔离器件,无法隔离,通讯线干扰严重。

触摸屏故障除了上述原因,还包括高温、高粉尘的工作环境,车辆震动大、不当的操作习惯等原因造成损坏。

另外,5#、6#焦炉电机车走行为双变频器双电机一对一控制,双电机等力矩同步驱动,每台都可以独立运行保证生产,一台损坏对生产也不会造成大的影响。而焦罐旋转变频器只有1台,通过接触器控制回路,连接快速插头来实现两台焦罐台车焦罐旋转电机的分别控制。当这唯一的焦罐旋转变频器发生故障不能及时恢复时,两台焦罐台车均无法生产。

4 优化及改造

通过上述的分析,我们对电机车电气控制回路进行了以下优化和改进。

图3 焦罐旋转变频器主接线

(1)在电机车原变频器柜及PLC电控柜的控制动力电缆均不变的情况下,新增(3#-2)焦罐旋转变频器一台,铺设相应的电气主回路和控制回路电缆。两台变频器通过接触器或空气开关切换,实现双焦罐旋转变频器的互备,主接线见图3,设备布置见图4。

(2)取消三台变频器DP通讯控制线。将操作台上原走行控制的转换开关拆除,断开其到PLC的输入点。在操作台右侧新增走行主令控制器,其操作杆向前为电机车左行,向后为电机车右行,设置双向高、中、低、微速和停止九个挡位的速度。主令控制器开关点组合后通断L2-K中间继电器线圈,中间继电器开点分两组分别接两台走行变频器-X101端子,修改变频器相应参数,实现变频器端子控制启停、换向及调速,见图5。

图4 焦罐旋转变频器布置图

图5 走行变频器端子输入控制

(3)增设焦罐旋转操作控制转换开关。原焦罐旋转操作由操作台上触摸屏单独控制,现在操作台上新增一个焦罐旋转操作转换开关L8-S2,转换开关控制点在PLC程序里和触摸屏里的控制逻辑点并联,实现两种控制同时有效,保证焦罐变频器的控制安全。修改原PLC焦罐旋转控制程序,删除传送控制字程序段,改为程序输出点,增加L8-K中间继电器,更改变频器相应参数,用中间继电器点分两组分别接两台旋转变频器X101端子,实现焦罐旋转变频器端子控制启停、旋转及点动。触摸屏一般只做监视作用,减少触摸屏故障对生产操作的影响,接线图见图6。

图6 旋转转换开关接线

5 结语

通过对攀钢钒炼铁厂5#、6#焦炉电机车电气控制系统的优化改造后,降低了变频器、PLC、触摸屏的故障率,提高了设备的可靠性,控制简单实用。电气控制系统具有结构简单,成本低廉,方便可靠,电机调速运行稳定,性能良好等优点,满足了干熄焦生产的要求。从2013年11月改造至今,设备可靠性得到了验证。此次5#、6#焦炉电机车电气控制系统优化改造,应用效果良好,达到了预期目的,为企业创造了良好的综合效益。

[1] 张登山.西门子自动化与驱动产品符合电磁兼容规则的安装规范手册[S].北京:西门子自动化与驱动集团,2006.

[2] 西门子电气传动有限公司.矢量控制实用大全[S].天津:西门子电气传动有限公司,2007.

[3] 西门子(中国)有限公司.WinCC flexible 2008系统手册[S].北京:西门子(中国)有限公司,2008.

[4] 大连重矿设备制造有限公司.干熄焦电机车安装调试及使用说明书[N].大连:大连重矿设备制造有限公司,2009.

5#,6#Coke-Oven Electric Locomotive Electrical Control System Optimization and Improvement

PENG Kai

(Iron making plant of Steel-Vanadium Co.Ltd.,Panzhihua 617000,Sichuan,China)

This paper introduces of 5#,6#coke-oven electric locomotive electrical control system of iron making plant configuration,working mode and characteristics,in allusion to existing problems,expounds the methods of optimization and improvement of electrical control system, and the effect of the solution.

control system,frequency converter,PLC,optimization

TQ520.5

A

彭凯,电气工程师,主要从事电气自动化控制技术方面的工作。

1001-5108(2016)05-0044-05