QRD-2000 型焦炉捣固站控制系统的改造

薄 宇

（太原重工技术中心焦化所， 山西 太原 030024）

1 概述

QRD-2000 型焦炉捣固站是太原重工技术中心焦化所早期为QRD-2000 清洁型热回收焦炉配套设计的捣固煤饼设备。捣固站主要用来将配煤塔的煤通过布煤斗，均匀的布到煤饼模中，同时控制布煤的高度；再通过布煤筒两侧的捣固装置进行捣固，使煤成型；然后配合装煤推焦车将煤饼拉到煤板中的设备。主要机构：布煤、捣固、小车行走煤饼模开闭等。其中小车走行为电机驱动，其余机构为液压驱动。布煤、捣固装置全部安装在移动小车上，小车在固定轨道上往复循环运动完成生产过程。

煤饼模与装煤推焦车后挡板构成长方体煤盒，在小车下方用于盛放煤粉及捣固完成的煤饼。

捣固站工作流程见图1，布煤流程见图2，捣固流程见图3。

图1 捣固站工作流程

改造前设备情况：采用西门子S7-300PLC 控制捣固站，操作在操作台上按钮操作，各机构无限位控制，生产全部靠操作工观察外部情况手动操作[1]。

图2 布煤流程

图3 捣固流程

2 改造范围及实现功能

设备运行多年，部分电气元件及电缆老化严重，需要更换。并且用户提出以下要求：

1）布煤、捣固的控制要有单元自动和手动控制，布煤单元自动能自动完成一次预设高度的布煤流程。捣固的单元自动能自动完成一次捣固流程。

2）由于西门子PLC 更新换代，PLC 整体更换为最新的S7-1500 系列。

3）操作台和移动小车上设置PLC 远程站。

4）操作台更换为联动台形式（带操作椅）。操作台设置12 英寸触摸屏+操作按钮。

5）整个捣固过程在60 min 完成，煤饼密度达到1.10～1.15 t/m3。

根据用户要求，进行以下改造：PLC 整体更换为的西门子S7-1500 系列产品；操作台和移动小车上设置PLC 远程站，信号就近接入[2]；操作台设置12英寸触摸屏+操作按钮，带有联锁的手动操作和单元自动操作全部在触摸屏上完成，无联锁手动操作使用操作台按钮完成，操作台采用带航空座椅的联动台，方便操作工人性化操作；所有动作机构均配置前后位置接近开关（图尔克）；移动小车运行机构采用编码器（禹盟）+接近开关的形式控制行程；每个捣固锤设置高位检测超声波传感器（图尔克）；布煤溜槽油缸配置位移传感器（海茵兰茨）检测油缸伸出距离，通过油缸伸出长度计算布煤高度；小车设置声光报警，在机构动作时发出声音及闪光报警；设置两个单点激光测距传感器（sick），在煤饼捣固完成，装煤推焦车撤回拖煤板过程中测量煤饼高度，在触摸屏上显示计算后煤饼重量。小车运行电机增加电阻器，用于调速。

触摸屏、PLC 及分布式IO、变频器通过profinet网络连接；位移传感器、编码器通过profibus 网络连接。图4 为PLC 网络配置图。

图4 PLC 网络配置图

因布煤、捣固装置全部安装在运行小车上，布煤，捣固单元自动的实现全部与小车运行的速度密切相关，所以小车运行机构的改造是关键。

3 改造中遇到的问题

小车运行机构的改造：原有小车运行电机YZR160L-8，7.5 kW，380 VAC，转子串接频敏电阻器启动，速度恒定无法调节。根据现场工况及成本核算的考虑，将电机转子上串接的频敏电阻器改为固定的电阻器9.5 Ω，工作制100%，通过接触器切换布煤与捣固时的小车运行速度。小车原有运行速度22 m/s，捣固时需要的小车运行速度8 m/s，布煤时全速22 m/s。通过改造后观察，设备不能稳定运行。

经过分析现场工况较为复杂：

电机速度在捣固时需降到约原速度的1/3，串入电阻较大，电机机械特性变软，运行速度受外部阻力影响较大。

改变串入电机转子的电阻电机运行曲线图见图5，电动机的机械特性的斜率将增大，电动机和负载的机械特性的交点将下移，即电动机稳定运行转速降低（n1到n2），使负载变动时电动机产生较大的转速变化，转速稳定性差。工作工况不同，捣固时有时需要用布煤溜槽刮煤，阻力会加大。

图5 电机运行曲线图

小车在捣固时如果速度过快，煤饼密度无法达到要求，表面浮煤过多。

设备运行多年，小车运行轨道部分下沉，个别走行轮轴承卡阻，导致小车运行减速及停止位置每次不同，不能准确定位。

4 处理方法

由于变频器在0～50 Hz 为恒转矩调速，后将小车运行电机调速改为用西门子G120 变频器调速，电机更换为变频电机，通过编码器行程检测小车运行位置，针对小车运行在捣固或布煤不同工况，确定轨道两端的多段减速及停止位置，保证在停止位之前小车以一个较低的速度运行，到停止位置时小车滑行距离极短。

5 应用效果

电气控制系统升级改造后，捣固、布煤过程实现了自动控制，降低了工人的劳动强度，煤饼密度达到用户要求。通过煤饼测高传感器，测量计算后可在触摸屏上显示煤饼质量，并可生成记录表格，方便用户管理。