探究焦炉推焦车电气自动控制系统的改造设计与运用

苗长青

（承德中滦煤化工有限公司，河北 承德 067002）

某焦化厂部分推焦车电气系统各类故障较为频发，因电气系统故障而影响焦炉正常生产的情况也时有发生，为此，组织技术人员对某推焦车电气控制系统进行了相应的改造设计，有效降低了推焦车电气系统的故障率，同时提升了设备的自动化水平，在实际生产中取得了良好的效果。

1 推焦车电气系统概述

推焦车是由电机驱动的大型机电一体化设备，由专用滑线提供380V动力电源。生产过程中的各种操作，包括走行、摘门、挂门、推焦、平煤等全部由电机、无触点开关、限位开关等电气设备进行控制实现，因此，推焦车上的各种电气设备也是非常多，而且是复杂的。总的来说，推焦车电气系统包括走行系统、取门系统、推焦系统、平煤系统、照明系统和其他辅助系统。

2 推焦车电气系统存在的问题

当推焦车由人工操作变为全自动操作时，对操作过程中每一步骤执行的准确性有着更加严格的要求，任何错误信号都有可能造成人身和设备的重大安全事故。这就需要全自动操作系统具有更加齐全和完善的安全保障措施，这也是系统研制成败的关键。

（1）机械震动造成的无触点开关损坏。推焦车电气系统采用可控硅无触点开关控制，在实际生产中，由于推焦车轨道平整度不足，推焦车往来行走和推焦时引起的震动有时会造成电气线路和无触点开关的损坏，使机车停电而影响生产。

（2）接触器损坏。推焦和平煤机构的速度控制还采用较为落后的串电阻调速，为了保证工作性能，适应快节奏生产，电阻值不能选的太大，因而也造成了推焦车在推焦和平煤过程中档位速度差别不大。这种调速方式的弊端是较为明显的，尤其是当推焦杆或平煤杆操作结束需要停止时，只能采取反接的方式进行制动。由于推焦杆和平煤杆重量很大，动作时惯性也非常大，这种反接的方式在频繁的制动操作下，较大的电流冲击容易使接触器损坏，严重的还会造成减速机齿轮和电机的毁坏。如此一来，既影响了正常生产，又增加了备件消耗，增加了维修成本。

（3）难以准确对位。推焦车走行机构由电机提供动力，通过减速机和传动轴将动力传递至走行轮，使机车可以在轨道上往来行走。推焦车走行机构电气控制方式为无触点开关控制，走行速度为恒速。由于机车行驶速度较快且为恒速，在生产中需要停车对位时，在巨大的惯性作用下使得机车常常来回晃动难以准确对位，给生产带来了很多麻烦，难以适应现代化生产的要求。并且由于机车启停很频繁，惯性也很大，因而也容易造成无触点开关和机械齿轮的损坏。

3 系统构成

（1）采用感应无线通信。数据通信是全自动操作系统中的一个重要环节，其准确性、可靠性是决定该系统的成败因素。在方案中采用新型抗干扰感应无线通信技术和设备。其通信原理为正交通信，当车载天线沿着编码电缆移动时，在任意点上的感应信号电压不为零，保证了通信的连续稳定。采用调频方式（也可用调相方式），载波频率为40KHZ～100KHZ的超长波，辐射干扰小，误码率优于10-6，实现了稳定可靠的通信。

（2）机车位置采用车上检测地址方式。推焦车位置检测过去采用由中控室检测机车位置的模式（简称“地上测址”），即由中控室发送载波信号，机车接收后将位置信号返送给中控室，中控室解码后还原出机车实际位置。该模式存在通信速率慢、检测时间长以及不能同时检测多台车辆地址等缺陷。车上检测机车位置的模式（简称“车上测址”），即由中控室通过载波发生器不间断地向编码电缆发送地址检测用的载波信号，沿电缆方向上的所有机车可通过地址天线箱接收载波，地址检测器以每次4ms～6ms的速度解码还原出机车所在位置，并将地址送予车上控制器，机车直接检测出当前地址。此模式的优势在于：①位置检测精度高达±5mm，且为连续的绝对地址，即使中途掉电，则复电后能立即得出当前位置，不需要参考点重新校准。可靠地实现了机车对位联锁控制；②编码电缆上的多台机车可同时检测其自身地址，各车一次测址只需几毫秒，它解决了地上测址模式存在的检测周期长的缺陷；③机车不必通过与中控室（地上局）的通信就能知道自己的精确的位置（地址），提高了系统的实时性，相当于无滞后的即时位置。有了精确的即时地址，也就能精确地对机车实施令行禁止。这一点对精确定位尤其重要。因此，车上位置检测功能是实现机车自动走行、无人驾驶的必备基础。

（3）机车自动走行的自纠偏差数学模型。虽然具备了机车位置的高速连续测址的基础，但如何控制推焦车行进的速度，实现机车快速、准确、连续的“自动走行”，也是实现全自动操作的一个重要而关键的技术环节。为此结合采用“模糊控制”算法和PID控制算法，建立了一个自动走行的自纠偏差数学模型。当系统处于自动走行状态时，机车控制器高速循环判断机车当前地址和计划炉号的目标地址差值，形成地址、地址差值与机车速度之间的三维动态曲线，分析现场工况的变化、天气因素和设备的状态变化所产生的影响，最后向机车变频调速机构发出行走控制指令，指挥移动机车无级（或多级）调速行驶、滑行、刹车等。万一刹车后位置有误差，控制器能根据其差值自动发出点动指令，驱动机车向目标地址精确定位。同时，在速度控制曲线中自动记录其修正值，达到自适应精确自动走行的理想效果。

（4）增强系统的抗干扰能力。为了抑制环境干扰，采用高集成度的大规模CPLD器件作信号处理电路，构成对共模电磁干扰的有效抑制。它为输入输出可编程电路，而且可根据信号强弱自调整增益，使得系统部件少，结构紧凑，抗干扰能力更强，在大功率变频器的电网下，也能可靠无误地工作。

（5）采用双PLC控制系统。综合考虑作业的特性，对PLC控制系统进行了改进，将本系统的PLC控制器和推焦车的PLC控制器联接在一起，利用车上测址的独特优势，在控制上将系统分为大、小两个循环。大循环运行介质由地上中控室、编码阵列、车载控制部分构成，可提供系统的联锁控制和完成复杂的工艺控制；小循环运行介质由车上位置检测、车载控制中心、PLC控制器、变频调速器等构成，可独立完成自动走行控制的调节精度和速度，是和大循环互为补充的工艺控制。同时还增加了对机车动作的数据采集、逻辑判断、故障诊断功能，并完善了控制程序。这一系列的改进使推焦车自动化控制程度更高，控制的稳定性更好，避免了误操作，保障系统工作的安全性。

4 推焦车电气自动控制系统的改造方案

（1）为解决频繁的因机械震动和大电流冲击而造成的可控硅无触点开关损坏问题，电气控制改造中采用继电器、断路器、接触器代替了无触点开关，所有电气器材均选用进口ABB产品，保证了系统的可靠性。走行机构电气系统采用变频器控制，电机全部改为变频电机，实现了机车走行的软启动和软停止，减少了频繁启停对无触点开关和机械齿轮等部件的损害，降低了设备故障率；机车行走可分档控制，改善了因车辆惯性而造成的难以准确对位的问题，提高了生产效率，减少了生产事故。在过去手动操作下，由于推焦杆和平煤杆上没有限位开关，因此，在生产中推焦杆脱位掉到焦炉的情况也时有发生。采用可编程逻辑控制器（PLC）、绝对值旋转编码器和涡流制动器对推焦车推焦和平煤系统进行了自动化改进，通过编码器产生的位置码实现对机车位移的检测，然后经PLC译码、运算并产生和发出相应的控制信号和保护输出。自动化控制系统改造采取以弱电控制强电，以系统控制取代人工机械操作的方式，减少了人为操作可能出现的失误。在实际推焦生产中，自动控制系统设置了推焦杆前减、前停、后减、后停、炉前微速、炉前暂停等多个运行区间，当推焦杆执行某项操作，到达某个位置时，自动控制系统便会发出控制信号，控制推焦杆的运行。为了使系统运行更为可靠，还在推焦杆、平煤杆上安装了电子式限位开关。

（2）改造应用效果。通过对推焦车电气控制系统的改造，使推焦车走行、推焦、平煤等生产环节得到了较好的控制，提高了电气系统运行的稳定性和推焦车的自动化控制水平，降低了人员劳动强度和可能出现的误操作，减少了各类设备故障和生产事故的发生。

总之，推焦车电气系统的控制开关、走行机构、推焦和平煤系统进行了相应的技术改造，使推焦车电气系统故障率高的问题得到了较好的解决，并提高了设备的自动化水平，使其能够继续适应焦炉生产需要。