PLC在焦化厂焦炉车辆自动控制系统上的应用实践

李琳琳

（河南金马中东能源有限公司，济源 459000）

可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）以计算机平台为载体，利用工作芯片和可编程存储器完成各种工作任务，提高了生产效率。PLC可采用数字化接口实现日常输出操作和输入操作，全面管理焦炉车辆自动控制流程，利用计算机技术的优势提高生产质量和效率，增加相关企业的经济效益。

1 PLC概述

在电气工程行业中，PLC受到了各行业人员的高度重视，是目前最先进的可编程控制器。它以微处理器为核心，集中各种先进技术，如自动控制技术、通信工程技术、继电器控制技术、计算机技术等，具有较强的控制效果，能根据需求编写对应的程序实现日常运算作业。它通过在输出模块和输入模块间建立链接方法，可实时控制机械电气设备运行。PLC主要包括输入/输出（Input/Output，I/O）模块、存储器、中央处理器、电源、外部设备接口、I/O扩展接口等，具有稳定性高、抗干扰能力强、能耗低等特征。它通过数据扫描模式进行采样，再刷新所得数据，如图1所示。

2 焦炉车辆自动控制系统应用现状

随着科学技术的不断发展，现代化管理模式得到了广泛应用，受到了各行业人员的高度重视。从目前冶金炼焦行业应用情况来看，由于其工艺流程较为特殊，生产管理方式滞后，导致其在生产设备、控制模式以及自动化控制管理等方面存在各种问题[1]。焦炉车辆作为焦化厂的核心环节，主要包括装煤车、拦焦车、推焦车以及熄焦车等设备，是现代焦炉最常用的生产机械。焦炉车辆运行安全决定焦炉的生产效率。但是，由于焦炉车辆长期工作在恶劣环境下，如腐蚀性强、粉尘大、温度高等环境，加上运行时振动大、活动频繁、车辆分散等，影响系统的控制效果，导致不同车辆间不能实时传递信息数据，是现代焦化企业加工中急需解决的问题。目前，很多焦化厂在焦炉车辆对位方面最常用载波通信联系，甚至使用人工吹笛摆旗方法，但是司机在载波通信通话中经常受电气影响，无法听清问题，也不能准确反映焦炉车辆实际情况[2]。在冬季，熄焦水蒸气散发难度较高，造成拦焦车、熄焦车长期在水雾中行驶，很难看清清炉号，难免会产生各种错误操作，严重影响对位的准确性，导致推焦杆经常出现刮碰壁炉现象，缩短了焦炉使用寿命，甚至会引发严重的生产安全事故。

3 推焦车、拦焦车控制系统功能

3.1 基本控制功能

焦炉移动机械的检测元件基本采用限位开关和行程开关，而液压系统采用的电磁阀由于受高温和粉尘的条件限制，未安装位置信号反馈功能，很难准确判断输出信号的运行情况，要通过各种设计和计算在软件编程中进行判断，如重做、跳步、测时等。焦炉车辆无人驾驶技术是目前的先进技术，对车辆性能提出了更高要求，不仅要求车辆具备精确定位设备，还要其安装无线传输保障、单元自动控制、信息管理系统以及四车连锁等设备，全面保障焦炉车辆运行的安全性。这是整个无人驾驶的基础，解决传统控制中存在的问题，通过流程指令控制车辆进行日常操作[3]。在信息化时代背景下，我国通常采用PLC、限位开关、编码器、主令控制器等设备进行控制。但是，由于焦炉车辆运行环境过于恶劣，人机界面（Human Machine Interface，HMI）禁止采用普通计算机。它使用高稳定性集成工业级触摸屏，程序由8个程序块组成，层次清晰，结构简单，便于调试和维护，如图2所示。

图2 焦炉控制系统

推焦车、拦焦车电控系统均选用美国MODICON公司的984-680 PLC，采用800系列模块、智能I/O模块、S908远程I/O驱动器、J890远程I/O接口处理器以及打印机等设备。推焦车控制环节配置有4个I/O机架和31个I/O模块。拦焦车控制部分由1个本地站和1个远程站构成，各配置有2个I/O机架和17个I/O模块、11个I/O模块。供电系统设计采用隔离变压器和不间断电源（Uninterruptible Power System，UPS）[4]。

拦焦车配有16个车轮，位于8个两轮平衡架上。每个平衡架上设有一个主动车轮。主动车轮直接由可变电压和可变频率（Variable Voltage and Variable Frequency，VVVF）控制的电机驱动，驱动装置由联轴器和具有内部花键螺旋正齿伞齿减速机组成。前端减速机的空心花键轴套装在主动车轮轴上。盘式制动器用于断电或停止情况下自动锁紧。弹簧缓冲走行小车保证装煤车走行平稳，以保护炉顶。在装煤车走行两端均设有可靠的轨道清扫器。在两个车架间有顶起点，便于更换走行台车。千斤顶设备不包括在供货范围内。自动对位用的走行编码器安装在无驱动的从动轮组上，使对位准确可靠[5]。拦焦车走行减速机油窗放油口设置在走行外侧，便于现场人员观察、维护。车轮数量16个，车轮直径1 000 mm，2个电机带有1个增量编码器8×15 kW、1 500 r·min-1电机。减速机之间有8个制动盘的联轴器。内部花键螺旋正伞齿轮减速机、盘式制动器通过杯式弹簧制动，液压松开走行轴承选用NSK、FAG。

按照作业性质进行单元划分。单元之间相互独立，可以实现多单元同时运行，通过高稳定性联锁进行控制。

（1）通过单独操作按钮，将每个操作单元划分为若干个控制步骤，由人工操作实现控制步骤。

（2）功能重做。在单位自动方式操作时，代表某一动作完成开关。由于某种原因，可能会出现不能按照规定行程或时间进行动作的情况。根据自动重做申请后的人工确认，自动执行重做功能。如果重做流程成功，可继续执行后续程序；相反，自动触发故障报警，自动判断哪些开关属于不可恢复故障。

（3）跳步作用。操作过程中，使用跳步的方式跳过此程序，继续向下执行。虽然在规定的行程内有些控制动作未能完成，但对整体功能实现影响不大。

（4）时间校验作用。要根据时间原则判断动作指令的完整情况，根据设备运行速度和移动距离计算时间设定值的合理性。在发布动作指令后，如果系统能在规定时间内完成，表示该时间设定值正常，否则说明设备故障。时间校验功能由于控制因素在同一控制过程中发生变化，分为单时和双时两种。

（5）减速测试。当推焦杆运行到前进或后退一端时，对于推焦杆和焦炉炉体安全性来说，减速环节能否投入正确至关重要。在程序设计上，有0～9种长短行程可以任意组合，只要开关位置事先选好即可，如图3所示。

3.2 监控功能

3.2.1 监控设备作用

程序中使用“STAT”功能，能检测中央处理器（Central Processing Unit，CPU）运行状态、内存保护状态、后备电池工作状态、交流电源状态等，从而掌握各种设备运行状态信息。程序允许在这些设备正常状态下实现立即报警、切断控制回路以及打印数据等各种功能。

3.2.2 联锁查验

自动检测最初条件、单元自动运行条件以及单步运行条件等，能确保其在多台机组同步运行情况下的稳定性，避免出现严重的设备事故[6]。

3.2.3 状态显示和报警功能

钢结构是承载和支撑装煤车所有设施的移动平台。钢结构的布置和设计在满足相关法规要求的前提下，应尽可能布置紧凑，缩小装煤车的整车外形尺寸。钢结构的设计和制造需保证其有足够的强度和刚度，不但可以承载其上所有设备的荷重，而且可以保证进行取煤、走行等操作时外力作用的变形在规定范围之内，同时保证其整体使用寿命为一代炉龄。钢结构与焦炉上的煤气管、煤塔柱子、上升管、集气管操作台及集尘干管等固定设施间须有规范要求的安全间距。生产过程中可通过灯光显示故障类别，主要包括正常、重故障、轻故障等灯光状态。工作人员会根据故障类型采取相应的控制措施。

3.2.4 过程数据检出和打印功能

向运维人员提供正确操作信息和维护数据，有利于保证系统运行的稳定性。当工作人员在日常操作中出现重做、超时、跳步以及联锁欠费等问题时，要全面检测故障部位的各种信息，利用内部总线传输到智能I/O模块，经数据处理后合理调整系统数据，保证系统运行的稳定性。

3.3 运行效果

该系统在武钢7#、8#焦炉一次试车成功，充分发挥了软件设计的各种功能，仅投产2个月就实现了综合设计指标推焦间隔10 min，达到了同型号国产焦炉的新水平。相比国内采用继电器控制的6 m焦炉设计具有显著优势。第一，推焦车每灶台动作时间为405 s，提高了10%的作业效率。第二，自动化操作，实现了门清、框清、灶台清和头尾焦自动化处理，有效减轻了职工劳动强度。第三，系统可靠性高。自投产以来一直正常运行，月平均电气故障比4.3 m焦炉平均水平高，双方总比为1∶10，有效降低了其故障率。

4 结语

为推动焦化厂经济发展，提高焦炉车辆自动控制系统的稳定性，需要加强焦炉车辆自动控制系统控制效率，合理应用PLC，提高焦化厂焦炉车辆自动化水平，为焦炉车辆智能化发展打下坚实的基础。