焦?fàn)t四大車聯(lián)鎖控制的設(shè)計

1、攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 總結(jié)焦?fàn)t四大車聯(lián)鎖控制的設(shè)計摘要 本文在參考焦?fàn)t四大車自動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對傳統(tǒng)的四大車控制和當(dāng)今四大車控制進(jìn)行了對比，并討論以PLC為技術(shù)基礎(chǔ)的四大車聯(lián)鎖控制過程。四大車之間的運行過程是一個聯(lián)鎖過程，在設(shè)計中要考慮各車之間的走位、通信，要考慮怎樣才能把一個機車的信號傳輸給其他各車，以做到各機車之間的通信暢通，從而做到聯(lián)鎖控制。PLC改變了原傳統(tǒng)的硬接線程序控制方式為存儲程序控制方式，通過運行事先編制好、并存于程序存儲器中的用戶程序來完成控制功能，控制要求改變時只需修改存儲器中用戶程序的部分語句即可。采用 PLC取代原繼電器不僅可以提高系統(tǒng)的可靠性，保持原控制

2、功能，同時增加了若干新功能，這些功能都是用硬件繼電器難以實現(xiàn)的，使系統(tǒng)具有設(shè)計更合理、功能更完善、可靠性更高等優(yōu)點。因此，用PLC代替繼電器進(jìn)行控制是必然的，特別是像大型機組中的復(fù)雜邏輯控制及關(guān)鍵設(shè)備的控制。本文分析了四大車的聯(lián)鎖控制過程，并對此設(shè)計出了PLC程序語言，通過實際要求進(jìn)行了PLC的設(shè)備選型，包括在實際生產(chǎn)中的抗干擾分析與設(shè)計。關(guān)鍵詞 四大車，聯(lián)鎖，PLC1 緒論（或引言）焦?fàn)t主要設(shè)備有焦?fàn)t加熱交換設(shè)備（交換機），以及推焦車、攔焦車、熄焦車和裝煤車，統(tǒng)稱為“四車一機”，后者通常被稱為“四大車”。焦?fàn)t的生產(chǎn)操作是在各種機械相互配合下完成的。在焦?fàn)t機械水平逐步提高的情況下，四大車之間的

3、協(xié)調(diào)工作，相互間的通信、地址爐號對位、推焦動作聯(lián)鎖、裝煤動作聯(lián)鎖以及最終達(dá)到計算機集中聯(lián)控等一系列自動化技術(shù)問題的解決，對焦化廠提高生產(chǎn)管理水平、產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益有著十分重要的意義。同時，四車聯(lián)鎖的實現(xiàn)能夠確保生產(chǎn)安全和生產(chǎn)嚴(yán)格按計劃運行。四車聯(lián)鎖控制的實現(xiàn)能使四車運行平穩(wěn)安全，避免了四大車在生產(chǎn)過程中因走位出現(xiàn)問題而導(dǎo)致的事故，從而增加了焦?fàn)t機車和焦?fàn)t本體的使用壽命，確保了操作嚴(yán)格按工藝執(zhí)行，使焦炭質(zhì)量得到了較大的提高，這也同時提高了生產(chǎn)的自動化程度，提高了生產(chǎn)效率，而且也減輕了操作人員的勞動強度，從整體上能夠帶來很大的經(jīng)濟(jì)效益。2 煉焦工藝2.1 焦化廠工藝概述煤炭焦化即裝爐煤經(jīng)過高溫干

4、餾轉(zhuǎn)化為焦炭、焦?fàn)t煤氣和化學(xué)產(chǎn)品的工藝過程，指主要從硬煤和褐煤中生產(chǎn)焦炭、煤氣、干餾炭及煤焦油或瀝青等副產(chǎn)品的煉焦?fàn)t的操作活動。根據(jù)最終溫度，有高溫?zé)捊梗?001100）、中溫?zé)捊梗?60750）和低溫?zé)捊梗?00580）。我們通常說的煉焦是指高溫?zé)捊?。焦化廠一般由備煤車間、煉焦車間、回收車間、焦油加工車間、苯加工車間、脫硫車間和廢水處理車間組成。其生產(chǎn)過程如下圖2.1。圖2.1焦化廠的生產(chǎn)流程2.2 煉焦工藝簡介煉焦化學(xué)工業(yè)是煤炭化學(xué)工業(yè)的一個重要部分，煤炭主要加工方法是高溫?zé)捊梗?50-1050攝氏度）和回收化學(xué)產(chǎn)品。產(chǎn)品焦碳可作高爐冶煉的燃料，也可用與鑄造、有色金屬冶煉、制造水煤氣；可用

5、于制造生產(chǎn)合成氨的發(fā)生爐煤氣，也可用來制造電石，以獲得有機合成工業(yè)的原料。在煉焦過程中產(chǎn)生的化學(xué)產(chǎn)品經(jīng)過回收、加工提取焦油、氨、萘、硫化氫、粗苯等產(chǎn)品，并獲得凈焦?fàn)t煤氣、煤焦油、粗苯精制加工和深度加工后，可以制取苯、甲苯、二甲苯、二硫化碳等，這些產(chǎn)品廣泛用與化學(xué)工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、耐火材料工業(yè)和國防工業(yè)。凈焦?fàn)t煤氣可供民用和作工業(yè)燃料。煤氣中的氨可用來制造硫酸氨、濃氨水、無水氨等。煉焦化學(xué)工業(yè)的產(chǎn)品已達(dá)數(shù)百種，我國煉焦化學(xué)工業(yè)已能從焦?fàn)t煤氣、焦油和粗苯中制取一百多種化學(xué)產(chǎn)品，這對我國的國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有十分重要的意義?，F(xiàn)代煉焦生產(chǎn)在焦化廠煉焦車間進(jìn)行。煉焦車間一般由一座或幾座焦?fàn)t及其輔助設(shè)施組成，焦

6、爐的裝煤、推焦、熄焦和篩焦組成了焦?fàn)t操作的全過程，每個爐組都配備有裝煤車、推焦車、攔焦機、熄焦車和電機車，一側(cè)還應(yīng)設(shè)有焦臺和篩焦站。近來開發(fā)的煉焦新工藝還有：配入部分型煤煉焦的配型煤工藝、用搗固法裝煤的煤搗固工藝、煤預(yù)熱工藝等。3 四大車聯(lián)鎖控制過程技術(shù)分析3.1 四大車的工作過程3.1.1 熄焦車工作過程 在煤氣工長排出出爐計劃及時間后，將計劃及推焦時間通過鍵盤輸入給計算機，由于熄焦車推焦過程中需移動一個車身的距離，則在編程時以車身的一個邊為基準(zhǔn)即該爐號位置，在這個車身范圍內(nèi)計算機的聯(lián)鎖接點閉合，允許司機發(fā)出允許推焦信號當(dāng)超出這個范圍計算機聯(lián)鎖接點打開，禁止發(fā)出允許推焦信號。3.1.2 攔焦

7、車工作過程 在煤氣工長排出出爐計劃及時間后，將計劃及時間通過鍵盤輸入計算機，當(dāng)推焦車到達(dá)所要推的爐號時，計算機通過與計劃要出爐的爐號相比較。如一致則允許導(dǎo)焦柵插入，否則禁止導(dǎo)焦柵插入并發(fā)報警信號。在導(dǎo)焦柵插入后，通過載頻聯(lián)鎖發(fā)出允許推焦信號。 3.1.3 推焦車工作過程 在煤氣工長排出出爐順序時間后，通過鍵盤輸入給計算機，推焦車在到達(dá)所要推的爐號時，計算機通過與計劃相比較 ，并在收到熄焦車，攔焦車允許推焦信號后，如爐號一致，則聯(lián)鎖接點閉合，否則聯(lián)鎖接點打開禁止推焦桿推出，在推焦桿推完焦退出后，計算機與計劃時間相比較并存貯推焦時間，以備查詢。3.2 四大車在生產(chǎn)中的任務(wù)在焦?fàn)t四大車中，裝煤車在焦

8、爐爐頂上行駛，其任務(wù)是從煤塔取煤，將煤料裝入炭化室，操縱焦?fàn)t上升管和集氣管的有關(guān)設(shè)備，以及除塵管道的對接。推焦車設(shè)在焦?fàn)t的機側(cè)，其主要作業(yè)是：打開、清掃和關(guān)閉爐門，清掃爐門柜，平整炭化室內(nèi)的煤料和從炭化室中推出焦炭。攔焦車和熄焦車均在焦?fàn)t的焦側(cè)，攔焦車負(fù)責(zé)打開、清掃和關(guān)閉爐門，清掃爐門柜，并把推焦車推出的紅焦導(dǎo)到熄焦車內(nèi)，熄焦車把紅焦送去熄焦。3.3 四大車的聯(lián)鎖控制過程及安全聯(lián)鎖條件 在生產(chǎn)過程中，裝煤車在根據(jù)要求裝好煤料后，然后再根據(jù)計劃推焦車進(jìn)行平煤。在煉焦結(jié)束后就要進(jìn)行推焦，推焦前，推焦車、攔焦車和熄焦車開到要推焦的炭化室的位置。三車必須在一條直線上，然后推焦。在推焦、平煤過程中自動識

9、別機車所處爐號并自動走行到推焦?fàn)t號，實現(xiàn)摘爐門聯(lián)鎖、平煤聯(lián)鎖、推焦聯(lián)鎖。四大車的生產(chǎn)流程如圖4.1所示。圖4.1 四大車生產(chǎn)流程圖推焦聯(lián)鎖控制允許推焦的條件：推焦車、攔焦車、熄焦車對準(zhǔn)計劃爐號，攔焦車導(dǎo)焦槽到位，熄焦車車身門關(guān)，只有條件滿足并且人工確認(rèn)后，才允許推焦桿前進(jìn)。在熄焦車和攔焦車操作臺上裝有緊急停止按鈕，在推焦過程中熄焦車或攔焦機發(fā)生故障時，司機可按下緊急停止按鈕，推焦桿立即停止前進(jìn)。 摘爐門聯(lián)鎖控制允許摘爐門條件：推焦車、攔焦車摘門機對準(zhǔn)計劃出焦炭化室的中心位置，當(dāng)前時間離計劃出焦時間在允許誤差范圍內(nèi)。只有條件滿足時，摘門機才允許動作。裝煤連鎖控制允許裝煤條件：裝煤車裝煤槽對準(zhǔn)計劃

10、裝煤爐號，該爐號焦側(cè)爐門已關(guān)好。只有條件滿足時，裝煤車給料機才允許動作。 取煤連鎖控制允許下煤條件：裝煤車裝煤口對準(zhǔn)任何一個下煤口，裝煤車裝煤槽擋板關(guān)閉。只有條件滿足時，對應(yīng)的下煤口才允許下煤。系統(tǒng)設(shè)有除塵自動控制。推焦開始時自動啟動除塵；裝煤結(jié)束后自動結(jié)束除塵。4 控制系統(tǒng)PLC設(shè)計4.1 推焦作業(yè)中的聯(lián)鎖控制4.1.1信號傳輸過程在生產(chǎn)過程中，當(dāng)焦?fàn)t完成煉焦后，按要求就應(yīng)該將紅焦移出，即進(jìn)行推焦作業(yè)。推焦前，推焦車、攔焦車和熄焦車開到要推焦的炭化室的位置，而且有先后過程，要求是熄焦車和攔焦車均到位后，推焦車才接收信號開始走位。到位后，三車必須在一條直線上，然后進(jìn)行推焦。三車之間的走位就是一

11、個聯(lián)鎖過程。本課題只對推焦過程作詳細(xì)分析。推焦過程流程圖如圖6.1.圖6.1 推焦過程流程圖在推焦過程中，首先根據(jù)推焦計劃，控制室發(fā)出指令讓熄焦車到達(dá)所要推焦的爐前。當(dāng)熄焦車達(dá)到指定的焦?fàn)t旁邊時，發(fā)出一個信號。同樣，攔焦車在接到指令后，也到達(dá)指定位置，并發(fā)出一個信號。熄焦車、攔焦車相繼到達(dá)指定的焦?fàn)t旁邊后，兩者的信號均發(fā)給推焦車，以表示熄焦車和攔焦車都已到位。推焦車在接到信號指令后，再到達(dá)對應(yīng)的焦?fàn)t旁，最后來執(zhí)行推焦計劃。三車到位后的位置對位圖如圖6.2。圖6.2 推焦過程三車位置圖在這個過程中，熄焦車以及攔焦車發(fā)給推焦車的指令都是以信號的方式發(fā)出去的，而這個信號的傳送媒介就是依靠的摩電道。四

12、大機車時刻都與摩電道相連，這就方便于各級車之間的通信。正是利用摩電道這一點，我們才考慮利用PLC技術(shù)來實現(xiàn)四大機車的聯(lián)鎖控制。4.1.2電氣控制與電路原理 推焦過程中，熄焦車、攔焦車以及推焦車的信號傳遞過程可以表示為如圖6.3的電氣控制圖來表示，圖中的電源系統(tǒng)為三相四線制的中性點接地系統(tǒng)。圖6.3 三車信號傳輸電氣圖在實際生產(chǎn)現(xiàn)場，各車硬件裝置與圖6.3所示內(nèi)容的關(guān)系是這樣的：熄焦車、攔焦車以及推焦車車身上都有一個旋鈕開關(guān)（分別對應(yīng)圖中的SA1、SA2、SA3），它們的作用是在車走到位以后閉合，以便給下面的控制過程傳送信號。攔焦車和熄焦車各自的繼電器（分別對應(yīng)KA1、KA2）是建立在地上的，并

13、通過車身金屬構(gòu)造而接地。而推焦車的繼電器（KA3）是建在車身上的。那么，三車之間的聯(lián)鎖控制過程的信號傳輸是怎樣傳輸?shù)哪兀烤唧w的可以用下面的過程來描述。當(dāng)熄焦車接收到主控室的命令并到位以后，車身上的旋鈕開關(guān)SA1閉合，以發(fā)出信號。此信號在通過第四摩電道傳送到地面的熄焦車?yán)^電器KA1，繼電器是接地的，這樣就構(gòu)成了一個回路，信號可以暢通的傳輸。同理，攔焦車也是如此。由于，熄焦車與攔焦車的繼電器都帶電了，他們的常開觸點就閉合，把兩車的繼電器觸點串聯(lián)起來，在經(jīng)過摩電道傳送到推焦車上的繼電器KA3處，這樣，信號就從熄焦車和攔焦車處傳到了推焦車上。而當(dāng)推焦車到位以后，SA3閉合，推焦車就開始作業(yè)。在此過程中

14、，KA1、KA2的作用就是為推焦車傳輸信號，而KA1、KA2常開觸點的作用就是起聯(lián)鎖作用的，也就是說只有當(dāng)熄焦車與攔焦車都到位以后，推焦車才開始工作，這就是一個聯(lián)鎖控制過程。此過程的實物連接圖可以表示如下圖6.4所示。在生產(chǎn)過程中，機車在不斷的移動，它與摩電道的連接是用伸出的電刷通過與摩電道摩擦而實現(xiàn)的。 圖6.4 電路實物示意圖可以說，由于機車在工作中是時刻都在運動的，信號的傳輸暢通與否接直接關(guān)系到作業(yè)的質(zhì)量的好壞。第四摩電道在這里就是一個信號傳輸?shù)年P(guān)鍵媒介。它在機車之間的聯(lián)鎖控制中起到了至關(guān)重要的作用。4.2 推焦車的推焦作業(yè)4.2.1推焦工作過程推焦車的推焦作業(yè)是通過車身的推焦桿來實現(xiàn)的

15、。推焦桿是受電機控制的。當(dāng)電機正轉(zhuǎn)時，推焦桿推出；當(dāng)電機反轉(zhuǎn)時，推焦桿就退回到機車?yán)锩妗Ｒ簿褪钦f，控制推焦車的推焦作業(yè)主要就是控制電機的正反轉(zhuǎn)的過程。因此，此處的核心設(shè)計思想就是控制電機的轉(zhuǎn)向，再加上另外一些控制設(shè)備，來實現(xiàn)推焦桿的順利推焦作業(yè)。4.2.2電機電氣控制電路 控制電機的正反轉(zhuǎn)可以通過改變?nèi)嘟涣麟妱訖C電源的相序來實現(xiàn)。改變其電源相序，電機的轉(zhuǎn)向也隨之改變。為此，采用兩個接觸器分別給電動機送入正序和負(fù)序的電源，即對換兩根電源線位置，電動機就能夠分別正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，圖6.5為電機正反轉(zhuǎn)主電路圖。 圖6.5 電機正反轉(zhuǎn)主電路圖這里的KM1、KM2是受另外的控制電路控制的，還得根據(jù)要求設(shè)計出

16、控制電路，以實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)。根據(jù)推焦過程分析，應(yīng)該設(shè)置兩個電機的輸入信號，即正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)信號。同時推焦桿的推出與退回受電機控制。而推焦桿的運動則是有限制的，推焦桿在焦?fàn)t里的行程是有前后極限的。推焦桿在爐體內(nèi)走到一定位置就應(yīng)該停止，以免繼續(xù)走行下去對爐體造成破壞。相同的，當(dāng)推焦桿退回機車到位時也得停下來。這樣的限制是對焦?fàn)t和機車起保護(hù)作用。因此，在推焦桿的運行過程中，應(yīng)該設(shè)置其前后極限點，即設(shè)置兩個限位開關(guān)SQ1、SQ2。根據(jù)這些要求，可以畫出KM1、KM2的控制電氣原理圖，如圖6.6所示?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計就是按此原理來設(shè)計的。圖6.6 控制電路4.2.3 控制系統(tǒng)的設(shè)計圖6.7 推焦過程系統(tǒng)控制圖

17、5 總 結(jié) 本文主要針對焦化廠煉焦過程中的四大機車的控制過程，在第四摩電道的基礎(chǔ)上以PLC為技術(shù)支持，設(shè)計出了推焦過程的控制系統(tǒng)，包括手動和自動方式。手動方式是繼電器控制方式。自動控制方式則是PLC控制方式。根據(jù)STEP-7軟件工具包的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計特點設(shè)計出了四大車的聯(lián)鎖控制系統(tǒng)（本文以推焦過程為主體進(jìn)行討論）的PLC控制程序，實現(xiàn)了生產(chǎn)過程中的無人聯(lián)鎖控制。本系統(tǒng)不僅能根據(jù)要求達(dá)到生產(chǎn)現(xiàn)場的控制要求，而且還具有自己的優(yōu)點，能實現(xiàn)手動與自動的雙重控制，有效利用了PLC控制技術(shù)的優(yōu)點。在程序設(shè)計上也能體現(xiàn)故障檢查的方便性。在運行中出現(xiàn)故障時能夠根據(jù)監(jiān)控發(fā)現(xiàn)出故障的究竟是哪臺機車，即通過監(jiān)控畫面

18、從機車的中間繼電器線圈是否帶電來看出機車是否走行到位。但同時這也有一個缺點，這只能檢測到是哪個環(huán)節(jié)出現(xiàn)了問題，但具體是機車走行、信號傳輸、信號檢測中的什么方面出現(xiàn)了問題，此系統(tǒng)就無法檢測出來。展望未來，自動化技術(shù)的發(fā)展將會越來越先進(jìn)，PLC技術(shù)在焦?fàn)t四大車控制上的運用會越來越成熟。同時，PLC還將與其他控制、通信、檢測技術(shù)結(jié)合，在四大車的控制上實現(xiàn)真正的無人自動化。參考文獻(xiàn)1 楊建華，闞興東，石熊保.煉焦工藝與設(shè)備M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006：3-23.2王曉琴.煉焦工藝M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：7-35.3 汪曉平.PLC可編程序控制器系統(tǒng)開發(fā)實例系統(tǒng)導(dǎo)航M.北京：人民郵電出

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