大型提升裝置在干熄焦系統中的應用

【摘 要】提升機控制系統是干熄焦工程的一個重要的組成部分。與其他相關設備配合，共同完成紅焦裝入的任務。本公司采用西門子公司的CPU414-4H冗余PLC系統，變頻裝置采用西門子公司的6ES70系列變頻裝置。投產至今系統運行比較穩定。

【關鍵詞】提升機；焦罐

0.工藝概述

推焦裝置將熾熱的焦炭從焦爐炭化室中推出，落在焦罐臺車上面的焦罐中。裝滿紅焦的焦罐臺車由電機車牽引至干熄焦裝置前，并與牽引裝置的導軌對正，牽引裝置將焦罐從電機車軌道上移到提升機提升井的中心線上，由焦罐提升機將焦罐提升并送到干熄爐頂，通過爐頂裝入裝置將焦炭裝入干熄爐。在干熄爐中焦炭與惰性氣體進行熱交換，紅焦冷卻至200℃以下，經排焦裝置卸至膠帶機上，送到篩焦系統。

提升機在整個過程中主要完成焦罐的提升、橫移、裝入動作，并且在焦炭裝入結束后將空焦罐送回焦罐臺車上。整個紅焦裝入過程的完成需要多個設備合作完成，包括APS定位裝置、牽引裝置、提升機、裝入裝置。其中，APS定位裝置完成焦罐臺車的精確定位功能；牽引裝置將焦罐臺車從電機車軌道牽引至提升井中心線上，或由提升井中心線送回電機車軌道；提升機完成焦罐的提升及橫移走行；裝入裝置是在提升機動作的過程中，打開或關閉干熄槽頂的爐蓋和裝焦漏斗，配合提升機完成裝焦動作。

1.控制系統概述

本干熄焦工程提升機部分控制系統采用SIMENS公司的冗余PLC系統，變頻裝置使用SIMENS公司產品。提升機提升和走行電機變頻器選用SIMENS公司6ES70系列變頻器，由于提升機提升電機要長時間工作在發電狀態，所以選擇使用具有回饋能力的整流回饋單元對公共直流母線進行供電，逆變部分通過公共直流母線掛在整流回饋單元RGU，實現電動機回饋制動功能。控制系統與變頻裝置之間通過Profibus總線進行通訊。變頻裝置的控制通過端子控制方式，通訊僅作為讀取變頻裝置狀態的途徑使用。提升機提升走行采用帶速度傳感器的矢量控制模式。對于提升機提升位置、走行位置的檢測通過絕對值編碼器完成。本系統位置編碼器使用倍加福絕對值編碼器，通過Profibus總線與控制系統連接。

2.變頻裝置

提升機提升、走行電機變頻控制裝置選用SIMENS公司6ES70系列逆變裝置，通過公共直流母線掛在整流回饋單元RGU，實現電動機回饋制動功能。控制系統與變頻裝置之間通過Profibus總線進行通訊。RGU為整流回饋單元，其主要功能有：通過控制能量流向，把進線側3相交流電源轉化為規定的直流母線電壓；通過控制變壓器把進線側3相交流電源轉化為交流115V控制電源。在RGU中功率元件采用IGBT。RGU可以工作在3種模式：電動狀態，控制IGBT導通調節電壓和電流，使電流由交流側流向直流母線側；再生狀態，控制IGBT導通調節電壓和電流，使電流由直流母線側流向交流側；二極管整流橋模式，RGU不調節電壓和電流，功率元件工作在二極管整流橋模式，電流從交流側流向直流母線側。6ES70系列變頻裝置是SIMENS公司推出的產品，有如下特點：功率范圍廣，性能強大；靈活性使復雜的應用簡單化；高度集成，支持多種通訊協議的網絡結構；優化的功率模塊結構設計減小高次協波，反射波及控制干擾；緊湊的設計節省安裝空間。并且本系列產品擁有力矩校驗功能，可以使變頻器在位能性負載的提升過程中與機械抱閘動作良好配合，防止出現溜車及電機堵轉電流過大的情況，對機械及電氣設備的使用壽命都有好處。當變頻器在提升設備應用力矩校驗功能時，變頻器收到運行命令后，變頻器首先快速建立磁通，輸出轉矩，在確認輸出轉矩存在的情況下，發出釋放抱閘信號，在停車的過程中，首先使變頻器進入其懸停狀態，也就是說在變頻器收到停車命令后，變頻器減速到零速并可以在機械抱閘不動作的條件下維持零速的功能，在變頻器進入懸停狀態后，變頻器輸出控制抱閘閉合，然后撤銷輸出轉矩。并且在力矩校驗功能啟用的條件下，變頻器自動啟用下列功能：溜鉤保護、速度偏離保護（失速保護）、輸出缺相保護和編碼器丟失保護。使用力矩校驗功能可以較為簡單的實現變頻器帶電機作為提升設備的應用。

本干熄焦工程提升機變頻器主要采用端子控制方式，通訊功能作為讀取變頻器數據使用。走行變頻器和提升變頻器都預設兩檔速度，根據不同的階段給出提升和走行的不同速度選擇。變頻器啟動、方向及速度選擇信號由繼電器給出，抱閘控制由變頻器本身完成。提升機提升走行變頻裝置采用帶有速度傳感器的矢量控制方式，速度控制具有良好的精度和穩定性。啟動制動性能好，可以在短時間完成零速到額定轉速的啟動過程或由額定轉速減小到零速的制動過程，減少啟動制動時間，有利于適應生產節奏的要求。

3.控制系統

控制系統以SIMENS公司S7-400H PLC作為電控核心，主要有電源模塊、CPU、輸入輸出模塊及接口模塊等組成。輸入模塊采集由限位開關、熱敏電阻、變頻器故障反饋等設備的信號狀態；接收主令控制器、按鈕開關發出的控制指令，集中在CPU中進行運算，并將程序運算結果通過輸出模塊和Profibus現場總線傳送給接觸器和變頻器等執行設備，從而驅動電動機、液壓抱閘、冷卻風機等完成各種生產任務。

由于提升機要配合電機車、APS定位裝置、牽引裝置、裝入裝置一起工作，所以相關的聯鎖條件是必不可少的。提升機的操作平時無人值守，要求動作全部自動完成，并且要求保持一定的生產節奏。提升機本體的控制采用提升走行多段速度的方法，既可以提高一定的效率，又可以減小沖擊及保證定位的精度。在提升機橫移走行的過程中，在自動運行的條件下，提升機首先進入高速走行，到達減速位后降為低速，到達定位位置停車。提升機在提升和下降運行的過程中，采用多次速度變化的方法，主要目的是減小設備沖擊和提高運行節奏。提升過程中的速度控制由提升機提升位置檢測編碼器提供位置信號以確定提升速度，配合提升機提升井側、熄焦室側判斷條件，及提升及上升下降判斷條件選擇不同的速度選擇方法。在提升及下降的過程中，提升機提升速度的變化根據提升位置編碼器的檢測自動實現。控制的難點也在于裝爐過程及返回過程中，提升機提升和走行的速度分配問題。

在平時的維護過程中，我們發現，由于提升機鋼絲繩的拉伸及機械間隙的改變，提升機提升位置檢測編碼器的檢測數據較調試過程中稍有改變，在平時的維護過程中需要注意。避免因編碼器檢測信號變化引起影響系統運行的狀況。此外，為了避免編碼器在歷次檢測的過程中的積累誤差問題，我們在提升機下降到提升井最下端的鉤開位時，在提升機停止運行的條件下，對提升位置檢測編碼器的數據進行置為初始值操作。

4.先進的人機界面系統

TP177A觸摸屏和PLC之間也采用Profibus總線進行數據傳輸與交換，實時地顯示和監控各機構的運行狀態及電壓、電流、轉矩、速度等運行參數，并能利用自身故障實時診斷系統對故障現象進行判斷，記錄故障時的各種參數，這樣，操作人員和檢修人員就可以全面及時地了解系統的狀態，并可按提示的故障信息去檢查和維修，達到準確、快速排除故障的效果，真正實現了人機智能化。

5.結束語

該系統自投入運行以來，一直運行良好，調速性能優異、定位準確、操作簡單、故障率低、維護方便，大大地提高了企業生產效率，有著廣泛的推廣價值。

【參考文獻】

[1]廖常初.PLC編程及應用.北京：機械工業出版社.2008.1.

[2]王建，楊秀雙.西門子變頻器入門與典型應用.北京：中國電力出版社.2012.1.