焦化廠自動配煤控制系統(tǒng)的應用探究

劉傳勛

摘 要：本文主要對焦化廠自動配煤的特性和需求進行分析，指出配煤系統(tǒng)的具體組成，對自動配煤系統(tǒng)的實現(xiàn)進行重點介紹，分析設備運行中出現(xiàn)的典型故障并給出了具體的處理方案。焦化廠自動配煤控制系統(tǒng)具有精度高、安全穩(wěn)定、全自動化的特性，能大幅降低配煤的成本。

關鍵詞：自動配煤系統(tǒng)；精度高；安全穩(wěn)定

焦炭在很多領域具有還原劑、熱源與骨架的功能，生產(chǎn)焦炭的過程中通常將氣煤、肥煤、焦煤、瘦煤4種煤通過一定的配比合成混合煤后在焦爐中進行高溫煉焦。煉焦過程中配比的準確與否以及配料系統(tǒng)是否可靠將會直接影響到產(chǎn)品的質量。因此，提高焦炭的質量，對提高自動配煤系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、準確性至關重要，對社會效益和經(jīng)濟效益有著非常大的貢獻。自動配煤系統(tǒng)具有非線性、時變、帶純滯后的特點。本文通過對這些特點進行分析，結合包鋼焦化廠自動配煤控制系統(tǒng)，介紹如何實現(xiàn)自動配煤系統(tǒng)。

1 自動配煤控制系統(tǒng)系統(tǒng)的組成及功能

1.1 自動配煤系統(tǒng)的組成

自動配煤系統(tǒng)主要由13個振動給煤機、用來稱重的13條小皮帶以及1條用來混料的大皮帶組成。控制任務由一套西門子S7-300PLC擔任，用WINCC組態(tài)系統(tǒng)來監(jiān)控、操作和實現(xiàn)人機交互。稱重積算器進行PID控制，以保證配合煤的準確性。控制系統(tǒng)采取PCL技術。實時采集數(shù)據(jù)技術、工業(yè)上的網(wǎng)絡和組態(tài)技術等組成了一套相對比較完善的配煤系統(tǒng)。

自動配煤系統(tǒng)操作過程：啟動混料的大皮帶，同時以大皮帶的啟動作為信號啟動小皮帶，接著以小皮帶的啟動作為信號運行振動給煤機形成聯(lián)鎖。自動配煤系統(tǒng)包括稱重小皮帶13條和13套振動給煤機。自動配煤系統(tǒng)運行之前需要在組態(tài)上選擇需要啟動的小皮帶，同時輸入各個皮帶所需的配煤比信息。隨著自動配煤系統(tǒng)的開始運行，大皮帶起動同時選中的小皮帶隨之啟動，相對地，給煤機也開始工作。這時傳感器采集到的各種信號自動在積算器中計算，顯示出的數(shù)值就是實時煤量。將實時煤量與之前設定的煤量進行比較，其中的偏差即控制量，利用PID系統(tǒng)，輸入電流信號到給煤機整流裝置，通過對導通角的控制來改變整流輸出電壓和電流，以達到通過改變給煤機振幅來調節(jié)下煤量的目的。

自動配煤總控制系統(tǒng)的組成：

（1）PLC系統(tǒng)

PLC系統(tǒng)的主要功能為控制大小皮帶，以及給料機的啟停和聯(lián)鎖控制，接受和發(fā)送配煤現(xiàn)場的實際量設定量，以此達到控制模擬量的目的。

（2）稱重系統(tǒng)

稱重系統(tǒng)由兩部分組成：一部分是稱重小皮帶；另一部分是壓力傳感器，主要是采集小皮帶的運行速度和載煤壓力的信號，作為儀表計算器運算的數(shù)據(jù)支持。

（3）儀表積算器系統(tǒng)

儀表積算器系統(tǒng)的主要功能為分析運算實際設定量和現(xiàn)場實時量，并用PID系統(tǒng)維持兩個量穩(wěn)定的同時準確跟蹤，是自動配煤系統(tǒng)的核心系統(tǒng)。

（4）振動給煤機系統(tǒng)

振動給煤機系統(tǒng)是自動配煤總控制系統(tǒng)工作的執(zhí)行者，通過比較和運算輸出積算器接收到的現(xiàn)場采集信號來控制給煤機的整流觸發(fā)導通角，達到改變電壓和電流，最終控制振幅調整煤量的目的。

（5）WINCC監(jiān)控畫面系統(tǒng)

WINCC監(jiān)控畫面是系統(tǒng)運行情況最直觀的表現(xiàn)，并且所有的操作都是通過鼠標的點擊來實現(xiàn)。

1.2 自動配煤系統(tǒng)的主要功能

（1）對各個皮帶秤的流量進行實時監(jiān)控和檢測。

（2）控制總的配料量和配比。

（3）控制系統(tǒng)按給定流量正常運作。

（4）用畫面顯示流程和配比量。

（5）對操作過程中的參數(shù)進行設置和改寫。

（6）防止安全隱患。

（7）對系統(tǒng)的配比精度進行評價。

（8）總結數(shù)據(jù)并打印報表。

1.3 設備的聯(lián)鎖關系

（1）混料大皮帶啟動是小皮帶和給煤機啟動的前提。

（2）在啟動時，小皮帶先于給煤機啟動；停止時，是給煤機先于小皮帶停止。

（3）混料大皮帶和小皮帶的校秤沒有聯(lián)鎖關系。

（4）正常工作時，一條小皮帶的流量偏差超過設定量一定時間，整個系統(tǒng)會自動停止運作。

1.4 設計

（1）PLC系統(tǒng)上位機由WINCC來實現(xiàn)監(jiān)視、操作、趨勢、報表的功能，下位機是由STEP7來采集、運算、控制。

（2）操作上位機

①操作畫面

操作畫面的作用是在系統(tǒng)運行過程中進行監(jiān)視和操作。操作方式有兩種，一種是解鎖，另一種是聯(lián)鎖。解鎖時，畫面可以通過單啟、單停按鈕對單一設備進行啟動和停止操作；聯(lián)鎖時，所有設備可以統(tǒng)一進行順啟、順停、同啟、同停的操作。單獨一套設備完全獨立地進行選中生產(chǎn)、報警和取消操作。啟動前需要確認一些功能是否啟動。單設備校秤沒有聯(lián)鎖控制，操作完成后需要確認復位。

②配料畫面

配料畫面主要用來監(jiān)視煤量和水分配比，還有實際、設定、累積的總煤量。每次操作之前都需要復位校秤確認。

③綜合畫面

綜合畫面的作用是綜合了其他畫面的功能和顯示。

④趨勢畫面

趨勢畫面是一個描繪了各設備實際工作狀況和設定的煤量變化曲線。

⑤報表畫面

報表畫面的作用是匯報表的打印畫面。

2 出現(xiàn)的問題與解決方案

2.1 操作過程出現(xiàn)的問題

遠程控制給煤機時沒有聯(lián)鎖停止，造成了煤料將小皮帶掩埋的故障。

2.2 出現(xiàn)的問題分析

自動配煤系統(tǒng)正常工作時，當小皮帶停止，由于聯(lián)鎖關系使給煤機停止。設計中電源使用了交流電380V，輸送距離過遠，外加線圈與指示燈是并聯(lián)關系。因此當小皮帶停止，指示燈的電阻使得電位不能斷開，造成給煤機不能正常停止工作，導致煤料繼續(xù)下落掩埋皮帶。

3 解決問題的方案

拆掉指示燈，并且不與線圈組成并聯(lián)。這樣改進之后指示燈的影響便不再存在，使聯(lián)鎖結構有效產(chǎn)生，當小皮帶停止時給煤機也能及時停止工作。利用以上解決方法，使問題成功得到解決，故障不再發(fā)生。

4 結語

包鋼的系統(tǒng)是焦化廠自動配煤控制系統(tǒng)的典型應用，包括PLC系統(tǒng)、儀表積算器、現(xiàn)場稱重系統(tǒng)，并通過網(wǎng)絡連接實現(xiàn)信息的交互。本系統(tǒng)成功地應用于現(xiàn)場控制，精度高，穩(wěn)定性好，功能全面，最主要的是操作簡便，在運行中取得了非常大的成功，創(chuàng)造了很高的經(jīng)濟效益。

參考文獻

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