QRD-2000 型焦爐搗固站控制系統的改造

薄 宇

（太原重工技術中心焦化所， 山西 太原 030024）

1 概述

QRD-2000 型焦爐搗固站是太原重工技術中心焦化所早期為QRD-2000 清潔型熱回收焦爐配套設計的搗固煤餅設備。搗固站主要用來將配煤塔的煤通過布煤斗，均勻的布到煤餅模中，同時控制布煤的高度；再通過布煤筒兩側的搗固裝置進行搗固，使煤成型；然后配合裝煤推焦車將煤餅拉到煤板中的設備。主要機構：布煤、搗固、小車行走煤餅模開閉等。其中小車走行為電機驅動，其余機構為液壓驅動。布煤、搗固裝置全部安裝在移動小車上，小車在固定軌道上往復循環運動完成生產過程。

煤餅模與裝煤推焦車后擋板構成長方體煤盒，在小車下方用于盛放煤粉及搗固完成的煤餅。

搗固站工作流程見圖1，布煤流程見圖2，搗固流程見圖3。

圖1 搗固站工作流程

改造前設備情況：采用西門子S7-300PLC 控制搗固站，操作在操作臺上按鈕操作，各機構無限位控制，生產全部靠操作工觀察外部情況手動操作[1]。

圖2 布煤流程

圖3 搗固流程

2 改造范圍及實現功能

設備運行多年，部分電氣元件及電纜老化嚴重，需要更換。并且用戶提出以下要求：

1）布煤、搗固的控制要有單元自動和手動控制，布煤單元自動能自動完成一次預設高度的布煤流程。搗固的單元自動能自動完成一次搗固流程。

2）由于西門子PLC 更新換代，PLC 整體更換為最新的S7-1500 系列。

3）操作臺和移動小車上設置PLC 遠程站。

4）操作臺更換為聯動臺形式（帶操作椅）。操作臺設置12 英寸觸摸屏+操作按鈕。

5）整個搗固過程在60 min 完成，煤餅密度達到1.10～1.15 t/m3。

根據用戶要求，進行以下改造：PLC 整體更換為的西門子S7-1500 系列產品；操作臺和移動小車上設置PLC 遠程站，信號就近接入[2]；操作臺設置12英寸觸摸屏+操作按鈕，帶有聯鎖的手動操作和單元自動操作全部在觸摸屏上完成，無聯鎖手動操作使用操作臺按鈕完成，操作臺采用帶航空座椅的聯動臺，方便操作工人性化操作；所有動作機構均配置前后位置接近開關（圖爾克）；移動小車運行機構采用編碼器（禹盟）+接近開關的形式控制行程；每個搗固錘設置高位檢測超聲波傳感器（圖爾克）；布煤溜槽油缸配置位移傳感器（海茵蘭茨）檢測油缸伸出距離，通過油缸伸出長度計算布煤高度；小車設置聲光報警，在機構動作時發出聲音及閃光報警；設置兩個單點激光測距傳感器（sick），在煤餅搗固完成，裝煤推焦車撤回拖煤板過程中測量煤餅高度，在觸摸屏上顯示計算后煤餅重量。小車運行電機增加電阻器，用于調速。

觸摸屏、PLC 及分布式IO、變頻器通過profinet網絡連接；位移傳感器、編碼器通過profibus 網絡連接。圖4 為PLC 網絡配置圖。

圖4 PLC 網絡配置圖

因布煤、搗固裝置全部安裝在運行小車上，布煤，搗固單元自動的實現全部與小車運行的速度密切相關，所以小車運行機構的改造是關鍵。

3 改造中遇到的問題

小車運行機構的改造：原有小車運行電機YZR160L-8，7.5 kW，380 VAC，轉子串接頻敏電阻器啟動，速度恒定無法調節。根據現場工況及成本核算的考慮，將電機轉子上串接的頻敏電阻器改為固定的電阻器9.5 Ω，工作制100%，通過接觸器切換布煤與搗固時的小車運行速度。小車原有運行速度22 m/s，搗固時需要的小車運行速度8 m/s，布煤時全速22 m/s。通過改造后觀察，設備不能穩定運行。

經過分析現場工況較為復雜：

電機速度在搗固時需降到約原速度的1/3，串入電阻較大，電機機械特性變軟，運行速度受外部阻力影響較大。

改變串入電機轉子的電阻電機運行曲線圖見圖5，電動機的機械特性的斜率將增大，電動機和負載的機械特性的交點將下移，即電動機穩定運行轉速降低（n1到n2），使負載變動時電動機產生較大的轉速變化，轉速穩定性差。工作工況不同，搗固時有時需要用布煤溜槽刮煤，阻力會加大。

圖5 電機運行曲線圖

小車在搗固時如果速度過快，煤餅密度無法達到要求，表面浮煤過多。

設備運行多年，小車運行軌道部分下沉，個別走行輪軸承卡阻，導致小車運行減速及停止位置每次不同，不能準確定位。

4 處理方法

由于變頻器在0～50 Hz 為恒轉矩調速，后將小車運行電機調速改為用西門子G120 變頻器調速，電機更換為變頻電機，通過編碼器行程檢測小車運行位置，針對小車運行在搗固或布煤不同工況，確定軌道兩端的多段減速及停止位置，保證在停止位之前小車以一個較低的速度運行，到停止位置時小車滑行距離極短。

5 應用效果

電氣控制系統升級改造后，搗固、布煤過程實現了自動控制，降低了工人的勞動強度，煤餅密度達到用戶要求。通過煤餅測高傳感器，測量計算后可在觸摸屏上顯示煤餅質量，并可生成記錄表格，方便用戶管理。