推焦車自動對位系統的設計

□ 張巖軍

太原重工股份有限公司 焦化設備分公司 太原 030024

當前，大型化、自動化和智能化是焦爐設備的發展方向。推焦車運行在焦爐機側軌道上,主要功能是開閉焦爐機側爐門,將焦爐中的紅焦推出。推焦車同時具有清洗爐門、爐框，以及對裝入焦爐的煤頂部進行平整的功能。如何實現推焦車與目標爐號的快速自動對位和精確停車，一直是各焦化企業研究的重點和難點。設計一套能適應焦化生產惡劣環境的高可靠性和高穩定性推焦車自動對位系統，對實現推焦車的自動化和智能化具有重要意義[1]。

1 系統組成

推焦車自動對位系統主要由數據采集模塊、網絡通信模塊、數據處理模塊、故障報警模塊、信息服務模塊、人機交互模塊等組成[2]。數據采集模塊由安裝在推焦車上的速度傳感器、位置傳感器、溫度傳感器、行程編碼器，以及安裝在焦爐上的對位碼盤等組成。速度傳感器實時采集推焦車的運行速度,溫度傳感器對走行傳動部位的溫度進行實時監測,行程編碼器實時記錄推焦車的行程信息。對位碼盤按焦爐爐號順序固定在焦爐機側爐門下方,與焦爐爐號一一對應。推焦車位置傳感器依靠對位碼盤上的識別碼，對推焦車的運行位置進行準確識別。網絡通信模塊對機載可編程序控制器(PLC)接收的各種數據進行轉換，并打包處理,實時傳輸至監控主機。數據處理模塊對采集到的各種數據進行分析、計算,并與人機交互模塊輸入的參數進行對比,自動調節推焦車的車速與位置等。故障報警模塊負責實時監測各機構的運行情況,并提供故障報警。信息服務模塊負責推焦車各運行機構歷史信息的存儲、查詢及打印功能[3]。推焦車自動對位系統框架如圖1所示。

2 系統總體結構

推焦車自動對位系統總體結構采用三層構架模式,分別為人機交互層、數據傳輸層和本地執行層。人機交互層主要負責推焦車操作人員與推焦車控制單元之間數據的傳遞和交換,為操作人員提供推焦車各機構的運行情況、工況參數和故障報警信息等[4]。數據傳輸層通過過程現場總線及RS485接口進行通信,完成控制中心與執行機構之間數據的轉換與傳遞[5]。本地執行層由安裝在推焦車上的行程編碼器、速度傳感器、位置傳感器、溫度傳感器等組成,主要負責推焦車運行速度、運行位置、行程信息，以及傳動部位溫度等數據的采集[4]。

3 系統功能實現

推焦車自動對位系統可以實現推焦車在運行過程中與目標焦爐爐號的快速自動對位和精確停車。推焦車運行位置如圖2所示，當推焦車正常運行時,安裝在推焦車走行裝置上的行程編碼器及車身上的速度傳感器和位置傳感器將推焦車的行程信息、運行速度、位置信息經模數轉換后實時傳輸至機載可編程序控制器,完成數據的采集任務[6]。機載可編程序控制器通過網絡通信模塊上的RS485接口與監控主機進行連接,并將采集到的數據實時傳輸至數據處理模塊[7]。數據處理模塊對采集到的數據運行速度Uf、運行位置Sf進行分析、計算，并與人機交互平臺輸入的設定速度Ur、目標位置Sr參數進行對比,輸出偏差信號。偏差信號經過校正、放大，由比例積分微分(PID)控制器等環節轉換為控制信號,控制推焦車的運行速度及運行目標位置[8]。當推焦車的位置信號與設定的焦爐機側爐號一致時,機載可編程序控制器發出停車信號,實現推焦車的快速自動對位與精確停車。推焦車自動對位系統閉環控制原理如圖3所示。

4 系統開發

推焦車自動對位系統選用德國西門子公司生產的S7-300系列可編程序控制器作為主控制器,這一控制器具有體積小、運行速度快、穩定性和可靠性高等特點[9]。控制程序選用西門子公司的 STEP 7軟件進行開發,這一軟件易操作,可編輯性強,可以實現結構化編程。

人機交互模塊選用WinCC組態軟件進行組態，這一軟件可以直接運行于Window系統中,具有可視化程度高、操作簡單、維護方便等特點[10]。

5 結束語

筆者設計了一種推焦車自動對位系統，實現了推焦車的快速自動對位和精確停車。這一系統在7 m焦爐項目上取得了較好的試驗效果,與之前手動操作對位相比,具有對位速度快、對位精度高的優點。這一系統運行穩定,抗干擾能力強,為推焦車的自動化和智能化運行提供了解決途徑。