焦炉四大车联锁控制的设计.doc

攀枝花学院本科毕业设计（论文） 总结焦炉四大车联锁控制的设计摘要 本文在参考焦炉四大车自动控制系统的基础上，对传统的四大车控制和当今四大车控制进行了对比，并讨论以PLC为技术基础的四大车联锁控制过程。四大车之间的运行过程是一个联锁过程，在设计中要考虑各车之间的走位、通信，要考虑怎样才能把一个机车的信号传输给其他各车，以做到各机车之间的通信畅通，从而做到联锁控制。PLC改变了原传统的硬接线程序控制方式为存储程序控制方式，通过运行事先编制好、并存于程序存储器中的用户程序来完成控制功能，控制要求改变时只需修改存储器中用户程序的部分语句即可。采用 PLC取代原继电器不仅可以提高系统的可靠性，保持原控制功能，同时增加了若干新功能，这些功能都是用硬件继电器难以实现的，使系统具有设计更合理、功能更完善、可靠性更高等优点。因此，用PLC代替继电器进行控制是必然的，特别是像大型机组中的复杂逻辑控制及关键设备的控制。本文分析了四大车的联锁控制过程，并对此设计出了PLC程序语言，通过实际要求进行了PLC的设备选型，包括在实际生产中的抗干扰分析与设计。关键词 四大车，联锁，PLC1 绪论（或引言）焦炉主要设备有焦炉加热交换设备（交换机），以及推焦车、拦焦车、熄焦车和装煤车，统称为“四车一机”，后者通常被称为“四大车”。焦炉的生产操作是在各种机械相互配合下完成的。在焦炉机械水平逐步提高的情况下，四大车之间的协调工作，相互间的通信、地址炉号对位、推焦动作联锁、装煤动作联锁以及最终达到计算机集中联控等一系列自动化技术问题的解决，对焦化厂提高生产管理水平、产品质量和经济效益有着十分重要的意义。同时，四车联锁的实现能够确保生产安全和生产严格按计划运行。四车联锁控制的实现能使四车运行平稳安全，避免了四大车在生产过程中因走位出现问题而导致的事故，从而增加了焦炉机车和焦炉本体的使用寿命，确保了操作严格按工艺执行，使焦炭质量得到了较大的提高，这也同时提高了生产的自动化程度，提高了生产效率，而且也减轻了操作人员的劳动强度，从整体上能够带来很大的经济效益。2 炼焦工艺2.1 焦化厂工艺概述煤炭焦化即装炉煤经过高温干馏转化为焦炭、焦炉煤气和化学产品的工艺过程，指主要从硬煤和褐煤中生产焦炭、煤气、干馏炭及煤焦油或沥青等副产品的炼焦炉的操作活动。根据最终温度，有高温炼焦（9001100）、中温炼焦（660750）和低温炼焦（500580）。我们通常说的炼焦是指高温炼焦。焦化厂一般由备煤车间、炼焦车间、回收车间、焦油加工车间、苯加工车间、脱硫车间和废水处理车间组成。其生产过程如下图2.1。图2.1焦化厂的生产流程2.2 炼焦工艺简介炼焦化学工业是煤炭化学工业的一个重要部分，煤炭主要加工方法是高温炼焦（950-1050摄氏度）和回收化学产品。产品焦碳可作高炉冶炼的燃料，也可用与铸造、有色金属冶炼、制造水煤气；可用于制造生产合成氨的发生炉煤气，也可用来制造电石，以获得有机合成工业的原料。在炼焦过程中产生的化学产品经过回收、加工提取焦油、氨、萘、硫化氢、粗苯等产品，并获得净焦炉煤气、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，这些产品广泛用与化学工业、医药工业、耐火材料工业和国防工业。净焦炉煤气可供民用和作工业燃料。煤气中的氨可用来制造硫酸氨、浓氨水、无水氨等。炼焦化学工业的产品已达数百种，我国炼焦化学工业已能从焦炉煤气、焦油和粗苯中制取一百多种化学产品，这对我国的国民经济发展具有十分重要的意义。现代炼焦生产在焦化厂炼焦车间进行。炼焦车间一般由一座或几座焦炉及其辅助设施组成，焦炉的装煤、推焦、熄焦和筛焦组成了焦炉操作的全过程，每个炉组都配备有装煤车、推焦车、拦焦机、熄焦车和电机车，一侧还应设有焦台和筛焦站。近来开发的炼焦新工艺还有：配入部分型煤炼焦的配型煤工艺、用捣固法装煤的煤捣固工艺、煤预热工艺等。3 四大车联锁控制过程技术分析3.1 四大车的工作过程3.1.1 熄焦车工作过程 在煤气工长排出出炉计划及时间后，将计划及推焦时间通过键盘输入给计算机，由于熄焦车推焦过程中需移动一个车身的距离，则在编程时以车身的一个边为基准即该炉号位置，在这个车身范围内计算机的联锁接点闭合，允许司机发出允许推焦信号当超出这个范围计算机联锁接点打开，禁止发出允许推焦信号。3.1.2 拦焦车工作过程 在煤气工长排出出炉计划及时间后，将计划及时间通过键盘输入计算机，当推焦车到达所要推的炉号时，计算机通过与计划要出炉的炉号相比较。如一致则允许导焦栅插入，否则禁止导焦栅插入并发报警信号。在导焦栅插入后，通过载频联锁发出允许推焦信号。 3.1.3 推焦车工作过程 在煤气工长排出出炉顺序时间后，通过键盘输入给计算机，推焦车在到达所要推的炉号时，计算机通过与计划相比较 ，并在收到熄焦车，拦焦车允许推焦信号后，如炉号一致，则联锁接点闭合，否则联锁接点打开禁止推焦杆推出，在推焦杆推完焦退出后，计算机与计划时间相比较并存贮推焦时间，以备查询。3.2 四大车在生产中的任务在焦炉四大车中，装煤车在焦炉炉顶上行驶，其任务是从煤塔取煤，将煤料装入炭化室，操纵焦炉上升管和集气管的有关设备，以及除尘管道的对接。推焦车设在焦炉的机侧，其主要作业是：打开、清扫和关闭炉门，清扫炉门柜，平整炭化室内的煤料和从炭化室中推出焦炭。拦焦车和熄焦车均在焦炉的焦侧，拦焦车负责打开、清扫和关闭炉门，清扫炉门柜，并把推焦车推出的红焦导到熄焦车内，熄焦车把红焦送去熄焦。3.3 四大车的联锁控制过程及安全联锁条件 在生产过程中，装煤车在根据要求装好煤料后，然后再根据计划推焦车进行平煤。在炼焦结束后就要进行推焦，推焦前，推焦车、拦焦车和熄焦车开到要推焦的炭化室的位置。三车必须在一条直线上，然后推焦。在推焦、平煤过程中自动识别机车所处炉号并自动走行到推焦炉号，实现摘炉门联锁、平煤联锁、推焦联锁。四大车的生产流程如图4.1所示。图4.1 四大车生产流程图推焦联锁控制允许推焦的条件：推焦车、拦焦车、熄焦车对准计划炉号，拦焦车导焦槽到位，熄焦车车身门关，只有条件满足并且人工确认后，才允许推焦杆前进。在熄焦车和拦焦车操作台上装有紧急停止按钮，在推焦过程中熄焦车或拦焦机发生故障时，司机可按下紧急停止按钮，推焦杆立即停止前进。 摘炉门联锁控制允许摘炉门条件：推焦车、拦焦车摘门机对准计划出焦炭化室的中心位置，当前时间离计划出焦时间在允许误差范围内。只有条件满足时，摘门机才允许动作。装煤连锁控制允许装煤条件：装煤车装煤槽对准计划装煤炉号，该炉号焦侧炉门已关好。只有条件满足时，装煤车给料机才允许动作。 取煤连锁控制允许下煤条件：装煤车装煤口对准任何一个下煤口，装煤车装煤槽挡板关闭。只有条件满足时，对应的下煤口才允许下煤。系统设有除尘自动控制。推焦开始时自动启动除尘；装煤结束后自动结束除尘。4 控制系统PLC设计4.1 推焦作业中的联锁控制4.1.1信号传输过程在生产过程中，当焦炉完成炼焦后，按要求就应该将红焦移出，即进行推焦作业。推焦前，推焦车、拦焦车和熄焦车开到要推焦的炭化室的位置，而且有先后过程，要求是熄焦车和拦焦车均到位后，推焦车才接收信号开始走位。到位后，三车必须在一条直线上，然后进行推焦。三车之间的走位就是一个联锁过程。本课题只对推焦过程作详细分析。推焦过程流程图如图6.1.图6.1 推焦过程流程图在推焦过程中，首先根据推焦计划，控制室发出指令让熄焦车到达所要推焦的炉前。当熄焦车达到指定的焦炉旁边时，发出一个信号。同样，拦焦车在接到指令后，也到达指定位置，并发出一个信号。熄焦车、拦焦车相继到达指定的焦炉旁边后，两者的信号均发给推焦车，以表示熄焦车和拦焦车都已到位。推焦车在接到信号指令后，再到达对应的焦炉旁，最后来执行推焦计划。三车到位后的位置对位图如图6.2。图6.2 推焦过程三车位置图在这个过程中，熄焦车以及拦焦车发给推焦车的指令都是以信号的方式发出去的，而这个信号的传送媒介就是依靠的摩电道。四大机车时刻都与摩电道相连，这就方便于各级车之间的通信。正是利用摩电道这一点，我们才考虑利用PLC技术来实现四大机车的联锁控制。4.1.2电气控制与电路原理 推焦过程中，熄焦车、拦焦车以及推焦车的信号传递过程可以表示为如图6.3的电气控制图来表示，图中的电源系统为三相四线制的中性点接地系统。图6.3 三车信号传输电气图在实际生产现场，各车硬件装置与图6.3所示内容的关系是这样的：熄焦车、拦焦车以及推焦车车身上都有一个旋钮开关（分别对应图中的SA1、SA2、SA3），它们的作用是在车走到位以后闭合，以便给下面的控制过程传送信号。拦焦车和熄焦车各自的继电器（分别对应KA1、KA2）是建立在地上的，并通过车身金属构造而接地。而推焦车的继电器（KA3）是建在车身上的。那么，三车之间的联锁控制过程的信号传输是怎样传输的呢？具体的可以用下面的过程来描述。当熄焦车接收到主控室的命令并到位以后，车身上的旋钮开关SA1闭合，以发出信号。此信号在通过第四摩电道传送到地面的熄焦车继电器KA1，继电器是接地的，这样就构成了一个回路，信号可以畅通的传输。同理，拦焦车也是如此。由于，熄焦车与拦焦车的继电器都带电了，他们的常开触点就闭合，把两车的继电器触点串联起来，在经过摩电道传送到推焦车上的继电器KA3处，这样，信号就从熄焦车和拦焦车处传到了推焦车上。而当推焦车到位以后，SA3闭合，推焦车就开始作业。在此过程中，KA1、KA2的作用就是为推焦车传输信号，而KA1、KA2常开触点的作用就是起联锁作用的，也就是说只有当熄焦车与拦焦车都到位以后，推焦车才开始工作，这就是一个联锁控制过程。此过程的实物连接图可以表示如下图6.4所示。在生产过程中，机车在不断的移动，它与摩电道的连接是用伸出的电刷通过与摩电道摩擦而实现的。 图6.4 电路实物示意图可以说，由于机车在工作中是时刻都在运动的，信号的传输畅通与否接直接关系到作业的质量的好坏。第四摩电道在这里就是一个信号传输的关键媒介。它在机车之间的联锁控制中起到了至关重要的作用。4.2 推焦车的推焦作业4.2.1推焦工作过程推焦车的推焦作业是通过车身的推焦杆来实现的。推焦杆是受电机控制的。当电机正转时，推焦杆推出；当电机反转时，推焦杆就退回到机车里面。也就是说，控制推焦车的推焦作业主要就是控制电机的正反转的过程。因此，此处的核心设计思想就是控制电机的转向，再加上另外一些控制设备，来实现推焦杆的顺利推焦作业。4.2.2电机电气控制电路 控制电机的正反转可以通过改变三相交流电动机电源的相序来实现。改变其电源相序，电机的转向也随之改变。为此，采用两个接触器分别给电动机送入正序和负序的电源，即对换两根电源线位置，电动机就能够分别正转和反转，图6.5为电机正反转主电路图。 图6.5 电机正反转主电路图这里的KM1、KM2是受另外的控制电路控制的，还得根据要求设计出控制电路，以实现电机的正反转。根据推焦过程分析，应该设置两个电机的输入信号，即正转和反转信号。同时推焦杆的推出与退回受电机控制。而推焦杆的运动则是有限制的，推焦杆在焦炉里的行程是有前后极限的。推焦杆在炉体内走到一定位置就应该停止，以免继续走行下去对炉体造成破坏。相同的，当推焦杆退回机车到位时也得停下来。这样的限制是对焦炉和机车起保护作用。因此，在推焦杆的运行过程中，应该设置其前后极限点，即设置两个限位开关SQ1、SQ2。根据这些要求，可以画出KM1、KM2的控制电气原理图，如图6.6所示。控制系统设计就是按此原理来设计的。图6.6 控制电路4.2.3 控制系统的设计图6.7 推焦过程系统控制图5 总 结 本文主要针对焦化厂炼焦过程中的四大机车的控制过程，在第四摩电道的基础上以PLC为技术支持，设计出了推焦过程的控制系统，包括手动和自动方式。手动方式是继电器控制方式。自动控制方式则是PLC控制方式。根据STEP-7软件工具包的结构化程序设计特点设计出了四大车的联锁控制系统（本文以推焦过程为主体进行讨论）的PLC控制程序，实现了生产过程中的无人联锁控制。本系统不仅能根据要求达到生产现场的控制要求，而且还具有自己的优点，能实现手动与自动的双重控制，有效利用了PLC控制技术的优点。在程序设计上也能体现故障检查的方便性。在运行中出现故障时能够根据监控发现出故障的究竟是哪台机车，即通过监控画面从机车的中间继电器线圈是否带电来看出机车是否走行到位。但同时这也有一个缺点，这只能检测到是哪个环节出现了问题，但具体是机车走行、信号传输、信号检测中的什么方面出现了问题，此系统就无法检测出来。展望未来，自动化技术的发展将会越来越先进，PLC技术在焦炉四大车控制上的运用会越来越成熟。同时，PLC还将与其他控制、通信、检测技术结合，在四大车的控制上实现真正的无人自动化。参考文献1 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