毕业设计（论文）-捣固焦炉设备控制优化方案.doc

河南城建学院本科毕业设计(论文) 1.引言 1 1、 引引 言言 煤炭在我国的能源结构中具有极其重要的地位，是我国三大能源命脉 之一。 我国虽然煤炭资源比较丰富，但炼焦煤资源还相对较少，炼焦煤储 量仅占我国煤炭总储量27.65%，炼焦煤也成为全球炼钢厂新宠，所以在 炼焦煤技术上也越来越受全球各国的重视。捣固焦是一种可根据焦炭的 不同用途，配入较多的高挥发分煤及弱粘结性煤，在装煤推焦车的煤箱内 用捣固机将已配合好的煤捣实后，从焦炉机侧推入炭化室内进行高温干馏 的炼焦技术。 捣固炼焦的技术优势：1、节约资源； 2、提高焦炭质量。 捣固炼焦的 环境保护方面的优势优势 ：1、产量相同时 ,与炭化室 高 450 mm 顶装焦炉相比较 ,捣固焦炉具有减少出焦次数、减少机械磨损、 降低劳动强度、改善操作环境和减少无组织排放的优点；2、装煤逸散 烟尘采用炉顶消烟除尘车进行燃烧、洗涤除尘,完成无烟装煤操作 ,使 装煤的污染物排放量减少90 %；3、出焦粉尘通过除尘拦焦车集尘罩进 入地面除尘站 ,工艺除尘效率高 ,减少了环境污染 ；4、敲打刀边新型炉 门,密封效果好 ,减少炉门荒煤气的逸散。 捣固炼焦 不仅在技术和环境保护方面有较多的优势，而且在经济效益 上也有明显的优势。捣固炼焦在日常生活及工业发展进程中起着重要作用， 而在操作捣固炼焦过程中必定会存在一些机器上的故障或者是影响机器正 常运行的状况，所以这就要求我们在对捣固焦炼煤炉辅机控制上有着严密 的控制方案及设计出对出现故障时如何及时排除故障的方案。 因此各国对捣固机设备存在故障的解决方案也越来越重视，该论 文主要是围绕捣固焦炉设备存在故障时的解决方案，包括进行实地考 察,了解工业现场情况；根据捣固焦炉 运行的实际情况、及存在的实际 问题，查阅相关资料;PLC 控制技术及其 捣固焦炉 的实际应用 ； 变频 调速技术及其在皮带输煤系统、电子皮带秤配煤系统的应用；相关传 感器的原理及其在 捣固焦炉 设备上的应用技术；煤饼捣固机设备控制方 案优化；捣固焦炉车辆走行测距定位与控制方案优化；给出优化方案中 有关器件的型号和参数；绘制出捣固焦炉相关设备优化控制系统原理图等， 编写技改论证说明书等。 河南城建学院本科毕业设计(论文) 1.引言 2 1.1 捣固焦炉的工艺分析和技术特点 捣固焦是一种可根据焦炭的不同用途，配入较多的高挥发分煤及弱粘 结性煤，在装煤推焦车的煤箱内用捣固机将已配合好的煤捣实后，从焦炉 机侧推入炭化室内进行高温干馏的炼焦技术。 捣固炼焦工艺是在炼焦炉外采用捣固设备, 将炼焦配合煤按炭化室 的大小 , 捣打成略小于炭化室的煤饼, 将煤饼从炭化室的侧面推入炭化 室进行高温干馏。成熟的焦炭由捣固推焦机从炭化室内推出,经拦焦车、 熄焦车将其送至熄焦塔, 以水熄灭后再放到凉焦台, 由胶带运输经筛 焦分成不同粒级的商品焦炭。 炼焦基本工艺参数： 配煤炼焦生产工艺流程由备煤工段来的洗精煤，由输煤栈桥运入煤塔， 由煤塔通过摇动给料器将煤装入装煤推焦机的煤箱内，由装煤推焦机按作 业计划从机侧送入炭化室内，煤饼在炭化室内经过一个结焦周期在 950010500的高温干馏炼制成焦炭和荒煤气。装煤时产生的烟尘由 炉顶上的消烟除尘车经吸尘孔抽出，在车上进行燃烧、洗涤后，尾气放散。 炭化室内的焦炭成熟后，用装煤推焦机推出，经拦焦机导入熄焦车内，熄 焦车由电机车牵引至熄焦塔内进行喷水熄焦。熄焦后的焦炭卸至焦台上， 冷却一定时间后送往筛焦工段。煤在干馏过程中产生的荒煤气汇集到炭化 室顶部空间，进入上升管，经桥管进入集气管，700左右的荒煤气被 桥管和集气管内喷洒的循环氨水冷却至84左右。荒煤气中焦油等同时 被冷凝下来。煤气和冷凝下来的焦油同氨水一起，经吸煤气管道并经气液 分离器分别进入冷鼓工段。 焦炉加热用的回炉煤气，由外部管道架空引入每座焦炉。煤气经地下 室管道进入焦炉燃烧室，同时空气通过废气开闭器进入蓄热室，空气经预 热后进入焦炉燃烧室的烈火道汇合后燃烧。燃烧后的废气通过立火道顶部 跨越孔进入下降气流的立火道，再经过蓄热室，由格子砖把废气的部分显 热回收后，经过小烟道、废气交换开闭器、分烟道、总烟道、烟囱，最后 排入大气。上升气流的煤气和空气与下降气流的废气由加热交换传动装置 定时进行换向。 河南城建学院本科毕业设计(论文) 1.引言 3 1 1. .1 1. .1 1 针针对对 6 6. .2 25 5m m 捣捣固固焦焦炉炉 工工艺艺布布置置 46 孔炭化室高 6.25m 捣固焦炉 4 座，组成 2 个炉组，与常规布置相 比， 2 个炉组之间设有独立的中控楼。除电力控制室和液压交换机室外， 中控室、休息室、办公室、变送器室、自动放散点火装置控制室等都布置 在中控楼内。在2 个炉组间 , 机侧设有双曲线斗槽的煤塔及2 条带有 卸料小车的胶带输送装置，可随时输送捣固所需煤料，使捣固装煤推焦一 体机能以最快的速度完成1 个循环周期。炉端台增设了导焦栅维修装置 和事故煤料处理装置。事故煤料处理装置和机侧操作台外侧的余煤胶带运 输机构成事故煤处理系统，可将没有进入炭化室的散落煤料快速运出，提 高劳动生产率，清洁现场环境。 1 1. .1 1. .2 2针对针对 6.25m 捣固焦炉捣固焦炉工艺技术特点工艺技术特点 将 6.25m 捣固焦炉炉墙的极限侧负荷增大到 11kPa，提高了焦炉炉体 的强度。 为改善装煤除尘效果，将装煤饼时产生的烟气导入相邻的炭化室，将 焦炉上升管设计到了焦炉焦侧。 增加焦炉炭化室铺底砖的厚度，提高铺底砖的耐磨性。 炭化室的锥度为 40mm，减小了推焦阻力及推焦对焦炉炉墙的损坏。 将导烟车轨道基础设计到燃烧室上，防止炭化室过顶砖被压断，同时 便于炉顶排水。 化产车间由冷凝鼓风工段、脱硫工段、硫铵工段、蒸氨工段、粗苯工段、油 库工段、生化工段等组成。 冷凝鼓风工段： 荒煤气，带着焦油和氨水沿吸煤气管道至气液分离器，气液分离后荒煤气进 入横管初冷器，在此分两段冷却：上段采用 32循环水、下段采用 16制冷水 将煤气冷却至 22。冷却后的煤气进入煤气鼓风机加压后进入电捕焦油器，除掉 其中夹带的焦油雾后煤气被送至脱硫工段。 初冷器中段和下段排出的冷凝液进入冷凝液循环槽，由冷凝液循环泵送入初 冷器下端循环喷洒，如此循环使用，多余部分送机械化氨水澄清槽。 从气液分离器出来的焦油、氨水进入机械化焦油氨水澄清槽，经澄清分离后， 上部氨水送至循环氨水槽，由循环氨水泵及高压氨水泵送往炼焦工段供冷却荒煤 气和集气管吹扫及无烟装煤使用。剩余氨水则由剩余氨水泵送至硫铵工段蒸氨。 河南城建学院本科毕业设计(论文) 1.引言 4 分离出的焦油至焦油中间槽贮存，当达到一定液位时，用焦油泵将其送至焦油槽。 焦油需外售时，有焦油泵送往装车台装车外售。 机械化氨水澄清槽和机械化焦油澄清槽底部沉降的焦油渣，排入焦油渣车， 定期送往煤场配煤。 冷凝鼓风工段所有贮槽的放散气均经排气风机接至排气洗净塔，由硫铵工段 来的蒸氨废水洗涤后排放至大气。塔底废水由排气洗净废水泵送生化处理。 1.1.3 捣固装煤车主要功能和技术参数捣固装煤车主要功能和技术参数 主要主要功能功能: : 将洗精煤由煤塔装入本车的捣固煤槽内，用捣固机将装入煤槽的煤捣固 成煤饼，用托煤板将煤饼送入炭化室内。 表 1.1 捣固装煤车主要技术参数 轨型QU120 轨道中心距12000 mm 运行机构速度775 m/min 装煤车装煤机构送煤速度1.616m/min 单个车轮最大轮压610 kN 煤饼长度（底顶）15140/14940 mm 煤饼宽度445 mm 煤饼高度5800 mm 煤饼重量43.5t 余煤回收刮扳机能力10 t/h 余煤料斗容积3 m3 液压系统工作压力8 MPa 主要技术特点：主要技术特点： 装煤传动机构采用大功率电机带动链轮、链条的驱动形式，增加装煤时的驱动 力，保证送煤过程的平稳性；同时采用专利技术对托煤板的运行提供帮助，提高 托煤板的使用寿命。 采用 20 个侧壁支架和 20 套侧移装置支撑煤槽侧板，同时为适应 6 米捣固装煤 车对煤饼高度的要求，增加了侧移装置与侧板的连接支点，保证对侧板的有效支 撑。 河南城建学院本科毕业设计(论文) 1.引言 5 采用分段式的旋转升降式接煤板装置，有效减少在运输、装配和使用过程中由 于接煤板过长而导致的变形。设计时将接煤板工作角度设定为不小于 55，尽量 减少捣固煤饼后接煤板上的余煤。 在前挡板的设计上有两个特点：一方面前挡板开闭采用双油缸驱动。另一方面 在前挡板内部安装有电加热装置。由于前挡板是既窄又高的钢结构件，采用上下 两套油缸驱动，能有效防止前挡板变形，同时增加前挡板开闭的可靠性。 煤箱侧板的设计采用大型号的型钢焊接而成，内面壁板采用复合不锈钢板制作， 并在焊后进行手工抛光，增加其表面光洁度，最大限度的减少壁板粘煤。侧板内 部还安装有电加热板装置，同前挡板上的电加热装置一起，保证在冬季寒冷气候 下，煤箱不冻结。煤箱侧板采用双活动壁，开闭行程 30 mm。煤箱宽度可调，调 整幅度 430450mm。 后挡板的设计有三个特点：一是采用上下两套闭锁装置，保证在回撤托煤板时， 后挡板受力平衡。二是在后挡板上设计有四组导向装置，在后挡板送煤和回撤时， 由于后挡板与壁板间有一定间隙，而后挡板回撤是由卷筒、钢丝绳装置驱动，难 免产生左右摇摆的情况，设计有导向装置能够有效避免由于后挡板左右摇摆而将 壁板刮坏。三是设计有自动清除壁板粘煤的刮板装置，当后挡板通过煤箱内部时， 通过弹性刮板将壁板上的少量粘煤刮落。 托煤板采用整体厚度的钢板对接而成，并且在尾部增加了加强梁，以避免托煤 板尾部翘曲，增加托煤板的使用寿命。 车架的设计采用大截面的箱型梁和工字梁形式。其中装煤主梁上的托煤板滑道 为一次加工成型，最大限度的保证了滑道的直线度、与轨道的垂直度、滑道平面 的平面度，从而保证送煤过程平稳、高效的进行。 为保证合理的启动时间、运行速度和单位轮压，采用了大直径的走行轮，但走 行装置总体高度仍然是要求尽量降低，以保证车架结构能够降低，实现车架重心 降低。保证装煤车运行的平稳性。 新增了走行锁紧装置。利用机侧第二轨内侧的抵抗墙，采用液压缸驱动楔形滑 块的方式，在装煤过程中，平衡侧向力，防止车体横移。 河南城建学院本科毕业设计(论文) 1.引言 6 1.1.4 锤固定捣固机主要功能和技术参数锤固定捣固机主要功能和技术参数 主要功能主要功能: 捣固机用于将落入装煤车煤槽中的散煤捣固成煤饼。捣固机安装于煤塔两侧 的导轨上，最低位置高于装煤车的最高点，按程序要求工作。 表 1.2 锤固定捣固机主要技术参数 轨道中心距2000mm 轨型P50 捣固锤冲击行程400mm 煤饼捣成时间57 分钟 捣固技术捣固技术: : 捣固机捣固锤的数量为 30 个。捣固设备由 5 组 6 锤捣固机组成。5 组捣固机之 间用水平销轴连接，各自位置具有互换性。每个捣固机有四个车轮，轨距为 2000mm。设置安全挡装置，当捣固煤饼工作完毕，锤杆提升到原始位置时，液压 缸推动挡杆位于锤头下方，防止停锤装置意外失控及误操作引发的落锤事故。接 近开关用来控制推杆的前后动作，并与提锤传动装置联锁。弹性轮采用橡胶弹性 结构，每组捣固锤夹紧轮的夹紧力可调整。停锤装置由液压缸、扇形齿轮、传动 轴、凸轮块、轴承座、接近开关等组成。接近开关用来控制液压推杆的前后动作， 并与提锤传动装置联锁。传动系统采用开式和闭式结构结合方式，开式齿轮箱的 润滑为干油润滑，闭式齿轮箱的润滑为干油润滑。 设置运行故障检测装置，停锤装置放松后故障检测装置开始工作，捣固锤在 竖直方向运动，故障检测装置的弹簧系统把感应滚动轮压在捣固锤上，感应滚轮 转动时和感应头产生断续感应信号，说明捣固机在正常运行。当感应滚轮和感应 头不能感应或感应滚轮和感应头有持续感应时说明感应滚轮不转动，也同时说明 捣固锤已停止工作，这时功能联锁使锤停止工作并报警通知操作工。 捣固机锤杆上的摩擦片有足够的长度，确保能把捣固锤在煤槽中无煤状态下提 起。锤头的结构采用过渡锥形，使冲击力平稳过渡到锤杆，提高了锤杆的抗弯性 能；增加锤头钢板厚度，使锤杆的重心下移，可以减小锤在工作时摆动的幅度， 动作更加平稳。 河南城建学院本科毕业设计(论文) 1.引言 7 十字结构架采用钢板焊接结构，充分考虑捣固机长期使用对结构疲劳强度的 要求；四级导向装置，减小锤杆上下动作时的晃动幅度，提高锤杆的使用寿命。 1.1.5 推焦车主要功能和技术参数推焦车主要功能和技术参数 功能功能: 推焦杆将炭化室内焦炭推出至熄焦车上，同时完成推焦前与装煤后启闭炉门 及运送炉门到炉门修理区等工作。本推焦车设置有走行、推焦、启闭炉门等装置； 同时具备移动炉门、炉框的能力和清理炉门、炉框的能力。 表 1.3 推焦车主要技术参数： 轨型QU120 轨道中心距12000 mm 运行机构最大速度60 m/min 最大推焦速度27m/min 单个车轮最大轮压610 kN 液压系统工作压力8 MPa 技术特点技术特点: : 新增了走行锁紧装置。利用机侧第二轨内侧的抵抗墙，采用液压缸驱动楔形滑 块的方式，在推焦过程中，用于抵消推焦的反作用力，防止车体抖动。 推焦装置中推焦电机选用大功率电机，增加了推焦的平稳性；推焦杆上下盖板 及腹板的厚度加大、增加了推焦杆的刚性。推焦杆为一箱形结构件，传动齿条设 在杆的上部，推焦杆分为前、中、后三段、以销轴形式联接，推焦杆两旁挂有防 风板，以防受风变形。推焦头为焊接结构，推焦头的中上部设有杆头导板，以防 止推焦头歪斜造成的事故。推焦传动采用涡流制动器进行推焦全过程的速度调节， 实现无冲击推焦，采用硬齿面减速机。为防止突然停电而烧坏正在炭化室内的推 焦杆，减速机本身带有手轮装置，另外在涡流制动器的后端还设有柴油机强拉出 装置。 河南城建学院本科毕业设计(论文) 1.引言 8 取门装置是在液压缸的作用下取下、装上炉门的装置。为保证取门时和旋转后 清门时的位置固定，设有机械插销定位机构，插、拔销动作的进行是通过高低导 轨完成的。取门机下部设有倾斜油缸，将取门机下部推向炉体以适应焦炉膨胀的 工艺特点。取门机构设有位置检测及记忆系统，油缸均采用带位移传感器 （MTS）油缸，保证了取门、关门、清门的各位置的准确性。 炉门清扫装置是当取门机取下炉门退到后极限时，对炉门上的刀边、砖边进行 清扫，除去焦油、焦粉，以保证炉门与炉框间的严密性，控制跑气、冒烟。清门 机主要由侧面清扫小车、链条牵引装置、底部和上部清扫小车等组成。当清门机 靠上炉门时，随炉门的左右倾斜，清门机由于吊挂装置的作用可自动对准，调节 与炉门相吻合。其最大水平摆动幅度为50。另配有高压水清扫系统。 炉框清扫装置是对炉框的镜面和内侧面进行清扫，当台车负带清框机前进时， 通过导向架导向，清框机的侧面刮刀受到挤压后压缩刮刀内面伸缩装置内的弹簧 进入炉内，尔后侧面刮刀和镜面刮刀靠紧炉框侧面和镜面，在油缸作用下上下活 动进行刮扫，在清框头下部新设计了空气吹扫管路，将刮下的余焦等吹入刮板机 槽内。 整车配备集中润滑系统。 车载除尘系统能够完成出焦时机侧炉口烟尘的处理，用户选择。 1.1.6 除尘拦焦车主要功能和技术参数除尘拦焦车主要功能和技术参数 功能功能: : 采用两轨形式，即拦焦车一条轨道设置在焦炉出焦侧操作台上，另一条轨道 设置在集尘干管的钢结构上，两轨横跨电机车和熄焦车或焦罐车。其功能是取、 装焦侧炉门、推焦时用导焦栅将红焦炭导入熄焦车、将出焦烟尘导入集尘干管、 清扫炉门、清扫炉框、处理头尾焦等。 表 1.4 除尘拦焦车技术参数: 轨型 QU100 运行机构最大速度60 m/min 河南城建学院本科毕业设计(论文) 1.引言 9 技术特点技术特点: : 钢结构采用钢板焊接的箱形梁和型钢组成的框架式结构。钢结构各部件间采用 法兰式栓焊连接，连接螺栓选用高强螺栓。当各部件组合定位后，将连接处全部 焊牢，重要的主梁在法兰连接处采用开坡口焊接，焊后将所有连接螺栓拧紧焊死， 以防松动。司机室、电气室、液压室的底板、侧壁和顶棚均镶有隔热材料，具有 隔热防寒作用。 走行装置由四台电机分别驱动四套传动机构，通过变频调速控制。传动机构采 用硬齿面卧式标准减速机、维修方便。前轨有二套四轮轮组，其中 2 个车轮为主 动轮，前轨共有 8 个车轮。后轨有二套三轮轮组，共有 6 个车轮。 导焦装置：位于拦焦车车体的中间部位，导焦栅由框架组成，框架采用方管及 钢管焊接而成。为了防止推焦烟尘污染大气，在导焦栅框架外侧，设有不锈钢防 尘板。导焦栅框架内侧由光滑、线性排列、可方便更换的槽钢组成。下部导焦槽 带有可更换的钢板和侧板，采用耐磨性能好的材料，可显著提高使用寿命。导焦 栅上部直接把合集尘上部烟罩，可将出焦烟尘收集到地面站。在出焦侧，导焦栅 两侧有分开固定的垂直密封条，当导焦栅向前运动时，垂直密封条与集尘装置的 密封条构成迷宫式的缝隙，阻止烟尘泄漏。在导焦栅两侧的前部装有垂直的弹性 密封条，与炉柱紧密接触，同样阻止烟尘泄漏。导焦栅的移动和锁闭设有限位装 置用来控制油缸行程。 取门装置：位于导焦栅左（右）侧（站在焦侧面对焦炉），通过液压缸使取门 机前后移动、旋转，进行取装炉门工作。当移动台车在取门移动轨道上移动时， 取门旋转架下方的导向辊沿钢结构上曲形轨道移动，带动取门头的旋转架被强制 沿曲形轨道转入、转出，完成取门头 90旋转。取门头装有自动开启和锁闭（弹 簧）的回转臂锁闭装置，使取门时取门头锁闭，需要旋转时取门头开启并旋转。 炉门清扫装置（与推焦车类似）。 炉框清扫装置（与推焦车类似）。 集尘装置：位于熄焦车上方（导焦栅两侧及上方），是收集出焦过程中放散的 烟雾和粉尘。集尘烟罩及管路由不锈钢板组成，罩体钢板外面焊接一定数量的筋 板以加强罩体强度。上部件和中部件用螺栓把合在钢结构的导焦移动轨道上。下 部件固定在一层平台上。中部件和下部件之间没有连接，留有空隙以使适应热变 形。通过翻板阀或皮带小车装置将集尘罩与除尘干管相连通。上部件机构位于三 层平台钢结构上面，检修方便。炉前烟通过大功率的风机强制吸烟。 河南城建学院本科毕业设计(论文) 1.引言 10 头尾焦装置：可将开门时从炉膛散落的焦炭和清框时散落的余料收集并倒入导 焦栅内。位于焦炉前部，导焦栅下部。非工作状态时焦斗收起，翻转 90，使焦 斗竖起并靠近导焦栅前部。工作时，在取门机和导焦栅未移动之前，焦斗翻转 90，焦斗处于水平，前进至炉柱淌焦板下，等待接料。在取门、导焦、清框完 成后，导焦栅退到后限，焦斗才后退、翻转、倒余料。焦斗采用不锈钢材质。倒 入导焦栅里的头尾焦将在下一个推焦过程中被处理。 1.1.7 “U”型管导烟车型管导烟车 采用双“U”型管导烟方式。双“U”型管导烟车通过上升管的高压氨水系统 的吸力，将装煤时产生的烟尘通过双“U”形管与炉顶带水封盖的导烟孔连接导 入相邻（n+2）和（n-1）的炭化室，再通过（n+2）和（n-1）孔上升管吸入集气 管。 1.1.8 电机车电机车 配合熄焦车和焦罐车设计，满足牵引和控制熄焦车或焦罐车的要求。采用 电机和减速机外挂的安装方式，为设备检修提供方便。 1.1.9 熄焦车熄焦车 配合电机车和除尘拦焦车设计，满足定点接熄焦的要求；采用标准转向架 运行机构，对耐热板、钢结构和车门加强设计，解决长期使用中的破损、变形问 题。 1.1.10 摇动给料机摇动给料机 往复式给料、单台独立驱动、且能集中操纵控制。给料行程： 80mm、100mm、120mm、140mm、160mm。给料量 0.31.0t/min（可调）。 1.1.11 液压交换机液压交换机 焦炉煤气系统油缸额定拉力 70kN，拉条行程 460mm；废气系统油缸额定拉力 90kN，拉条行程 700mm。当煤气压力500Pa 时，接到信号可实现自动切断煤气， 焦炉停止加热。交换机由 PLC 控制，完成煤气、废气全程循环自动交换。油泵故 障或停电时可以实现手动操作，手动操作交换时间 10min。 河南城建学院本科毕业设计(论文) 1.引言 11 1.2 国国内内外外对对捣捣固固焦焦炉炉研研究究综综述述 1 1. .2 2. .1 1 国国内内 捣固机故障检测技术捣固机故障检测技术 大连华锐股份有限公司提供一种带有运行故障检测装置的捣固机， 现有的捣固机在凸轮装置和捣固锤发生故障时因不能及时发现进行处理， 而最终酿成整个设备瘫痪，造成严重经济损失。本发明的特征在于，在 捣固锤杆处设有可随其上、下运动而转动的感应式运行故障检测装置， 该检测装置的带有两个感应片的感应滚轮设置在铰接于固定支架上的支 撑架上，位于支撑架和固定支架之间的两个弹簧将感应滚轮压在捣固锤 杆上随其上、下运动而转动，设置在支撑架上的感应头和感应滚轮形成 感应信号，从而实现对运行故障的检测。该发明解决了现有技术的不足， 适用于把蓬松的煤捣固成煤饼的捣固机。 1 1. .2 2. .2 2输煤网络控制系统优化方案输煤网络控制系统优化方案 广东台山电厂 通过网络隔离，将一个大的ControlNet 网络分割 成若干小的网络，大大减轻了网络负荷，有效地进行了网络负载均衡；同 时，通过访问隔离，减轻了同一个网络内的数据拥塞碰撞，降低了 PLC 主机的负荷。通过这两个方面的系统优化，极大地提高了系统运行的 稳定性和安全性，为机组的安全稳定运行提供了有力的保障。在台山电厂 的应用实践证明，网络分割和访问隔离是非常行之有效的网络优化方案。 这种优化方案不仅适应于电厂的ControlLogix 系统，同样可以适用于 石油、化工、冶金等等行业的相关领域，因此，该方法也为工业系统自动 化的优化运行提供了一种新的方案和途径。 古交配煤厂位于古交市境内，距古交市90.Km，与山西焦煤集 团公司屯兰矿相邻，是山西焦煤集团公司实施利用煤泥、中煤及部分原煤、 矸石发电的战略性工程。古交兴能发电有限责任公司一期工程总装机容量 为 2300MW。古交配煤厂输煤系统的设计范围始于火车卸煤坑、贮煤棚、 运煤系统，筛碎设备、控制系统辅助设施和附属建筑物等。输煤系统分为 A、B 双系统运行， A 系统运行， B 系统备用，交替切换运行。煤源主要 有山西焦煤集团西曲矿、镇城底矿、马兰矿、屯兰矿的中煤和煤泥、矸石， 东曲矿的中煤、煤泥和4#原煤、矸石，全由铁路运输。 河南城建学院本科毕业设计(论文) 1.引言 12 1 1. .2 2. .3 3 国国际际 焦炉车辆焦炉车辆走行测距定位与控制走行测距定位与控制方案的优化和论证方案的优化和论证 在炼焦操作中，需要控制焦炉移动机械(装煤车、推焦车和拦焦车等)的 位置。确定哪一孔炉装煤或推焦的传统方法是依靠装在各炉位置上的接近 开关和电磁传感器，其可靠性差，且难维护，故近来使用下列的位置检测 方式 ：辅助轮数字编码方式；微波定位方式 ； RFID(Radio Frequency Identification 无线射频感应辨识系统)定位方式 ；感应无 线定位方式。 1.3 捣捣固固焦焦炉炉故故障障探探讨讨 1 1. .3 3. .1 1 焦侧炉门的改造焦侧炉门的改造 捣固焦炉的装煤是用托煤板将其煤饼送入炭化室。托煤板设有装煤限 位，采用较多的是主令控制器控制限位和重锤位移控制限位。无论是通过 电气 PLC 控制还是物理机械控制，在运行过程中一旦发生限位失灵、失准， 托煤板就会超出限位，极易损伤焦侧炉门和炉框，甚至将焦侧炉门撞断。 为防止类似事故的发生，除加强操作管理外，在建造3 号焦炉时，将 焦侧炉门的下托槽前端部位上移。经上述改造后，托煤板即使超出限位 235mm，也不会损坏焦侧炉门及炉框。而且，改造后焦侧炉门的原下托槽前 端的部位形成了空间，可以有效吸收托煤板装煤过程中积聚的尾焦，从而 大大减少了尾焦对焦侧炉墙和炉门的挤压。 对托煤板后堵头进行了改造。原托煤板送煤到位后，距焦侧炉门 200mm，改造后缩短为100mm，延长煤板有效长度后，增加了煤饼长度， 从而增加单孔装煤量，全年可提高产量2606.1 吨（干焦）。 1 1. .3 3. .2 2 焦侧第焦侧第 1 1 火道加砖加固火道加砖加固 由于对位误差以及多种因素的影响，在装煤过程中，煤板行程方向容易 河南城建学院本科毕业设计(论文) 1.引言 13 发生偏差，导致煤板擦碰炉墙。随着煤板行程的增加，煤板前端对炉墙的 挤压力也就越大。尤其到了装煤末期，煤板前端以及煤板前端积聚的尾焦 就会磨损炉墙。因此，常因尾焦的逐渐增多、挤压力的加大，引起焦侧炉 头第 1 火道的墙砖损坏和开裂。为此，在建造2 号焦炉时，在焦侧第 1 火道内加砖加固，增强砖墙抵抗外力的能力。在焦侧第1 火道内两 侧分别横砌、竖砌1 块经过加工的标准砖，沿火道横向砌1 块加工砖 起支撑作用， 3 块加固砖呈 “H”型。实践证明，此加固方案不影响砖煤 气道的砌筑、通畅，也不影响空气口尺寸以及空气口调节砖的摆放与调节。 1.3.31.3.3操作注意事项操作注意事项 在装煤过程中，煤板与煤饼进入炭化室，煤板行程较长。加上对位误 差和煤板滑道偏差等因素，煤板行程方向容易发生偏差，导致煤板擦碰炉 墙，加上尾焦的挤磨，若不及时调整，炭化室第1 层砖在长期的磨损作 用下，就会形成凹槽。凹槽一旦形成，修补难度较大。此外，凹槽还会对 煤板形成导向作用。在推焦、装煤过程中，加剧了焦炭和煤板对炉墙的磨 损，使凹槽加长、加深，加速了焦炉砌体的损坏。操作时要求对位准确， 严禁推焦杆、煤板擦碰炉墙。生产操作中，应根据实际状况采取有效措施 将煤板偏差量降至最小。 遇到塌煤等原因影响正常装煤时，严禁用推焦杆推挤煤饼。煤饼倒塌 后，坍塌的煤饼应立即清运。煤饼在装煤过程中出现少量的局部掉角、剥 皮或少量散落，对继续装煤的影响较小；煤饼大量倒塌甚至整体坍塌，将 导致装煤失败，需重新捣固煤饼，二次装煤。 河南城建学院本科毕业设计(论文) 2.PLC 在捣固焦炉设备优化控制中的运用 14 2. PLC 在捣固焦炉设备优化控制中的运用 焦炉机械设备 PLC 控制自动化程度高，它的特点有输入处理、步 序控制 、以及在每一步动作中具有故障检测及处理功能。这套软件的 应用使焦炉机械设备电气控制水平有了质的飞跃，缩短了与国际先进水 平的距离 。目前 PLC 在工业控制系统中的应用具有许多优点，有着极强 的生命力 。它体积小 、安装简单 、编程及维修方便 、适用于复杂的工 业控制环境及快速的响应功能都是令人有口皆碑的。更令人们感兴趣 的是 PLC 可以迅速进行更改以适应新的或变化了的使用条件，这对电气 设计人员来说是十分灵活方便的。假如设备生产工艺改变，仅改变一 下编制的程序即可，而不用像继电器、接触器控制系统那么繁琐地修 改线路 。另外，它的体积小也解决了焦炉设备上空间小的矛盾，它的远 程处理功能大大减少了电气室与司机室的连线。 2.12.1PLCPLC 在捣固焦炉设备的控制方式及优势在捣固焦炉设备的控制方式及优势 系统采用 PLC 控制，自动采用触摸屏操作，手动采用按钮操作。配备 UPS 电源（在线式，后备30 分钟）。工作方式：单元自动、联锁手动 及紧急手动控制。 PLC 及触摸屏系统实现自动控制、动作联锁、运行状 态显示、故障显示。走行控制采用变频控制，变频器通过Profibus 总线与 PLC 进行通讯。变频器的运行状态等信息通过Profibus 传送 到 PLC，PLC 给变频器的控制信号仍通过电缆传输。 操作台合理布置，舒适安全、操作简便、观察直观。触摸屏和开关按 钮整台通体考虑。为防止PLC 系统发生故障影响生产，设置必要部分 动作的紧急手动开关。操作台设置电源分合闸按钮、解除联锁按钮、急 停按钮，事故状态下提升U 形管、提盖系统强制回位按钮。 触摸屏采用西门子系列，显示设备动作、位置及进行单元自动控制等操 作画面 。设彩色工业电视监视系统：分设走行2 台，导烟 2 台摄像 头进行监视，操作室设两台17 寸液晶监视器，画面可以进行切换，采 用红外线摄像头以确保夜间视频效果，防护罩有隔垫，壳内有冷却器， 散热器，防尘防腐保护，达到现场长期稳定工作。对焦炉采用 PLC 控制一点对位的机车，可保持炉门刀边与炉门框之间的缝隙不变，炉门 密封性能好。节能环保效益好。 河南城建学院本科毕业设计(论文) 2.PLC 在捣固焦炉设备优化控制中的运用 15 2 2. .2 2PLC 程程序序及及典典型型梯梯形形图图 本PLC 程序有其自身的规律可循，归纳概括如图一所示。控制系 统的输入 、输出通过 I/O模块来实现 。中间环节由 PLC 软件来实现 。 此控制系统的输入信号指令元件有旋钮、按钮 、限位开关等，输出信 号执行元件有接触器、液压电磁阀 、气动阀 、信号灯等 。 . .2 2. .2 2. .1 1 输输入入处处理理 焦炉设备是移动的机械，车上限位开关较多，车辆在移动过程中限位 开关易产生误动作 。限位开关的误动作信号输入PLC，将直接影响 PLC 自动程序的执行 。因此，正确地输入信号是PLC 自动执行程序的 保证，为此设置了 PLC 输入处理功能（既限位开关抖动检查功能），针 对不同型号的 PLC 可有不同的处理方法。 2 2. .2 2. .2 2联联锁锁 焦炉设备分为几个大车，每一个车都是独立的，控制系统也是独立的。 一个车上根据机械设备的构成可分为几个或十几个动作单元，一个动作 单元里又分为几个或十几个动作，每一个动作既有与本单元其它动作的 联锁，又有与其它单元动作的联锁，这个联锁就是在每一个动作中进行 PLC 手动时的起动条件 、运行条件的成立与不成立的判定。联锁条 件归纳如下： PLC 手动起动联锁； PLC 手动运行联锁； PLC 自动起动联锁； PLC 自动运行联锁这四种联锁贯穿在每一步动作中，联锁条件的确立必 须充分了解设备的工艺要求。此部分编程较为方便，就是利用PLC 的常开 、常闭点将联锁条件罗列即可，难点在联锁条件的确立。确 立联锁条件需要设计人员掌握做某一步动作时其它动作所应处的状态。 起动联锁 、运行联锁是两个独立的联锁条件，起动时只有起动联锁条件 满足才可以起动，运行联锁也同理。联锁条件不具备发生联锁欠落， 操作台上有联锁欠落信号灯，PLC程序控制此信号灯显示。 河南城建学院本科毕业设计(论文) 2.PLC 在捣固焦炉设备优化控制中的运用 16 2 2. .2 2. .3 3程程序序步步 焦炉设备一个车上根据机械设备构成可以分为几个或十几个动作单元， 在每一个动作单元里有几个或十几个动作，把每一个动作看作一步，程 序步控制内容既为按照单元自动流程要求，动作依次进行，直到该单元 动作完成 。程序步标准阶梯，如图2.1 所示 。 图 2.1 程序步标准梯形图 图2.1 中符号说明： ATMD：自动方式； ATPB：自动按钮； RAIL：运行联锁； SAIL：起动联锁； AT-ST：自动起动； AL：故障； A01SEND：第一动作单元结束； ATRUN：自动运行； A01S01：第一单元第一 步；A01S02：第一单元第二步； 01END：第一步结束。 河南城建学院本科毕业设计(论文) 2.PLC 在捣固焦炉设备优化控制中的运用 17 . .2 2. .2 2. .4 4 一一次次动动作作 程序步的每一步动作称为一次动作。这套软件的自动化程度高关 键就在每一步动作中或有重做或有跳步或有超时检查功能。某一步 动作具体具有哪种功能是根据设备机械工艺而定。下面分别介绍这三 种功能 。 重做 标准阶梯图，如图 2.2。重做就是将某一步动作完成所需要的检测 时间通过程序予置到PLC 的寄存器中，某一步动作开始时寄存器中的数 据传送到定时器，定时器开始定时，在规定的时间内动作完成发出此步 动作完成指令 。如果此步动作没有完成，则发出重做请求指令，操作台 面设有重做显示灯及按钮，按下此按钮进行重做，首先此步动作先逆动 作1 秒，之后进行正动作，进行正动作的同时重复开始时程序。如 果每一次重做没有成功，程序设计允许重做二次，此时可进行二次重做， 若第二次仍没完成，则发生AL1 故障，此时必须停止工作，检修故障 点 图2.2：一次动作重做标准梯形图 CP:动作完成；JU：延迟；AL3：AL3故障；OT：正动作；RTRQ：重做请求； AL1：AL1故障；MO：逆动作；RTC1：第一次重做；RTC2：第二次重做。 河南城建学院本科毕业设计(论文) 2.PLC 在捣固焦炉设备优化控制中的运用 18 跳步 跳步就是将此步动作跳过去，它的设置是此步机械动作在规定时间内 没有完成，不影响整个单元自动程序的执行，跳步发生就将此步跳过去， 接着完成余下的工作。跳步也是将某一步动作完成所需要的时间通过程 序予置到 PLC寄存器中，这一步动作开始时寄存器中的数据传送到定时器， 定时器开始定时，在规定的时间内动作完成，发出此步动作完成指令， 如果此步动作没有完成则发生跳步，跳步发生时手动时进行AL3 故 障报警，自动时进行AL2 报警 。 2 2. .2 2. .5 5 故故障障 每单元超时 、重做 、跳步 、联锁欠落发生时均产生故障。故障处 理有两种方式：一种是在程序中处理成打印文字数据，PLC 连接一 打印机将故障内容直接打印出来，针对不同型号的PLC 处理成打印文 字数据的方法也不同。另一种是故障报警，设计时设置一个蜂鸣器、 一个电铃，由 PLC 输出接口控制，蜂鸣器为轻故障报警，电铃为重故障 报警 。故障 AL2（跳步） 、重做要求中蜂鸣器报警，故障AL1（重做 失败） 、故障 AL3（超时），联锁欠落发生时电铃报警。 2 2. .2 2. .6 6灯灯表表示示 动作表示部位 1).连续亮灯 。根据限位开关的接通灯亮。根据限位开关的断开灯 灭。2).缓慢闪亮 -自动条件不成立部位的显示。单元自动开始时， 由于起动条件不成立开始闪亮。起动条件成立或单元自动断开闪亮停 止。3).急闪 -故障（延时）部位显示。单元自动及 PLC 手动时， AL1、AL3 故障 、联锁欠落发生时开始闪亮。把运转方式切换到断或 紧急手动时闪亮停止。 重做 重做要求显示 单元自动重做发生时灯亮。重做按钮（ PB）按下或灯亮后 60 秒 或单元自动断开时灯灭。 跳步 -跳步发生显示 单元自动时跳步（ AL2）发生灯亮 。灯亮后 5 秒或单元自动断开灯 灭。 作业超时 -作业超时发生显示 单元自动及 PLC 手动时作业超时 AL1、AL3 发生灯亮 。把转换开关 转换到断或紧急手动灯灭。 联锁欠落 -运行条件欠落显示 河南城建学院本科毕业设计(论文) 2.PLC 在捣固焦炉设备优化控制中的运用 19 2 2. .2 2. .7 7PLC推推焦焦控控制制故故障障及及排排除除 采用 PLC控制的推焦控制系统，其故障现象同继电器接触器控制 系统，判断和排除方式也基本相同。不同之处是采用PLC控制的推焦 控制系统将继电器 接触器控制系统中的中间环节通过PLC软件来实 现。 PLC故障主要是模块损坏和端子接线不良。模块损坏时PLC将自 动检测到故障且指示灯亮，更换新模块即可排除故障。端子接触不良将 造成输入、输出时有时无或无输入、输出，根据故障现场，通过万用表 找出不良点，紧固后即可排除故障。 2 2. .3 3PLC 对对捣捣固固焦焦炉炉设设备备控控制制小小结结 综上所述，不难看出这套软件自动化程度较高，其中步序控制是一特 点，在每一步动作中，不但具有故障检测，同时又能进行故障处理，并 且通过观察由 PLC 输出接口控制的操作台面上的信号灯很容易判断故障 发生部位，为设备的维修带来了很大的方便。这套软件的开发成功， 使焦炉机械设备实现了单元自动控制并具有故障检测及处理功能，也使 焦炉机械设备的电气控制水平有了质的飞跃，此套软件经现场运行验证， 已处于国内领先地位，大大缩短了与国际先进水平的差距。 河南城建学院本科毕业设计(论文) 3.变频调速技术在捣固焦炉设备优化控制中的应用 20 3 3. .变变频频调调速速技技术术在在捣捣固固焦焦炉炉设设备备优优化化控控制制中中的的应应用用 在现代工业生产中 , 有许多电力拖动的场合, 直接或间接需要电机 能够变速运行。在交流变频调速进入实用化前, 工业企业广泛应用变 频调速、滑差调速等进行直接的变速运行, 而对于大量需要控制诸如 流量、压力等间接需要变速运行的场合, 多采用出口量、档板、调节 阀等手段来进行调节，在焦炉设备中可利用变频调速技术调节推焦车、 熄焦车、拦焦车的电动机来调节各车行走速度 3.13.1变频调速技术的基本原理变频调速技术的基本原理 交流异步电动机的转子转速n可用下式表示： n=60fp(1-s) (式3.1) 式中： f定子供电电源的频率；p一电动机的极对数；s电动机的 转差率。 由此可见，当平滑地改变f时，即可改变 n。因此变频器把工频电源 变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行，其中控制电路完 成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成卣流电，直流中间电路对 整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆成交流电。对于 如矢鼋控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进 行转矩计算的 CPU以及一峰相应的电路。 采用现场 PID调节器控制变频调速风机，它具有调节精度高，响应速 度快，设备稳定性好，防护等级高，操作简单，维护方便等优点，在现 场运行的实践中达到r预期的效果。 3.23.2变频调速器的控制方式变频调速器的控制方式 安装变频调速器的机泵不需要做任何改动,只需将机泵的配电部分 增加一台变频调速器, 控制线路连接在操作室仪表盘原来调节该回路控 制阀的调节器上即可, 投用变频调速器时 ,关闭前手阀 , 停用控制阀 , 打开副线阀 , 用调节器上的电流信号实现变频调速控制。开、停机泵可 以在现场进行 , 也可以在变频调速器上直接进行。当变频调速器发生故 障不能运行时可摘除变频调速器( 或启动备用泵 ) , 控制线路改为控 制阀控制 , 恢复原来的节流调节方式。 河南城建学院本科毕业设计(论文) 3.变频调速技术在捣固焦炉设备优化控制中的应用 21 3.2.1 单单回回路路控控制制 单回路控制比较简单,在工业控制流量过程中只需将调节器上输送的 电流信号由控制阀改为变频调速器即可。当由控制阀节流控制时, 调节器的电流变化改变控制阀的开度, 实现对流量的控制 ; 当由变 频调速器控制时 , 调节器的电流变化改变电机的频率, 从而改变电 机的转数 , 实现对流量的控制。变频调速在捣固焦炉设备中运用与工业 控制流量的原理相同。 3.2.2 双双回回路路控控制制 在工业控制流量过程中对于双回路控制系统, 有两路控制阀 , 在 安装变频调速器时 , 只能选择一路用变频调速器控制,另一路仍然保 留。一般选择两个回路中重要的一个操作参数作为变频调速控制; 当两个操作参数的重要性基本相同时, 则选择工艺要求压头高的一个 回路作为变频调速控制。变频调速在捣固焦炉设备中运用与工业控制流 量的原理相同。 3.33.3变频调速替换电磁调速变频调速替换电磁调速 电磁调速系统是由笼型异步电动机、电磁转差离合器测速发电机和 控制装置所组 成的。 其工作原理是调节电磁离合器的励磁电流大小, 来改变输出转速从而达到调速之目的。电磁调速在生产应用当中, 电机的安运行存在一定问题, 效率低 , 能耗大 ;电磁离合器中心轴承 易损坏 ,保护性能差 , 更换困难 ;闭环控制线路复杂变频调速器则设备 先进 ,节电节能 ,效率高 ,性能好 ,变频范围为 050HZ,具有稳定可靠、 自动转矩限定、转矩提升、加减速设定、载频切换、瞬时停电再起动、 电机参数自诊、过载保护、过欠压保护、短路保护、接地保护、故障报 警、失量控制的演算规则等更优良的特性。它是最理想、最有发展前途 的交流电机调速方式, 在提高生产质量和节能方面显示巨大威力。 电磁调速改为变频调速, 一般是采用变频调速来控制YCT系列电动 机的输入电压和频率。无测速机的开环控制系统,变频调速能满足通 常机器转速精度要求, 变频调速比电磁调速简单、可靠,而且技术性 能优越 ,力能指标 (特别是效率 )高, 节电效果好。 将现有的电磁调速改为变频调速,利用原来的电磁调速YCT系列电动 机,既可节省投资 ,又可省去底脚基础的改造,中心高度及墓础尺寸都 可不改变 ,简便易行。 河南城建学院本科毕业设计(论文) 3.变频调速技术在捣固焦炉设备优化控制中的应用 22 具体改造方法如下。将离合器部分的电枢和磁极拆掉, 主动轴与从 动轴之间用联轴器连接。异步电动机电源进线端加装交流变频调速器根 据具体情况 , 变频器可装在现场或配电室。 如果改装时拆除原来电磁调速的电动机,重新选择异步电动机和变频 调速器 ,投资要大些 。 替换电磁调速 ,在改造后的试用期间, 尽可能使变频器带满负荷运转, 与电磁调速相比 ,采用变频器的电动机起动电流相对较小, 起动转矩 较大 ,电动机运行十分平稳,给矿的安全率提高 ;运行平稳可靠 ;节电 显著 ,节电率约 20%-25%;设备维修少 ,节省维修费用约 2万元 (年/线)。 总之 ,效益相当可观。 3.43.4变频器在几种调速电路中的应用变频器在几种调速电路中的应用 3 3. .4 4. .1 1 变变频频器器控控制制电电动动机机正正反反转转调调速速线线路路 变频器有显著的节能效果和稳定性，电解用多功能联合机组选用富士 FRENIC 5000011sp11S 型变频器，用于大车的行走。该变频器具有低 噪音、性能稳定、维护方便等特点，对提高多功能联合机组的大车行走 的稳定性起到了重要的作用。采用变频调速，一是可根据要求调速，二 是节能。它主要基于下面几个因素： 变频调速系统自身损耗小，工作效率高； 电机总是保持在低转差率运行状态，减小转子损耗； 可实现软启、制动功能，减小启动电流冲击。变频器控制电动机正反 转调速线路 图 3.1 是变频器控制电动机正反转调速原理线路图，其工作原理为： 正转时 按下按钮 SBl，