图1  除焦系统原则流程图

图2  各柜内的控制元件和摆放位置

    其中主控柜3中的PLC-1是除焦控制系统主PLC，是美国Rockwell Automation SLC500 PLC。主控柜1中的PLC-2是日本三菱公司的FX系列PLC，是控制钻机绞车的控制器，它的输出先到继电器，再由继电器去拖动各个功率不同的接触器来实现电机的上行、停止、下行、制动器的打开与关闭，这样可保证PLC-2的输出功率恒定，有利于保护PLC-2。控制绞车的变频器为日本安川VS-616G5变频器，型号为CIMR-G5A。PLC上位机选用台湾研华工控机，21”彩显，Windows 2000操作系统，配美国GE公司iFIX Standard HMI Unlimited 2.6组态软件；主控柜4中的本特利是美国BENTLY公司3500系列产品，用来测量高压水泵及齿轮箱振动和轴位移。UPS为美国加里弗尼亚SANTAK公司产品，为主控柜提供不间断电源。
主控柜的操作功能有：主控柜电源开关、高压水泵起动、停止按钮、辅助油泵启停按钮、辅助油泵自动手动切换按钮、紧急停泵按钮、与塔顶、塔底联络按钮、报警复位按钮；状态显示功能有：高压水泵运行状态显示、辅助油泵开关指示、除焦控制阀状态（回流、预充、全开）显示、选塔状态显示（2塔）、塔顶气动球阀所处状态显示、系统故障报警/跳闸显示（包括水泵的报警及联锁跳闸）、联络收讯/发讯显示。

2.1  PLC-1控制内容
(1)  高压水泵控制
    高压水泵为美国FLOWSERVE公司生产的6WIK-1410, 配套电机为国产沈阳防爆电机厂3 550kW电机，经LUFKING齿轮变速箱变速后驱动，采用轴头泵强制润滑，泵出口压力为29MPa，流量为278t/h。由于泵出口压力高，为保护机泵采用小流量启泵，三位阀处于回流状态，泵去塔顶流量为零，返回切焦水储罐的量为107t/h，经三位阀降压孔板降压后，回流压力为0.03MPa。高压水泵是除焦系统的关键设备，由于无备泵，其安全可靠性尤为重要。其安全联锁有：

?  高压水泵启泵条件：除焦控制阀处于回流位置、润滑油系统压力正常、除焦水罐液位及入口压力正常、无跳闸信号。以上各信号经PLC-1判断正常后，控制允许开闭所送电的继电器闭合，6 000V电压送到现场，否则不允许送电。
?  润滑油压力低辅油泵自起、润滑油压力低低三取二大降停车，其动作是通过润滑油总线上的压力开关完成的。
?  为防止泵抽空设有泵入口压力低报警及低低跳闸联锁，通过PLC梯形图中的“阀值判断”程序完成。
?  高压水泵轴瓦温度高报及高高报跳闸。泵体、电机、齿轮箱上的各温度直接进PLC-1的输入卡件，经PLC梯形图中的“阀值判断”程序与设定值比较后进行报警、联锁输出。
?  高压水泵轴位移高报及高高报跳闸。泵体的振动和轴位移通过前置放大器将电涡流式传感器探头传出的电压信号进行检波放大，放大后的信号测量值进BENTLY，由BENTLY运算比较后将结果输出到PLC-1中的“逻辑处理单元”去作为是否允许启泵的条件及完成水泵运行中的跳闸指令。
?  急停按钮。现场水泵旁边、室内主控柜面板、塔顶操作柜各有一个急停按钮，以便在紧急情况下停泵。

(2)  除焦控制阀的控制
    高压水泵出口的除焦控制阀是美国FLOWSERVE公司随泵自带的鼠笼式三位阀，其开关由塔顶控制柜的三位阀旋钮控制，旋钮的回流、预充、全开位置分别对应着4、9、20mA电流信号，然后通过电气转换器将电信号转换为气信号来实现阀门的回流、预充、全开三个位置。只有在预充压力达到1.0MPa以上才允许三位阀全开，其中预充完成信号由PLC-1中的“阀值判断”程序通过压力比较后给出的，回流及全开信号则是通过阀体上的两个磁性探头根据阀杆位置反馈得到的。在全开状态下，如果塔顶控制柜出现断电等异常情况，为保证安全，三位阀自动回到回流位置。

(3)  塔顶隔断球阀控制
    塔顶高压除焦水隔断球阀是通过电磁阀的得电与失电改变气缸气源的进出方向来实现阀门的开关。电磁阀受除焦井架导轨上的“原点”和“入塔”两个接近开关控制：当钻杆下到塔内5米处，即游车大钩先经过“原点”接近开关后又经过“入塔” 接近开关，PLC-1通过判断信号的先后顺序，发出电磁阀带电信号，阀门打开；当钻杆上提到“入塔”接近开关时，电磁阀失电，阀门关闭，防止高压水喷出伤人。

2.2  PLC-2控制内容

(1)  钻机绞车的变频控制
    钻机绞车采用带PG（编码器）的矢量变频调速装置，同时采用可编程控制器进行逻辑顺序时间等控制，来实现变频调速按照生产工艺要求运行。由于除焦工艺需要，钻机绞车需要频繁的上下、开停，采用变频调速控制方式对电机来说是最好的软启动方式，启动电流被限制在额定值内，可以减小对电网的冲击，免除电机的机械损伤，减小供电回路的开关容量，减轻设备维护量，通过与电机轴相连的PG（编码器）可将精确的转速信号传送给变频器，使之实现更精确的速度控制特性。变频调速装置能够保证电动机平稳运转，特别是在低速时有足够转矩输出防止低速抖动，在电动机起动和停止时通过极好的力矩控制特性，配合抱闸的开闭，实现无跳变的速度控制特性，下钻过程中，制动单元的制动电阻释放多余能量，避免溜钻危害。当变频器出现故障时，能自动切断变频器电源，并故障显示，此时可将运行方式选择开关手动切换到工频运行方式，继续操作。待故障点排除后再恢复到变频运行。
钻机绞车系统的控制逻辑如图3所示。

图3  绞车逻辑控制图

    变频调速可在钻机绞车上获得最佳升降速度的调节，扩大了操作人员选择风动马达转速与钻杆升降的速度配合范围。特别是扫塔时，可灵活地变换扫塔速度，使钻杆下降的螺旋线螺距与除焦水在射向塔壁时的螺旋线的宽度相匹配，保证了焦炭塔扫塔干净彻底，减轻回炼系统的焦粉沉积，为后部的工艺操作打下了良好的基础，这对焦化装置的长周期运行有着重要意义。

(2)  塔顶控制柜的操作
    塔顶控制柜由于处于防爆环境中，因此采用正压通风防爆。正常操作时柜内保持正压150Pa，如果压力低于50Pa，压力开关动作，发生联锁，切断整个控制柜的电源。如果要恢复塔顶供电就需要重新充压。首先按下控制柜的“正压启动”按狃，将控制大通气的电磁阀打开，向柜内通风进行爆炸气的置换，5分钟后时间继电器将大进风电磁阀关闭，只留下小给气阀保持正压通风（压力可调），与此同时供电恢复。通过塔顶控制柜上的按钮可以完成选塔、选频、三位阀开关、频率定位器调节、绞车的上行、下行和停止操作，紧急情况下可以按急停按钮使高压水泵跳闸。塔顶控制柜如图4所示。

图4  顶柜图

    其中状态显示功能有：高压水泵运行状态显示、塔阀状态显示、除焦控制阀状态显示（回流、预充、全开）、联锁复位显示（闪烁）、钻具上升/下降显示、钻具位移数字、模拟显示、钻具极限位报警指示、联络收讯/发讯指示、溜槽出焦情况电视显示、操作台内正压通风风压低报警指示。

(3)  梯形图程序中主要控制
    梯形图程序是采用顺控信号及软元件号在图形画面中作出顺控电路图的方法。这种方法是用触点符号与线圈符号表示顺控电路，因而容易理解程序内容。同时还可以用回路显示的状态来监控可编程控制器的动作。

?  选频与选塔
    当PLC-2检测到工频不在上升也不在下降位置，同时变频也没有输出的时候可以选择使用1#或2#变频器，如果此时三位阀在旁路位置，则允许选塔，以上5个条件中任何一条件不满足将无法完成选塔指令，这样就防止了在操作中误动选塔按钮而导致的一系列停电问题。

    PLC-2检测到选频旋钮已经打到1#变频位置，同时检测到2#变频无输出、工频也无上升、下降的指令后则给1#变频器供电、2#断电，完成选频送电操作。

?  绞车运行中的安全措施
    为防止钻杆在上提过程中冲顶、在下降过程中切焦器出塔底口及带压出上塔口发生危险，在井架导轨上分别装设了上、下极限、入塔和原点四个接近开关，来保证安全生产。在PLC-2中，是用如下程序完成的。