一种焦炉上升管清扫联锁控制方法及系统与流程

本发明属于余热利用技术领域，具体涉及一种焦炉上升管清扫联锁控制方法及系统。

背景技术：

上升管装在焦炉炉顶上升管孔，与底部长方体碳化室连通，多个装煤孔与上升管孔在一条直线上分布，装煤孔位于碳化室顶部，碳化室加热干馏配合煤时，装煤孔被炉盖密封，上升管上端安装有上升管盖防止碳化室内干馏出的焦炉煤气放散，上升管侧面连通桥管，桥管安装在集气管的水封座上，打开水封阀后，碳化室和集气管连通，焦炉荒煤气经上升管导入集气管。焦炉荒煤气高温下容易裂解结焦生成石墨，附着在上升管内表面，导致焦炉上升管换热效果差，累积过多堵塞上升管，严重影响生产，现有技术中采用在结焦末期人工关闭水封阀，打开装煤孔盖和上升管盖利用热浮力吸入空气燃烧多余的石墨，但这种方式造成上升管底部高温缩短了上升管的使用寿命。

专利申请号为：CN201110197405.5，专利名称为：焦炉荒煤气余热利用清扫装置公布了一种上升管清扫装置，但这种方式为人工清扫，并未实现自动化控制，人工成本高，且无法自动识别装煤孔盖机上升管盖是否打开，此时若误通入空气清扫容易引起爆鸣损坏碳化室的耐火材料。

专利申请号为CN201310518531.5，专利名称为：焦炉移动机车定位数据处理方法及系统公布了焦炉移动作业机车的定位方法，结合现有的采集数据软件，实现准确采集焦炉移动作业机车操作时间的技术启示，该操作时间可以用来校验上升管是否处于可清扫的状态。但仍无现有技术公开自动化控制上升管清扫的方法和装置，这为上升管余热利用技术推广构成了巨大困难。

技术实现要素：

针对上述现有技术中的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种焦炉上升管清扫联锁控制方法及系统，

一种焦炉上升管清扫联锁控制方法，包括如下步骤：

S01、监视位于上升管与集气管之间的水封阀完全关闭触发的开关量输入事件A；

S02、监视上升管盖打开触发的开关量输入事件B；

S03、依所述S01和S02步骤中开关量输入事件判断上升管是否处于隔绝易爆气体状态，包括：获取产生所述输入事件的水封阀地址数据C和上升管盖地址数据D，判断所述水封阀和所述上升管盖对应的上升管地址数据是否匹配，当C和D对应的上升管地址数据匹配时，确定所述上升管处于隔绝易爆气体状态；

S04、获取与所述上升管连通的炭化室顶端的装煤孔的温度状态参数和地址数据；

S05、依所述S04步骤中所述装煤孔的温度状态参数判断所述上升管是否处于可通入气体状态，包括：获取所述装煤孔的地址数据，判断所述装煤孔和所述上升管地址数据是否匹配，当所述装煤孔和所述上升管地址数据匹配时，判断当前所提取的所述装煤孔的温度是否大于或等于预设温度阀值，当所述温度大于或等于阀值时，确定所述上升管处于可通入气体状态；

S06、获取与所述上升管连通的炭化室的推焦计划时间信息和当前时间信息；

S07、依所述S06步骤中所述推焦计划时间与当前时间的差值F判断所述上升管是否处于可清扫状态，包括：判断当前所提取的所述时间的差值F是否大于或等于预设时间第一阀值或小于或等于预设时间第三阀值，确定所述上升管处于需手动确认清扫状态；

S08、依所述S06步骤中所述推焦计划时间与当前时间的差值F判断所述上升管是否处于可清扫状态，包括：判断当前所提取的所述时间的差值F是否小于 预设时间第二阀值且大于预设时间第三阀值，确定所述上升管处于可清扫状态；

S09、监视手动/自动模块输入的开关量输入事件I，判断所述上升管是否处于自动清扫状态，当事件I为手动信号时，确定所述上升管处于非自动清扫状态，当事件I为自动信号时，确定所述上升管处于自动清扫状态；

S10、依所述S01、S02、S05、S07、S08、S09步骤中的状态参数信息，判断所述上升管是否同时具备所述S01、S02、S05、S08步骤中的状态参数和所述S09步骤中自动清扫状态，当同时具备所述S01、S02、S05、S08步骤中的状态参数和所述S09步骤中自动清扫状态时，控制所述控制系统输出清扫上升管信号。

作为上述技术方案的优选实施方式，本发明实施例提供的一种基于所述方法的焦炉上升管清扫联锁控制系统，进一步包括：采集并输出S01、S02步骤中开关量输入事件A、B和地址数据C、D的固定终端，采集并输出S04步骤中装煤孔温度状态参数和地址信息的移动终端；与所述固定终端和移动终端进行通信，带有存储单元和数据采集器的PLC控制器；PG/PC通过PPI电缆与所述PLC控制器相连接；与所述PLC控制器通过工业用以太网相连接的交换机；与所述交换机通过工业用以太网相连接的监控中心；

进一步地，所述固定终端包括水封阀接近开关、上升管盖接近开关和与PLC控制器通过控制电缆连接的上升管吹扫装置，所述水封阀接近开关用于检测水封阀的开关量信号，所述上升管盖接近开关用于检测上管盖的开关量信号；

进一步地，所述移动终端包括：采集所述装煤孔地址信息的线扫描器、采集焦炉装煤孔温度状态参数的红外测温仪、无线通讯模块；

进一步地，所述水封阀接近开关、上升管盖接近开关通过通讯电缆与所述带有数据采集器的PLC控制器连接，线扫描器、红外测温仪将采集到的地址信息和温度状态参数传送至移动终端的计算机；所述移动终端的计算机通过无线通讯模块连接所述PLC控制器；

所述上位计算机通过焦炉推焦操作录入程序获取S06步骤中的与所述上升管 连通的炭化室的推焦计划时间信息和当前时间信息，并输出S06步骤中的差值F。

作为上述技术方案的改进，所述监控中心包括VPN路由器、上位计算机和数据存储单元，所述VPN路由器与上位计算机相连接，所述上位计算机与数据存储单元相连接。

作为上述技术方案的改进，所述水封阀接近开关检测端设于水封阀开闭控制装置开启或关闭时正对的位置。

作为上述技术方案的改进，所述上升管盖接近开关检测端设于上升管盖开闭控制装置开启或关闭时正对的位置。

作为上述技术方案的改进，所述移动终端还包括测温轨道、条码牌、移动装置组成，测温轨道为设置在焦炉焦侧装煤除尘管顶部的轨道，位于焦炉炉顶的一行装煤孔为测温孔；条码牌安装于测温轨道旁；所述移动装置为在轨道上通过自带电源或外接市电可自动行走的移动装置，由壳体、装置在壳体内的计算机、无线通讯模块、线扫描器、红外测温仪、驱动装置组成。

作为上述技术方案的改进，所述的红外测温仪的测温方向朝向一行装煤孔，用于随着移动装置的移动依次扫描监测每个装煤孔的温度。

作为上述技术方案的改进，所述的线扫描器的扫描方向朝向条码牌，用于随着移动装置的移动依次扫描条码牌信息，将扫描结果并转换成对应的二进制数据。

作为上述技术方案的改进，所述上升管吹扫装置包括S09步骤中的手动/自动模块、继电器、电磁换向阀和吹扫管，所述手动/自动模块通过现场总线至少连接一个继电器；所述继电器与电磁换向阀相连接；所述电磁换向阀安装在输气管道上，用于控制所述输气管道通气；所述吹扫管一端与所述输气管道通过活接头连接，另一端穿过通气孔盖固定在上升管的通气孔上。

本发明的焦炉上升管清扫联锁控制系统利用PLC、以太网通讯模块、无线通讯模块、上位计算机、组态软件、数据采集器同现场水封阀接近开关、上升管盖接 近开关、线扫描器、红外测温仪在硬件上相结合。工业以太网、可以有效的避免干扰，上传采集数据，同时手动/自动模块使焦炉上升管清扫联锁控制系统，保护人员和设备安全；先进的通讯协议可以编制报警程序，迅速确定动作状态点；上位计算机准确的报出动作状态点类型，地址号，便于本发明的控制方法安全的实现焦炉上升管清扫的自动控制。

本发明的焦炉上升管清扫联锁控制方法。具有多级控制过程安全保障，自动化控制上升管清扫的优点，节约了人力，降低人工操作的安全成本，本发明的控制方法具有如下特点：

(1)通过接近开关监视所述水封阀和所述上升管盖的位置状态，其中电感式接近开关具有防水、防震、防油、防尘、耐腐蚀的特点，只能检测金属物体，对环境恶劣的适用性强。可防止出现接近开关断路、断电、短路后误输出信号；

(2)通过步骤S03可防止当监视到的所述水封阀和所述上升管盖对应的上升管非同一个上升管时，造成准备被清扫的清扫的上升管还处于未隔绝易爆气体状态。

(3)通过步骤S02确定上升管盖处于打开状态和通过步骤S05确定装煤孔盖处于打开状态，且所述上升管盖和所述装煤孔盖地址数据相符，可准确确定清扫上升管的通风入口及清扫气体的出口均已敞开，清扫通道畅通。

(4)通过步骤S01确定所述水封阀处于完全关闭状态，可准确确定使用清扫气体清扫所述上升管时，清扫气体流动产生的负压不会吸出水封阀另一侧的易燃易爆气体。

(5)通过步骤S07比较当前检测时间和计划推焦时间的先后关系，进一步判断，当所述上升管状态满足S01～S05的条件后，当前时间是否早于计划推焦时间很多，即所述上升管对应的炭化室内的焦炭并未成熟，仍干馏产生大量易燃易爆气体，不宜通入清扫气体。或当前时间已晚于计划推焦时间，即所述上升管对应的炭化室内可能已装煤，挥发产生大量易燃易爆气体，不宜通入清扫气体。处于 需人工确认是否清扫上升管的状态。

(6)通过步骤S09增加应急控制措施。

(7)通过所述移动终端设置在焦炉焦侧装煤除尘管顶部，沿焦炉长向布置，采集装煤孔盖是否打开的状态信息和装煤孔盖的位置信息，提高了信息自动化收集能力，能使收集装煤孔盖是否打开的状态信息和装煤孔盖的位置信息的过程独立开展，不受焦炉车辆的运行干扰。

附图说明

图1是本发明提供的焦炉上升管清扫联锁控制系统工艺示意图。

图2是本发明提供的焦炉上升管清扫联锁控制系统示意图。

图3是本发明提供的焦炉上升管清扫联锁控制系统中推焦管理系统的结构示意图。

图4是本发明提供的焦炉上升管清扫联锁控制方法中的逻辑关系图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：如图1图2所示，一种焦炉上升管清扫联锁控制系统，包括：水封阀100接近开关101、上升管盖接近开关202、移动装置300、上升管吹扫装置400；水封阀接近开关101检测端设于水封阀开闭控制装置102的开启时正对的位置104或关闭时正对的位置103。上升管盖接近开关202检测端设于上升管盖201开闭控制装置205开启时正对的位置206。水封阀100安装在集气管601上，桥管602安装在水封阀100上，桥管602连接上升管200，水封阀接近开关101、上升管盖接近开关202通过通讯电缆701与带有数据采集器801的PLC控制器800连接，PLC控制器800带有存储单元802；PG/PC 803通过PPI电缆702与PLC 控制器800相连接；PLC控制器800通过工业用以太网703连接交换机804；交换机804通过工业用以太网703连接监控中心900；上升管吹扫装置400与PLC控制器800通过控制电缆704连接；上升管吹扫装置400包括手动/自动模块402、继电器403、电磁换向阀404和吹扫管401，所述手动/自动模块402通过现场总线705至少连接一个继电器403；继电器403与电磁换向阀404相连接；电磁换向阀404安装在输气管道405上，用于控制所述输气管道405通气；吹扫管401一端与输气管道405通过活接头406连接，另一端穿过通气孔盖204固定在上升管200的通气孔203上。所述监控中心900包括VPN路由器901、上位计算机902和数据存储单元903，VPN路由器901与上位计算机902相连接，上位计算机902与数据存储单元903相连接。

所述移动装置300为在轨道301上通过自带电源或外接市电可自动行走的移动装置300，测温轨道301为设置在焦炉焦侧装煤除尘管700顶部的轨道301，位于焦炉炉顶的一行装煤孔500为测温孔；条码牌501安装于测温轨道301旁；移动装置300由壳体302、装置在壳体302内的第二计算机306、无线通讯模块307、线扫描器304、红外测温仪305、驱动装置303组成。红外测温仪305的测温方向朝向一行装煤孔500，用于随着移动装置300的移动依次扫描监测每个装煤孔500的温度。线扫描器304的扫描方向朝向条码牌501，用于随着移动装置300的移动依次扫描条码牌501信息，将扫描结果并转换成对应的二进制数据。第二计算机306通过无线通讯模块307连接所述PLC控制器800；线扫描器304、红外测温仪305将采集到的地址信息和温度状态参数传送至上位计算机902；

所述上位计算机902通过焦炉推焦操作录入程序获取与所述上升管200连通的炭化室600的推焦计划时间和当前时间的差值。

如图3所示，焦炉推焦操作录入程序为推焦管理系统的组成部分，整个系统基于焦炉中控室的内部局域网络，主要硬件配置包括：1台数据库服务器、联网的客户端工作站和打印机若干(视具体应用情况而定)。考虑到现有的实际条件， 在搭建系统应用平台时，将中控室内的数据库服务器和与之最近的一台客户端工作站合并为一台机器。

系统中用户包括两种角色：中控室操作人员和作业区管理人员，两者的权限职责是不同的。中控室操作人员主要是通过客户端工作站来完成每班推焦生产计划输入与管理，打印推焦车司机空白表和推焦计划分发给相关人员以引导生产，并将推焦车司机反馈回来的推焦记录输入至系统中。推焦车司机反馈回来的推焦记录主要包括焦炉编号、炭化室600编号、炭化室600的推焦计划时间、炭化室600的推焦操作时间、炭化室600的装煤操作时间五项关键信息即推焦车司机填写后的推焦车司机空白表，如表1所示。

表1

中控室操作人员根据推焦车司机反馈回来的推焦记录计算编排下一操作周期的焦炉编号、炭化室编号、炭化室的推焦计划时间、实际结焦时间信息记录表即推焦计划表，如表2所示。表2中的推焦计划时间为表1中的装煤操作时间加表2中的计划结焦时间后调整±5分钟而得。

表2

中控室操作人员表2中所述数据通过焦炉推焦操作录入程序录入推焦管理系统的数据库服务器中，所述上位计算机902通过焦炉推焦操作录入程序调取数据库服务器中的焦炉编号、炭化室600编号、炭化室600的推焦计划时间等信息。

实施例2：如图4所示，一种焦炉上升管清扫联锁控制方法，包括以下步骤：

S01、通过水封阀接近开关101监视位于1#焦炉02#上升管200与集气管601之间的水封阀100完全关闭触发的开关量输入事件A；

S02、通过上升管盖接近开关202监视1#焦炉02#上升管盖201打开触发的开关量输入事件B；

S03、依所述S01和S02步骤中开关量输入事件判断1#焦炉02#上升管200是否处于隔绝易爆气体状态，包括：所述PLC控制器800获取产生所述输入事件的1#焦炉02#水封阀100IP地址数据C和1#焦炉02#上升管盖201IP地址数据D，上位计算机902判断所述1#焦炉02#水封阀100和所述1#焦炉02#上升管盖201对应的上升管200编号地址数据是否匹配，当C和D对应的上升管2--编号地址数据匹配时，即均为1#焦炉02#上升管200时，确定所述1#焦炉02#上升管200处于隔绝易爆气体状态；

S04、所述移动装置300获取与所述1#焦炉02#上升管200连通的炭化室600顶端的装煤孔500的温度状态参数和地址数据；

S05、所述移动装置300的红外测温仪305依所述S04步骤中所述1#焦炉02#装煤孔500的温度状态参数，判断所述1#焦炉02#上升管200是否处于可通入气体状态，包括：所述移动装置300的线扫描器304获取所述1#焦炉02#装煤孔500的地址数据，上位计算机902判断所述1#焦炉02#装煤孔500和所述1#焦炉02#上升管200地址数据是否匹配，即是否均为1#焦炉02#，当所述1#焦炉02#装煤孔500和所述1#焦炉02#上升管200地址数据匹配时，上位计算机902判断当前所提取的所述1#焦炉02#装煤孔500的温度是否大于或等于预设温度阀值300℃，当所述温度大于或等于300℃的阀值时，说明红外测温仪305扫描到1#焦炉02#装煤孔盖502以下炭化室600的温度，1#焦炉02#装煤孔盖502已打开，确定所述1#焦炉02#上升管200处于可通入气体状态；当所述1#焦炉02#装煤孔500和所述1#焦炉02#上升管200地址数据不匹配时，所述移动装置300继续移动，并 通过线扫描器304获取所述1#焦炉其他装煤孔500的地址数据；

S06、上位计算机902通过焦炉推焦操作录入程序调取数据库服务器中的焦炉编号、炭化室600编号、炭化室600的推焦计划时间等信息，获取与所述1#焦炉02#上升管200连通的1#焦炉02#炭化室600的推焦计划时间信息和当前时间信息。

实施例3：

S07、当S06步骤中所述1#焦炉02#炭化室的推焦计划时间如表3所示。时

表3

上位计算机902依所述S06步骤中所述1#焦炉02#炭化室600的推焦计划时间与当前时间“2016-10-03 4：40”的差值F即“-70分钟”判断所述1#焦炉02#上升管200是否处于可清扫状态，包括：判断当前所提取的所述时间的差值F是否大于或等于60分钟这一预设时间第一阀值或小于或等于0分钟这一预设时间第三阀值，此时F值小于0分钟，表明1#焦炉02#炭化室600内的焦炭早已推出，此时1#焦炉02#炭化室600可能处于刚刚装煤状态，1#焦炉02#上升管200内充满易燃易爆气体，确定所述1#焦炉02#上升管200处于需手动确认清扫状态；

实施例4：

S07、当S06步骤中所述1#焦炉02#炭化室600的推焦计划时间如表4所示。

表4

上位计算机902依所述S06步骤中所述1#焦炉02#炭化室600的推焦计划时间与当前时间“2016-10-03 3：00”的差值F即“70分钟”判断所述1#焦炉02#上升管200是否处于可清扫状态，包括：判断当前所提取的所述时间的差值F是 否大于或等于60分钟这一预设时间第一阀值或小于或等于0分钟这一预设时间第三阀值，此时F值大于60分钟，表明1#焦炉02#炭化室600内的焦炭还未处于结焦末期，此时1#焦炉02#炭化室600内产生的荒煤气量还较多，1#焦炉02#上升管200内还有较多的易燃易爆气体，确定所述1#焦炉02#上升管200处于需手动确认清扫状态；

实施例5：

S07、当S06步骤中所述1#焦炉02#炭化室600的推焦计划时间如表5所示。

表5

上位计算机902依所述S06步骤中所述1#焦炉02#炭化室600的推焦计划时间与当前时间“2016-10-03 3：30”的差值F即“40分钟”判断所述1#焦炉02#上升管200是否处于可清扫状态，包括：判断当前所提取的所述时间的差值F是否判断当前所提取的所述时间的差值F是否小于60分钟这一预设时间第二阀值且大于0分钟这一预设时间第三阀值，，此时F值大于0分钟小于60分钟，表明1#焦炉02#炭化室600内的焦炭处于结焦末期，此时1#焦炉02#炭化室600内产生的荒煤气量较少，1#焦炉02#上升管200内的易燃易爆气体很少，确定所述1#焦炉02#上升管200处于可清扫状态；

S09、监视手动/自动模块402输入的开关量输入事件I，判断所述1#焦炉02#上升管200是否处于自动清扫状态，当事件I为手动信号时，确定所述1#焦炉02#上升管200处于非自动清扫状态，当事件I为自动信号时，确定所述1#焦炉02#上升管200处于自动清扫状态；

S10、依所述S01、S02、S05、S07、S08、S09步骤中的状态参数信息，判断所述1#焦炉02#上升管200是否同时具备所述S01、S02、S05、S08步骤中的状态参数和所述S09步骤中自动清扫状态，当同时具备所述S01、S02、S05、S08 步骤中的状态参数和所述S09步骤中自动清扫状态时，控制所述控制系统输出清扫1#焦炉02#上升管200信号。

实施例6：

S01、通过水封阀接近开关101监视到位于1#焦炉02#上升管200与集气管601之间的水封阀100完全关闭触发的开关量输入事件A；

S02、通过上升管盖接近开关201监视到1#焦炉07#上升管盖202打开触发的开关量输入事件B，但未监视到1#焦炉02#上升管盖200打开触发的开关量输入事件B；

S03、依所述S01和S02步骤中开关量输入事件判断1#焦炉02#上升管200是否处于隔绝易爆气体状态，包括：所述PLC控制器获取产生所述输入事件的1#焦炉02#水封阀100IP地址数据C和1#焦炉07#上升管盖202IP地址数据D，上位计算机902判断所述1#焦炉02#水封阀101和所述1#焦炉07#上升管盖202对应的上升管200编号地址数据不匹配，确定所述1#焦炉02#上升管200不处于隔绝易爆气体状态，上位计算机902发出报警信号；

S10、依所述S01、S02、S05、S07、S08、S09步骤中的状态参数信息，判断所述1#焦炉02#上升管200不具备所述S01、S02、S05、S08步骤中的状态参数，不能控制所述控制系统输出清扫1#焦炉02#上升管200信号。

实施例7：

S01、通过水封阀接近开关101监视到位于1#焦炉02#上升管200与集气管601之间的水封阀100完全关闭触发的开关量输入事件A；

S02、通过上升管盖接近开关201监视到1#焦炉02#上升管盖202打开触发的开关量输入事件B；

S03、依所述S01和S02步骤中开关量输入事件判断1#焦炉02#上升管200是否处于隔绝易爆气体状态，包括：所述PLC控制器800获取产生所述输入事件的1#焦炉02#水封阀100IP地址数据C和1#焦炉02#上升管盖202IP地址数据D， 上位计算机902判断所述1#焦炉02#水封阀100和所述1#焦炉02#上升管盖202对应的上升管200编号地址数据是否匹配，当C和D对应的上升管200编号地址数据匹配时，即均为1#焦炉02#上升管200时，确定所述1#焦炉02#上升管200处于隔绝易爆气体状态；

S04、所述移动装置获取与所述1#焦炉02#上升管连通的炭化室600顶端的装煤孔500的温度状态参数和地址数据；

S05、所述移动装置的红外测温仪305依所述S04步骤中所述1#焦炉02#装煤孔500的温度状态参数，判断所述1#焦炉02#上升管200是否处于可通入气体状态，包括：所述移动装置300的线扫描器304获取所述1#焦炉02#装煤孔500的地址数据，上位计算机902判断所述1#焦炉02#装煤孔500和所述1#焦炉02#上升管200地址数据是否匹配，即是否均为1#焦炉02#，当所述1#焦炉02#装煤孔500和所述1#焦炉02#上升管200地址数据匹配时，上位计算机902判断当前所提取的所述1#焦炉02#装煤孔500的温度是否大于或等于预设温度阀值150℃，当所述温度小于300℃的阀值时，说明红外测温仪305扫描到1#焦炉02#炭化室的装煤孔盖502的温度，装煤孔盖501还未打开，确定所述1#焦炉02#上升管200处于不可通入气体状态，上位计算机902确定所述上升管200处于非自动清扫状态；

S10、依所述S01、S02、S05、S07、S08、S09步骤中的状态参数信息，判断所述1#焦炉02#上升管200不具备所述S01、S02、S05、S08步骤中的状态参数，不能控制所述控制系统输出清扫1#焦炉02#上升管200信号。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也视为本发明的保护范围。