葉輪給煤機電氣控制改進

周 政

(中石化金陵分公司,江蘇南京 210033)

1 概 述

葉輪給煤機廣泛用于電廠、煤化工、煤炭、礦山等行業(yè),作為輸送機的配套設(shè)備實現(xiàn)粉狀、晶體狀等物料的連續(xù)給料,是通過設(shè)備沿預設(shè)的軌道前后行走、驅(qū)動裝置帶動撥煤葉輪的轉(zhuǎn)動,將煤溝間物料連續(xù)均勻地撥到煤溝下面輸送膠帶上,能在行走中給料,也可定點給料,實現(xiàn)物料均勻地輸送。我公司水煤漿裝置投產(chǎn)以來,氣化工區(qū)的煤貯運部分對制漿乃至整個氣化裝置的穩(wěn)定運行至關(guān)重要,葉輪給煤機在煤的運輸過程中承擔著重要的角色。而由于葉輪給煤機在使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)繼電器故障及控制電纜拉斷故障,給生產(chǎn)的穩(wěn)定造成了很大的影響,同時增加了檢維修的工作量。本公司于2010年3月大修期間對給煤機控制系統(tǒng)進行改進,采用西門子S7-200PLC控制代替大量的中間繼電器,變頻器改為具有中文界面帶矢量控制的ABB355型變頻器,采用載波控制代替控制電纜,從根本上消除了設(shè)備隱患,保障了生產(chǎn)的安全、穩(wěn)定運行,并在改造中直接將載波信號經(jīng)由動力電纜傳輸,未重新安裝滑觸線,節(jié)約了改造成本。

2 葉輪給煤機使用中存在的問題分析

2.1 我公司葉輪給煤機使用情況

2.1.1 給煤機的基本電氣參數(shù)(表1)

2.1.2 給煤機的電氣控制方式

我公司葉輪給煤機2005年投用時,撥煤電機采用施耐德變頻器調(diào)速控制,行走電機采用接觸器控制,現(xiàn)場控制柜內(nèi)的控制信號采用大量的中間繼電器轉(zhuǎn)換,遠程控制室利用現(xiàn)場過渡箱與現(xiàn)場就地控制柜進行信號傳輸,過渡箱與控制柜之間信號傳輸采用移動式控制電纜(ZR-YC19＊1.5橡套電纜),380 V電源傳輸也采用移動式動力電纜(ZR-YC3＊25+1＊16)。

表1 葉輪給煤機基本電氣參數(shù)

2.2 葉輪給煤機出現(xiàn)的問題及原因分析

問題1 電器故障較多

由于信號的轉(zhuǎn)換采用大量的中間繼電器控制,而繼電器的動作是有使用次數(shù)限制的,加上環(huán)境因素,繼電器經(jīng)常出現(xiàn)損壞情況,故障率較高。

問題2 移動控制電纜經(jīng)常拉斷

由于移動電纜本身的芯線較細,同時必須隨著葉輪給煤機移動行走,長時間使用后,電纜很容易損壞。自2005年裝置投產(chǎn)以來,控制電纜多次損壞更換,不但增加了維修成本,同時也嚴重影響生產(chǎn)的正常運行。

問題3 干擾信號大

由于當初施工時,控制電纜未采用屏蔽電纜,同時,控制電纜的施放未能與動力電纜有效分開,導致使用中控制信號受到的干擾很大,設(shè)備有時出現(xiàn)誤動作和不動作的情況,雖然在配電柜內(nèi)做了一些處理,但不能從根本上解決問題。

3 解決措施

3.1 針對問題1,采用PLC控制

3.1.1 PLC控制的優(yōu)點

將控制信號由許多中間繼電器轉(zhuǎn)換、控制改為PLC控制,使得控制線路清晰、簡單,故障處理方便,一目了然,且故障大為減少。修改后的電氣控制框圖見圖1。如圖1所示,運行控制信號經(jīng)過PLC轉(zhuǎn)換,不再通過大量的中間繼電器,這樣就減少了故障點,減少了接線,通過PLC輸入輸出點的指示燈可很方便地查看各個信號的通斷,故障處理也變得很清楚。

圖1 電氣控制框圖

3.1.2 PLC控制器的選擇

考慮到現(xiàn)場工作環(huán)境較差,以及性價比的要求,選用西門子 S7-200PLC控制器較為適合, S7-200系列PLC硬件的組成形式、連接方式與其他品牌的PLC基本相似,但是在程序和數(shù)據(jù)的免維護、通訊功能、模擬量處理功能和高速處理功能等方面又有其自身的特點。1臺S7-200的PLC包括一個單獨的S7-200CPU,或者帶有各種各樣的可選擴展模塊,CPU模塊包括一個中央處理單元、電源以及數(shù)字量I/O點,這些都被集中在一個緊湊、獨立的設(shè)備中。S7-200有四種基本的CPU型號:CPU221、CPU222、CPU224、CPU226。其中,CPU221不能擴展, CPU222最多只能擴展 2個模塊,CPU224和CPU226最多可擴展7個模塊,CPU224本身具有24個數(shù)字量I/O點(14輸入/10輸出),為高性能檔次,在一般小型PLC的基礎(chǔ)上加上集成功能,性能超出一般的小型PLC。

本裝置葉輪給煤機共用到24個輸入點、8個輸出點,因此選用西門子PLC的CPU224帶一個輸入擴展模塊 EM221,這樣輸入構(gòu)成30點,輸出10點,能夠滿足點數(shù)和余量的要求。其I/O選型配置見表2。

表2 硬件選型配置表

3.2 針對問題2,采用電力載波通訊

將移動控制電纜去除,改為信號經(jīng)過380 V移動動力電纜載波通訊傳輸,由于電力載波信號經(jīng)過動力電纜傳輸,電纜較粗不易拉斷。

3.2.1 載波通訊的原理

配電線載波通訊是以與要傳輸?shù)男畔⒙窂较嗤呐潆娋€路為傳輸媒介,通過結(jié)合濾波設(shè)備,將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)等低頻低壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟茉诟唠妷壕€路上傳輸?shù)母邏焊哳l信號,在線路上傳輸并在接收端將信號還原的一種通信方式。電力載波通訊最早是應用于10 kV配電網(wǎng)絡(luò)線路通信中,利用載波機和阻波器,在中高壓配電網(wǎng)中傳輸語言、控制指令和系統(tǒng)狀態(tài)等信息,并形成了相關(guān)國際和國家標準。隨著微電子、電力電子、通信等技術(shù)的發(fā)展,載波通訊已廣泛應用于惡劣的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境。

3.2.2 載波通訊的優(yōu)點

葉輪給煤機位于兩個存煤筒倉的底部,環(huán)境惡劣,設(shè)備運行后電磁干擾強。若采用專用通信線方式,需專用的線路,不但投資費用高,抗干擾能力也差,而如果采用以電磁波發(fā)送信號的無線方式,信號很容易受到電磁干擾及障礙物影響,傳輸質(zhì)量差。電力載波技術(shù)解決了這個問題,信號隨動力線傳輸,具有很強的抗干擾能力。

3.2.3 現(xiàn)場控制方式

帶載波通訊的電氣控制框圖見圖2,中控室來的遠程控制信號經(jīng)過中控西門子S7-200PLC送至現(xiàn)場載波機(發(fā)送信號),經(jīng)過電力線與另一臺載波機(接收信號)相連,接收信號送現(xiàn)場電氣控制柜驅(qū)動被控設(shè)備運行。

圖2 電氣控制框圖

原理圖見圖3,載波機內(nèi)一般安裝有接口轉(zhuǎn)換器、電力線調(diào)制解調(diào)器和耦合器,經(jīng)過電力線調(diào)制解調(diào)器調(diào)制成頻率范圍60～130 kHz的載波信號,經(jīng)過380 V動力電纜送至接收載波機接收轉(zhuǎn)換并將信號還原,送至現(xiàn)場控制柜控制變頻器等電氣元件,變頻器帶動撥煤電機運行,現(xiàn)場送回主控室的信號沿相反通道傳輸。由于載波機與外界信號傳輸之間有耦合器,這就將干擾信號隔在載波柜的首端,大大減少了干擾信號對現(xiàn)場就地控制柜的影響,對問題3給予了部分解決。

圖3 載波通訊系統(tǒng)原理圖

4 總 結(jié)

在改造以前,本裝置葉輪給煤機的電氣故障較多,控制電纜多次拉斷,不但增加了維修成本,而且給生產(chǎn)造成了很大的影響。通過對葉輪給煤機傳統(tǒng)的操作、控制模式進行一系列改進,利用PLC及動力線載波通訊技術(shù),保證葉輪給煤機安全穩(wěn)定運行。從現(xiàn)場運行情況來看,效果很好,運行至今未出現(xiàn)相關(guān)電氣故障。電力載波作為數(shù)據(jù)傳送的一種手段,其優(yōu)勢在于不用架設(shè)專門的通信線路,利用設(shè)備的動力電源線即可完成數(shù)據(jù)傳送。此次改造前準備利用滑出線來代替動力電纜,考慮到滑出線的使用無法避免煤塵的影響,后與廠方商量保留動力電纜,利用動力電纜作為信號傳輸?shù)妮d體,節(jié)省了改造成本,同時不影響信號的正常傳輸。通過改進,提高了葉輪給煤機控制系統(tǒng)的自動化水平,充分保證了輸煤系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。