電子稱重給煤機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

孫義+劉培衛(wèi)

摘 要：目前，在電力行業(yè)及其他行業(yè)等需要工業(yè)鍋爐的廠礦中，循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)以其燃燒適應(yīng)性廣、燃燒效率高、高效脫硫、氮氧化物排放低等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。而電子式稱重給煤機(jī)作為該系統(tǒng)中的輸煤設(shè)備能夠連續(xù)的、精準(zhǔn)的、定量的向燃燒系統(tǒng)輸送燃料使之成為系統(tǒng)有效、穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。本文介紹了以 PLC 為控制器，稱重傳感器和速度傳感器作為檢測元件，變頻器作為驅(qū)動元件，變頻電動機(jī)為執(zhí)行元件的輸煤控制系統(tǒng)。經(jīng)實踐證明，經(jīng)我廠設(shè)計、生產(chǎn)的稱重給煤機(jī)在各電廠得到了廣泛應(yīng)用，并受到了客戶好評。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐；電子稱重給煤機(jī)；PLC

中圖分類號： TP271 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1. 概述

稱重給煤機(jī)根據(jù)鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的要求，連續(xù)的，均勻的，將煤輸送至燃燒系統(tǒng)。同時根據(jù)燃燒系統(tǒng)的需求和實際輸送過程中對煤重量的計量來調(diào)節(jié)給煤機(jī)轉(zhuǎn)速使實際給煤量與鍋爐負(fù)荷匹配。圖1為稱重給煤機(jī)具體工作流程圖。

煤從煤倉經(jīng)進(jìn)口閘門落入給煤機(jī)皮帶，給煤機(jī)啟動后將煤輸送至出口閘門經(jīng)出口閘門最終進(jìn)入鍋爐進(jìn)行燃燒。 在此過程中給煤機(jī)控制柜根據(jù)跑偏、超溫、堵煤等開關(guān)量信號控制輸送機(jī)、清掃機(jī)，進(jìn)出口閘門等設(shè)備的啟停和開關(guān)；根據(jù)稱重信號及測速信號和DCS預(yù)設(shè)或人工預(yù)設(shè)信號的比較結(jié)果對輸送機(jī)進(jìn)行調(diào)速，實現(xiàn)精確的給煤率。

2.設(shè)計

2.1控制系統(tǒng)的原理

給煤機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理是分為兩大塊：一是根據(jù)各個開關(guān)量傳感器監(jiān)測的信號對輸送機(jī)、清掃機(jī)、閘門等的順序邏輯控制；這里不再贅述。二是根據(jù)稱重和測速傳感器的測量值與預(yù)設(shè)值比較后并進(jìn)行PID運(yùn)算從而對輸送機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。這里重點(diǎn)講述下對輸送機(jī)轉(zhuǎn)速的控制：皮帶稱重區(qū)域上測得單位長度的煤重q（kg/m）和測速傳感器測得皮帶速度v（m/s），兩者乘積即為單位時間的給煤量Q，對Q在時間t上進(jìn)行積分，就得到了最終給煤量。將這個給煤量與預(yù)設(shè)給煤量比較得到誤差，然后對誤差進(jìn)行PID運(yùn)算，從而輸出4-20MA信號來調(diào)節(jié)輸送機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到精準(zhǔn)的配煤。

如圖2 所示給煤量：

其中：傳輸距離l=v*t； A、B、C所包圍的面積就是皮帶傳輸煤的質(zhì)量W。

2.2 控制系統(tǒng)的硬件組成

本控制系統(tǒng)的硬件設(shè)備主要由西門子S7-1200PLC，丹弗斯變頻器FC-360、SCONT-61PL稱重控制器、稱重傳感器、測速傳感器等組成。各組成部件連接及信號傳送關(guān)系如圖3所示。

PLC數(shù)字量模塊接收各開關(guān)量檢測信號以及就地和遠(yuǎn)程的啟?？刂菩盘柡筝敵鲩_關(guān)量信號給變頻器最終驅(qū)動輸送機(jī)及清掃機(jī)和閘門的啟停和開關(guān)。稱重控制器接收稱重傳感器和測速傳感器的信號與DCS流量預(yù)設(shè)信號比較運(yùn)算后輸出4-20MA模擬信號給變頻器來調(diào)節(jié)輸送機(jī)轉(zhuǎn)速最終達(dá)到精確的給煤量。此系統(tǒng)也可省去稱重控制器，由PLC稱重模塊接收稱重傳感器和測速傳感器的信號與DCS流量設(shè)定信號比較運(yùn)算后輸出4-20MA信號給變頻器來調(diào)節(jié)輸送機(jī)轉(zhuǎn)速最終達(dá)到精確的給煤量。

2.3 控制系統(tǒng)的運(yùn)行過程

（1） 給煤運(yùn)行方式

給煤機(jī)兩種運(yùn)行方式：一是就地操作，轉(zhuǎn)換開關(guān)置于就地狀態(tài)，人工操作控制柜上的啟停按鈕啟停，同時調(diào)節(jié)就地調(diào)速電位計調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。二是遠(yuǎn)程操作，DCS系統(tǒng)遠(yuǎn)程輸出啟停信號并且輸出4-20MA模擬量信號自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。給煤機(jī)在運(yùn)行過程受到各開關(guān)量檢測信號的限制，例如：皮帶跑偏自動停止給煤機(jī)；出口閘門未開到位的情況下無法啟動給煤機(jī)。

（2）清掃機(jī)運(yùn)行方式

清掃機(jī)兩種運(yùn)行方式：一是手動操作，轉(zhuǎn)換開關(guān)置于就地狀態(tài)，人工操作控制柜上的清掃機(jī)旋鈕置于手動狀態(tài)下清掃機(jī)即開始清掃。二是自動操作，轉(zhuǎn)換開關(guān)仍然置于就地狀態(tài)，人工使得清掃旋旋鈕置于自動狀態(tài)下或DCS遠(yuǎn)程控制下，以及給煤機(jī)處于運(yùn)行狀況下，清掃機(jī)根據(jù)通電延時繼電器的信號自動循環(huán)往復(fù)清掃。

（3）進(jìn)出口閘門運(yùn)行方式

進(jìn)出口閘門兩種運(yùn)行方式：一是就地操作，轉(zhuǎn)換開關(guān)置于就地狀態(tài)，通過操作控制柜上的三位轉(zhuǎn)換開關(guān)分別開，停，關(guān)閘門。二是遠(yuǎn)程操作，轉(zhuǎn)換開關(guān)置于遠(yuǎn)程狀態(tài)，DCS系統(tǒng)遠(yuǎn)程輸出閘門開，關(guān)，停信號對閘門進(jìn)行控制。在超溫傳感器監(jiān)測到超溫時出口閘門聯(lián)鎖動作關(guān)閉閘門以防止鍋爐回火燒皮帶。

2.4 控制系統(tǒng)程序設(shè)計

程序設(shè)計流程如圖4所示。

結(jié)論

本系統(tǒng)不僅在電力行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，在各種工業(yè)生產(chǎn)過程中需要對某種物料或多種物料進(jìn)行連續(xù)的、高精度的定量計量，以保證穩(wěn)定的生產(chǎn)過程或者精確的物料配比等場合下都能得到很好的應(yīng)用。系統(tǒng)項目實例在中國平煤神馬集團(tuán)坑口電廠及山東晉煤明水化工集團(tuán)有限公司等等單位得到了很好的應(yīng)用，為企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

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