基于PLC的火電廠定量給煤控制系統(tǒng)

廖耿斌 王彩霞 劉 超 林壽英

（福建農(nóng)林大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 福建福州 350002）

1 引言

根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在2018年火力發(fā)電占總發(fā)電量的七成左右，且在未來(lái)很長(zhǎng)的一段時(shí)間一直會(huì)是我國(guó)主要發(fā)電方式之一[1]。定量給煤系統(tǒng)不僅能提高火電廠的發(fā)電效率，也能確?？扇嘉镔Y源的合理使用。

2 系統(tǒng)的組成

火電廠給煤機(jī)稱(chēng)煤系統(tǒng)的主要作用是將煤倉(cāng)落至皮帶上的煤通過(guò)稱(chēng)煤系統(tǒng)送至磨煤機(jī)，根據(jù)火電廠所需要的發(fā)電量來(lái)控制燃燒所使用的煤量。下位機(jī)使用PLC 采集瞬時(shí)煤量與瞬時(shí)速度，通過(guò)算法計(jì)算獲取瞬時(shí)的給煤率，并通過(guò)觸摸屏上設(shè)定的請(qǐng)求給煤率與之對(duì)比，結(jié)合PID 算法調(diào)節(jié)皮帶運(yùn)輸速率由此控制煤的運(yùn)輸量實(shí)現(xiàn)定量給煤。如圖2-1 系統(tǒng)定量給煤原理圖。

圖2-1 系統(tǒng)定量給煤原理圖

本系統(tǒng)除控制核心外，設(shè)備包括模擬量模塊處理模擬量信號(hào)；測(cè)速傳感器獲取皮帶運(yùn)行速率；稱(chēng)重傳感器獲取煤重?cái)?shù)據(jù)；變頻器控制電機(jī)運(yùn)行；觸摸屏進(jìn)行系統(tǒng)操作和數(shù)據(jù)顯示；組態(tài)軟件進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)視；報(bào)警指示燈和報(bào)警器構(gòu)成報(bào)警系統(tǒng)。

2.1 PLC 及模擬量模塊

S7-200 smart 提供的CPU 模塊有多種類(lèi)型可供選擇，其I/O 點(diǎn)數(shù)眾多，最多可擁有60 個(gè)單體I/O 接口，支持以太網(wǎng)通訊，因此可以完成對(duì)絕大多數(shù)的小型自動(dòng)化設(shè)備的控制。經(jīng)過(guò)對(duì)該系統(tǒng)所需數(shù)字量和模擬量的分析，我們決定采用CPU SR30 18 輸入/12 輸出加EM AM06 4 輸入/2 輸出的模擬量模塊作為該系統(tǒng)的CPU 控制核心。

2.2 觸摸屏及組態(tài)

系統(tǒng)所選觸摸屏為威綸通MT8071 iE。該系列觸摸屏輸入電源24 ±20 %VDC,7 寸TFT，800 ×480 分辨率，128 MB 內(nèi)存，以太網(wǎng)接口，3 組獨(dú)立串口，支持與3 種不同協(xié)議的控制器同時(shí)通訊，一屏多機(jī)。組態(tài)軟件選用組態(tài)王6.55 版，具有報(bào)警窗口、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線(xiàn)等，可便利的生成各種報(bào)表。多數(shù)應(yīng)用于鋼鐵，電力，化工，污水處理等各行業(yè)。

2.3 傳感器及秤架結(jié)構(gòu)

稱(chēng)重傳感器按找轉(zhuǎn)化方式的不同可以劃分為8 種不同類(lèi)型[2]。所采集稱(chēng)重區(qū)域內(nèi)的瞬時(shí)煤重需要較高精度，選用電阻應(yīng)變式傳感器，其靈敏度符合設(shè)計(jì)要求，電路簡(jiǎn)單，使用年限高。由于光電傳感器的體積小，使用方便，且其測(cè)量的準(zhǔn)確程度也比電磁傳感器高[3]，比較適合于給煤系統(tǒng)，所以我們選擇使用光電測(cè)速傳感器作為轉(zhuǎn)速檢測(cè)機(jī)構(gòu)。稱(chēng)架結(jié)構(gòu)選用多托輥秤架[4]，兩個(gè)托輥固定在給煤機(jī)機(jī)座上，形成稱(chēng)重跨域，中間安置的托輥懸掛于電阻應(yīng)變式傳感器上，組成單托輥皮帶秤。

3 給煤系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

如圖3-1 所示，稱(chēng)煤系統(tǒng)啟動(dòng)后可以選擇正轉(zhuǎn)運(yùn)行和反轉(zhuǎn)運(yùn)行，皮帶輸送煤時(shí)發(fā)生卡機(jī)現(xiàn)象時(shí)可以嘗試反轉(zhuǎn)運(yùn)行，在正常情況下則使用正轉(zhuǎn)運(yùn)行，首次使用或出現(xiàn)皮重、重量系數(shù)K 有誤差時(shí)，可以進(jìn)行零點(diǎn)校驗(yàn)或者量程校驗(yàn)。完成校驗(yàn)后PLC 程序?qū)λ俣刃盘?hào)和稱(chēng)重信號(hào)進(jìn)行處理，得到轉(zhuǎn)速、瞬時(shí)重量以及累計(jì)重量，在確定了轉(zhuǎn)速和線(xiàn)速度的比值后還可以計(jì)算得到線(xiàn)速度。將計(jì)算的線(xiàn)速度和瞬時(shí)重量相乘所得到的值便是給煤率。測(cè)得的給煤率與要求的給煤率進(jìn)行比較，經(jīng)PID 算法后用于對(duì)變頻器進(jìn)行控制，從而間接的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

圖3-1 稱(chēng)煤系統(tǒng)程序流程圖

4 給煤機(jī)系統(tǒng)人機(jī)界面監(jiān)視

根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程中的需要以及稱(chēng)煤系統(tǒng)的功能要求，設(shè)計(jì)火電廠稱(chēng)煤系統(tǒng)觸摸屏人機(jī)界面和上位機(jī)動(dòng)態(tài)監(jiān)視界面。觸摸屏采用威綸通MT8071 iE，畫(huà)面設(shè)有給煤率和累計(jì)煤重，相應(yīng)的各轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)以及多種操作功能，如圖4-1 所示。上位機(jī)監(jiān)控畫(huà)面采用組態(tài)王設(shè)計(jì)，可動(dòng)態(tài)顯示給煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和相應(yīng)的參數(shù)數(shù)據(jù)，如圖4-2 所示。

圖4-1 觸摸屏界面

圖4-2 組態(tài)王界面

5 小結(jié)

基于PLC 的火電廠定量給煤控制系設(shè)計(jì)主要采用PLC控制給煤機(jī)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的煤量調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)發(fā)電功率的有效控制，相比于之前的稱(chēng)煤系統(tǒng)，對(duì)節(jié)約能源和提高經(jīng)濟(jì)效益及保證安全方面有重大意義。整個(gè)系統(tǒng)提高了安全性和可靠性，經(jīng)過(guò)改造，系統(tǒng)運(yùn)行達(dá)到了經(jīng)濟(jì)和效益的預(yù)定要求。