智能化觸底全斷面采樣控制方式的應用

畢宗仁，黃 波

（陽城國際發(fā)電有限責任公司，山西 晉城 048102）

某電廠裝機容量3300MW，每年采購燃煤720萬噸左右，其中火車目前占比30%，汽車來煤占比70%，汽車來煤日均800車次，單日最大為1200車次。汽車煤入廠實行車車采樣，未經(jīng)采樣的車輛不允許卸煤。某廠共裝有7臺全自動汽車采樣機。

汽車采樣機主要由大小車、升降螺旋采樣頭、初級給料機、破碎機、縮分器、集樣器、余煤處理裝置組成。

全自動汽車采樣機采樣方式為采樣機接收系統(tǒng)指令獲取到相應的車輛信息和隨機布點確定采樣坐標，根據(jù)采樣機紅外傳感器采集的車輛初始點位置，再通過對采樣大小車和采樣升降螺旋的控制實現(xiàn)運煤車輛的采樣。

上述采樣控制方式基本滿足目前需要，但存在著嚴重的安全問題與系統(tǒng)漏洞，給火電廠燃煤采樣造成了嚴重的困擾：

1.安全問題

采樣時經(jīng)常由于采樣車輛信息測量誤差或車輛更換輪胎、機械改造等方面的原因，造成在采樣時采樣頭硬杵到車底板上，輕者使采樣頭機械損壞，甚至會導致采樣機大小車傾翻或掉落，造成嚴重的安全事故和經(jīng)濟糾紛。

2.系統(tǒng)漏洞

為解決安全隱患問題，在采樣頭下降最低點與車底板間需預留安全距離，一般設置為20cm，安全距離的設置導致采樣頭不能下降到所采煤層的最低點，采樣代表性差，造成了系統(tǒng)漏洞，不法供煤單位利用這一漏洞在安全距離20cm范圍內(nèi)摻雜劣質(zhì)煤，給燃煤電廠造成了巨大的經(jīng)濟損失。

3.從業(yè)風險

由于安全問題和采樣漏洞的存在，火電廠一般規(guī)定：煤質(zhì)監(jiān)督人員對車輛底部煤質(zhì)進行人工抽檢，這又造成從業(yè)人員廉潔風險和職業(yè)風險。

為解決徹底上述問題，本著以科技創(chuàng)新促管理，以流程再造增效益、人技聯(lián)防堵漏洞的思想，結(jié)合采樣機本身的機械結(jié)構(gòu)、采樣流程和控制原理等特點，從機械、電氣和控制方面對采樣頭升降控制進行改造，首先在采樣升降方面對采樣頭進行機械改造，其次在控制方面創(chuàng)新性地采用PLC控制變頻器所采集的升降電機電流大小的方法，做到采樣時采樣頭不再受采樣深度坐標和安全距離的影響，每次采樣頭直接下降到所采煤面最底部，直到碰觸到車底板導致變頻器電流達到設定值報警后，控制系統(tǒng)根據(jù)變頻器電流報警自動控制采樣頭上升，完成采頭全煤面從上到底采樣，從技術方面對劣質(zhì)煤鋪底進行管控，實現(xiàn)汽車煤機械化全斷面采樣的目的，這一技術創(chuàng)新已經(jīng)達到國內(nèi)一流，行業(yè)領先水平，解決了一直困擾火電廠的煤車采樣深度不夠的問題，為火電行業(yè)或具有采樣方式相同的其他行業(yè)汽車采樣機采樣改造指明了方向，解決了困擾。

具體改造方法：在采樣螺旋筒底圓周上均勻加裝保護支撐爪；支撐抓高度伸出采樣螺旋最低點2mm左右，同時在升降電機控制變頻器下降電流超保護值調(diào)制正常采樣值的105%（根據(jù)不同現(xiàn)場設定不同），當采樣器下降保護支撐爪與車廂底板接觸后，升降電機電流增大，電流達到設定保護值，下降電機延時5秒后開始自動抬起，采樣完成。整個過程綜合運用西門子M440變頻器、升降計數(shù)開關、PLC上下位機等設備，根據(jù)所采集的車型信息，采樣機到達采樣點坐標后開始下降，采樣器觸底后，根據(jù)電流的變化實現(xiàn)自動上升，同時在上位機畫面進行報警。杜絕人為因素的影響，堵塞了采樣漏洞，提高采樣代表性，減少了電廠經(jīng)濟損失。

西門子M440變頻器：螺旋升降電機由變頻器控制，設置好變頻器相應參數(shù)，變頻器通過接收外部命令即PLC輸出到繼電器，繼電器的接點開閉來控制螺旋的升降，并將變頻器輸出反饋接入PLC，作為報警的輸入點。

升降計數(shù)開關：PLC通過捕捉計數(shù)開關的脈沖，為采樣機的上升與下降提供精確的坐標值。

車型信息：在數(shù)據(jù)庫中輸入準確的車型信息，便于采樣程序進行采樣點的三維坐標（大車坐標、小車坐標、升降坐標）計算。

上位機畫面：將PLC所采集的升降計數(shù)開關和變頻器的輸出情況進行數(shù)據(jù)處理，采樣點的升降坐標依據(jù)車底高算出，基于人為測量車型數(shù)據(jù)的誤差，在系統(tǒng)計算出的坐標基礎上再往下下降若干個坐標，確保采到車廂底部，當?shù)竭_車廂底部后由于下降電流升高，變頻器輸出，上位機畫面進行報警同時采樣螺旋延時后開始上升，上升到位后進行下一個流程，直至采樣完畢。

采樣頭機械改造：采樣螺旋為內(nèi)置式，工作方式為采樣螺旋軸帶動采樣螺旋葉片一起隨采樣螺旋筒由升降機構(gòu)進入煤里，采樣器的采樣頭采用硬質(zhì)合金耐磨材料制造，采樣頭伸出采樣螺旋筒底約7cm，形似圓錐，采樣下降到車底處很容易把車底擊穿，并且電機電流超高，減少設備使用壽命，增加維護工作量，影響進煤量。在采樣螺旋外筒底部均勻增加3柱保護支撐爪，支撐爪的長度略大于（1-2厘米）采樣頭外露部分，當采樣螺旋下降到車廂底部時，支撐爪先接觸到車廂底部，采樣螺旋錐形頭不接觸車廂底部。

變頻器參數(shù)改變：采樣螺旋升降電機的升降過程由西門子M440變頻器控制，升降方式為通過外部輸入命令來實現(xiàn)，PLC輸出命令到繼電器，繼電器觸點接入變頻器輸入端子來實現(xiàn)采樣螺旋上升下降。變頻器參數(shù)P0305代表電動機額定電流，參數(shù)P0640是過載因子[%]，以電動機額定電流（參數(shù)P0305）的[%]值表示的電動機過載電流限制，參數(shù)P0732控制數(shù)字輸出2的功能（變頻器端子21、22，內(nèi)置繼電器2觸點）。P0640過載因子根據(jù)現(xiàn)場實際生產(chǎn)情況設定，默認值是150，P0732的值設定為53.3，代表電流大于或等于極限值時，內(nèi)置繼電器2的觸點21、22閉合，21、22接入PLC輸入點。

PLC程序設計如下：

通過對采樣頭機械、控制等方面的改造，汽車煤采樣機采樣時深度達到煤面最低，這一創(chuàng)新點徹底堵住了困擾行業(yè)多年的由于采樣深度不足而引起的劣質(zhì)煤鋪底這一嚴重漏洞，使火電廠真正實現(xiàn)了國標GB475/474要求的全斷面采樣要求，達到了國內(nèi)一流、行業(yè)領先。

某廠已對入廠煤7臺汽車采樣機進行了改造，經(jīng)過一年多的運行，系統(tǒng)穩(wěn)定，效果明顯，堵塞了采樣漏洞，提高了采樣代表性和安全性。有效降低工作人員廉潔從業(yè)風險，保護了采樣人員和管理人員，并對供煤單位摻雜使假起到了震懾作用。提高了公司入廠煤質(zhì)管控能力，提升了燃料管理的規(guī)范化、標準化、信息化水平。實現(xiàn)了人防與技防的有機結(jié)合。

這一技術改造意義重大，創(chuàng)新強、費用低，效果立竿見影，已經(jīng)達到行業(yè)領先、國內(nèi)一流。它徹底地解決了一直困擾火電廠多年的煤車采樣深度不足的問題，真正實現(xiàn)了國標GB475/474需求的全斷面采樣，為火電行業(yè)（或具有采樣方式相同的其他行業(yè)）采樣機采樣改造指明了方向，解決了困擾，提高了效益，具有極廣的行業(yè)推廣范圍和效益推廣價值。

應用效果圖：

經(jīng)濟效益：

燃料成本已占火電廠成本的70%左右，燃料量質(zhì)價的管控已成為火電企業(yè)效益提升的“牛鼻子”。通過燃料管理和技術創(chuàng)新，做好新形勢下燃料管理工作，是火電企業(yè)提質(zhì)增效最具潛力的一項工作。

隨著燃料區(qū)域?qū)斯ぷ鞒掷m(xù)深入開展，目前，降低燃料入廠標煤單價主要途徑：通過深度配煤摻燒和調(diào)整煤源采購結(jié)構(gòu)，即減小長協(xié)煤比例，增大市場煤比例。市場煤為中間供應商通過摻配后入廠，而在煤炭供應過程中，摻配不均勻，摻雜使假現(xiàn)象日益突出。對鍋爐燃燒產(chǎn)生較大的影響，致使鍋爐效率下降，經(jīng)濟效益受到影響。

通過此次對控制方式的創(chuàng)新改造，按照某廠市場煤份額及供煤單位的信譽等級等相關情況進行評定，每年可節(jié)約燃料成本1500萬元。