基于PLC的给煤机自动控制技术的研究

基于PLC的给煤机自动控制技术的研究

于毅飞

(河南中平鲁阳煤电有限公司河南平顶山467000)

摘要：给煤机控制系统是火力发电厂生产线中的一个最为重要的辅助设备。给煤机控制系统完成改造升级后，提高了煤流量和给煤率控制精度，燃煤与所需空气量更为匹配，提高燃煤燃烧效率的同时减少了燃煤浪费。燃煤锅炉的工作性能得到明显提高，为发电厂带来了很好的经济效益，基于PLC控制器的给煤机自动控制系统提高了给煤机的自动化程度，控制方式多样控制功能强大，整体性能稳定可靠，设备操控和日常维护方便，在现场使用效果良好，具有一定的推广价值。

关键词：给煤机；自动控制；控制系统

引言：

给煤机是火力发电厂制粉系统中最重要的设备之一，其作用是根据磨煤机负荷的需要调节给煤量，并把原煤均匀连续地送入磨煤机中。给煤机自动控制系统控制精度的高低，逻辑是否准确，保护功能是否可靠，报警系统是否正常，直接影响着给煤机的运行，继而影响整个机组的安全和经济运行，从而影响到全厂的生产情况。基于PLC的给煤机自动控制技术的应用，实现了给煤机的自动化控制，提高了给煤机的操控性、可靠性和经济性。

1控制系统

1.1工作原理

图1为给煤机自动给煤机控制系统的工作流程，通过控制煤仓闸门可调节煤仓向给煤机输送原煤的流量，布置在给煤机输送带装置上的称重传感器，可对给煤机上原煤总重量进行实时称重，给煤机控制系统接受称重信号、输送带速度信号，通过逻辑判断对驱动电动机进行实时监控和动态调速，确保满足计量装置的定量或定容要求，同时给煤机配套的控制系统还能实现对输送带清扫电动机、电液推杆、液压站电动机等附属设备的控制，及时发现设备运行过程中发生的故障，并采取声光报警响应。

图1给煤机控制系统工作流程图

1.2系统组成

给煤机控制系统从功能上可以分为两大部分：重量监测及闭环PID调节部分和逻辑控制及系统保护部分。

1.2.1重量监测及闭环

PID调节部分的主要功能是利用称重传感器对输送带上的燃煤进行实时动态称重，将测算的实际给煤率与设置的给煤量信号进行PID调节，依据对比结果对输送带驱动电机转速进行PID调节，从而精确调节给煤机的有效给煤率．确保燃煤的最佳燃烧效率。其中，称重传感器产生一个重量信号，速度传感器检测到输送带速度信号，控制器对上述2种信号进行运算处理得到给煤机上流动燃煤的瞬时给煤量和给煤总量。

1.2.2控制及保护部分

主要实现对给煤机各主要设备的自动化、智能化控制，并实现对主要设备的保护功能。该部分以PLC为控制核心，实现对各种监测信号的采集与处理工作，并按照预先设定的参数与程序对相应的控制信号、反馈信号、报警信号进行逻辑处理，不仅可将给煤机控制在合理的运行区间，确保其工作性能，而且通过信号处理，可及时发现设备运行过程中出现的故障，及时采取有效措施，保证安全生产。

2控制系统的硬件设计

给煤机控制系统主要由西门子S7—200CN系列PLC、触摸屏式人机友好界面、变频器、称重部分、测速部分、系统保护部分及各种执行机构组成。西门子S7—200CN系列PLC控制器作为控制系统的控制核心，主要实现对各类信号检测和设备的逻辑控制，同时也能够有效保护系统回路。该控制器编程灵活快捷，外部扩展功能强大，能够实时修正完善系统的控制回路和保护回路，系统维护和检修更加方便，可靠性水平更高。控制器上的数字量高速计数通道可以实现测速部分的高速准确计数，模拟量模块可以对各种模拟信号进行逻辑处理，串行通信端口分别与触摸屏式控制面板和远程集中控制系统实现通信。

变频器选用西门子公司的MM440变频调速控制器，该型号变频器具有操控性好、体积小、稳定性好、抗干扰能力强等诸多优点，具有先进的矢量控制系统，可以实现多种逻辑控制。系统集控室DCS给定一个4～20mA的给煤率信号，通过控制器PID运算输出4～20mA的速度给定信号．从而确定变频器的频率输出．相应地实时调节驱动电机的运行速度，将实际煤流量控制在合理范围内。触摸屏式人机友好界面选用Siemens公司的TPl77系列，该系列触摸屏能够与S7—200CN系列PLC有效兼容，界面美观大方且人性化，操作方便易于上手。作为智能型的现场就地控制设备，可以方便地设置和显示运行参数．显示实时动态运行画面，存储和显示历史运行、报警记录。

3软件设计

在控制方式上，设计了远程流量PID调节控制、就地转速调节控制和停机模式下的设备校验控制三种控制方式，以满足不同工况不同状态下的使用要求。由于煤矿井下工作环境恶劣，设备一旦发生故障会直接影响矿井的正常生产，给煤矿带来巨大的经济损失，故既要求给煤机能高效、可靠地工作，又要易于操控和维护，便于日常检修，还能及时发现并排除设备故障。鉴于上述要求，该系统对给煤机在不同控制方式下的控制功能采用模块化设计，给煤机控制系统的流程见图2。在上述三种控制方式中，正常使用过程中通常采用就地转速调节控制方式，通过预先编制的控制程序和模块化设计，给煤机将按照图3所示的工作流程自动运行。在转速调节模式下，控制系统采集和处理煤仓煤量信号、给煤机带速信号、箕斗计量装置信号等相关参数，通过逻辑判断与计算确定最佳运行转速，然后通过变频器实时调节电动机转速，从而实现转速调节控制，确保给煤精度和给煤效率。

图2给煤机控制系统流程图图3给煤机工作流程图

4控制系统的应用效果

某环保发电厂对给煤机控制系统进行了改造升级，在原有设备的基础上引进了PLC控制技术和变频调速技术，对所有电气元件进行了重新布线，整体设计了现场就地控制柜，将主要电气元件和线路规则有序地集中安装在控制柜中，隔离了强、弱点，改变原有的硬接点和硬接线为主的接线方式，也避免了布线繁杂混乱、线路易老化、查找和排除故障困难等诸多原有问题。改造后的给煤机控制系统提升了系统的操控性和可靠性水平，日常使用维护也更为简便。除了对给煤机就地控制部分进行改造升级外，也对远程控制部分进行了功能完善，引入了人性化的触摸屏式人机友好界面。通过该控制界面，工作人员可以在给煤机远程控制中心对给煤机进行远程监测与控制，工作人员可以在触摸屏界面设置系统参数，动态显示给煤机的运行状态和运行数据，也可以根据生产需要和故障反馈随时调整和控制给煤机，确保给煤机上流动燃煤的瞬时给煤量和给煤总量满足生产需要。

结束语：

目前国内大部分矿井井下装载系统配套的给煤机采用单片机控制，使用传统的电子称重方式，在井下恶劣的工况下存在称重精度低、控制精度低、可靠性低、故障率高、操控性差、兼容性差等诸多缺点，一定程度上制约了原煤的提运能力。现将PLC可编程控制技术和变频调速技术引入给煤机控制系统，可以克服上述缺点，提高给煤机的自动化水平和可靠性水平。

参考文献：

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[3]张帅,夏承莉,张宽琦,秦加松,蒋旭.基于PLC控制的矿用通风机监控系统的研究[J].煤矿机械.2012(07)

[4]李平利.基于PLC与变频器控制的矿井主扇风机系统设计[J].煤矿机械.2012(07)