选煤厂给煤机变频控制系统的设计

选煤厂给煤机变频控制系统的设计

赵辉

国家能源集团神东洗选中心 719315

摘要：近年来，经济的发展，促进我国科技水平的提升。随着科学技术的提高，高新技术产业逐渐深入煤炭各个领域，选煤厂作为煤炭开采利用的最后一道加工环节，直接决定煤炭最终的质量。目前我国大多选煤厂都具有自动化水平低、生产流程可靠性不强、操作不方便等缺点。选煤厂在配煤时，主要采用人工调节给煤机舱口挡板的方式来实现不同煤量的供给，这种配煤方式自动化程度低，配煤不够精确，当给煤机运煤速度与磨煤机的工作速度不匹配时会降低生产效率，增加设备故障率，导致安全事故的发生。为了提高原煤洗选的精确度和自动化水平，加快选煤厂的生产效率，设计一种给煤机的自动化控制系统十分必要。本文就选煤厂给煤机变频控制系统的设计展开探讨。

关键词：给煤机；变频控制；PLC

引言

给煤机电控系统PLC中央处理器对称重传感器送来的重量信号以及测速装置反馈的电动机转速信号进行相乘与积分，求出物料输送率，同时与集控系统输入的实时给煤率进行比较后对驱动电动机转速控制系统进行PID调节，以达到控制皮带输送煤料速度的目的，实现对给煤率的精确控制。

1给煤机原控制原理

当微机控制板收到用户(DCS)的给煤率要求信号后,通过测量称重信号并计算,发出速度控制信号(30～1500Hz/10VDC)传输给电动机速度控制板,控制板通过控制输至滑差调速电动机离合器线圈中的电流达到调节电机转速的目的。调速电动机的转速反馈是由安装在离合器输出轴上的交流测速发电机发出脉冲信号,一路反馈到电动机速度控制板误差放大器,与输入信号相比较,由误差放大器调整电磁离合器线圈电流,最大限度地校正速度误差,形成闭环控制,使给煤机转速稳定在给定值上。另一路经过电整形电路送到微处理器,将实测的给煤率信号经频率/电流板转换成4～20mA的电流信号反馈给用户。

2选煤厂给煤机变频控制系统的设计

2.1电控部分的设计

测速单元。给煤机主传动电机与减速器安装在皮带机的驱动滚筒上，系统的测速单元安装在皮带驱动滚筒轴端。工作人员通过PLC控制器设定一个预期的给煤值，其控制变频器输出满足给煤机工作需求的频率，由电机传输到减速器带动驱动滚筒产生相应的转速，通过安装在驱动滚筒的测速单元，检测皮带机的运行速度，将该信号传输给PLC控制器。在构成完整闭环控制的基础上，系统控制环引入PID控制器，即比例、积分、微分环节，其中积分环节可降低系统由于阶跃变化所产生的稳态误差，微分环节可增加惯性控制系统的响应速度，并可有效地消除动态误差。（2）称重单元。系统采用电子称重的方式实现单位时间内经过给煤机的运输皮的重量。在给煤机进煤口与驱动滚筒之间的机械支架上，安装两个并联的托辊称重结构组件，从而构成一个称重区域，在其两端分别安装两个精度较高的称重传感器。系统正常工作时，进煤口落下的煤体在通过称重区域，运输中的煤体进入测重区域的第一个托辊开始计算，直到完全离开最后一个托辊。在这段时间内，两侧的测重传感器可感应到煤体重量的变化，并生成一个模拟信号，经过线性放大，调制解调处理将信号传输到PLC控制器。称重区域所使用的托辊采用优质不锈钢加工而成，为了更换托辊方便，并有效保护轴承和油封，将轴承置于轴承座中并采用润滑脂润滑。两侧的测重传感器采用悬挂式安装，外部套有橡胶保护套，可消除水平方向干扰力对检测精度的影响，减少外界气压与温度湿度对其的影响，同时可减少外部机械冲击所带来的误差影响。

2.2系统的软件设计

给煤机控制主要有遥控运行方式下的流量PID调节、就地方式下转速调节、停止方式下的给煤机的校验等，根据生产工艺要求，考虑操作方便及安全可靠性，PLC主控制器采用模块化程序设计，给煤机主要控制部分流程如图1所示。给煤机的流量控制PID调节是根据实际给煤率和请求给煤率的偏差进行PID调节，实际给煤率的计算精度直接影响到给煤机控制系统的精度，因此实际给煤率的计算及PID的控制运算非常重要。系统称重传感器的称重有效范围为给煤机本体称重跨的长度L，也就是说称重传感器输出给PLC控制器的称重信号值是L长度上的煤重，如果直接进行称重信号的累加必然出现重复累加，所以必须把L长度内的称重重量先转化为单位长度的重量，然后再进行累加。具体方法是先将每个扫描周期所累计的称重重量除以L长度上所对应的齿轮脉冲数，得出单位脉冲所对应的重量，然后除以单位时间所对应的脉冲数即可以得到正确的实际给煤率。

图1给煤机控制流程图

2.3系统的创新设计

可编程性和可扩容性。系统采用PLC可编程序控制器作为中央处理器，比原来的单片机控制器具有更加强大的兼容性，并且编程、调试及程序修改十分方便，可根据用户需要很方便地进行相关的控制逻辑修改和逻辑保护动作的添加。由于PLC具有较强的数据处理能力，现场也可根据用户需要，很方便地进行相关控制功能的扩容，所以整个系统具有很强的可编程性和可扩容性。(2)容积式辅助控制方式。系统在设计方面也充分考虑用户的实际使用方便，采用容积式控制方式作为辅助控制方式。由于给煤机在整个供煤系统中占据十分重要的地位，由某个设备的故障引起的给煤机停机都将影响整个供煤系统的工作，甚至影响整台锅炉的工作，所以确保给煤机的安全稳定可靠工作是设计的重点，为此本系统为防止称重传感器由于长期振动造成称重系统的损坏，引入容积式控制的概念，即使在称重传感器损坏的时候也能较为准确地控制给煤率，保证系统的安全可靠运行。容积式运行方式：当重量信号有故障时自动切换至容积方式工作，容积方式是根据煤的密度以及传送带上煤流的截面积计算煤重，从而确定电动机的转速。其速度与给定给煤率的指令信号4～20mA呈线性关系，该种方式下，误差较重量方式大，且与煤质的好坏有很大的关系。根据不同的煤质与负荷的曲线关系，也可人工修改控制单元中的煤密度值。(3)远程通信及监控技术。系统除具有友好的人机界面外，还可通过PLC通信端口连接Modbus通信网络，实现就地控制柜与DCS集控系统的实时通信，设备管理及操作人员不需到现场，仅通过远程通信，就能实现对设备的远程操作和监控，大大提高了设备运行的安全性和操作人员的便利性。

结语

系统引入PID控制器调节优化了动态响应，采用变频器控制电机转速，抗干扰能力增强。系统降低了工作运行时能源消耗，节约了人力成本，提高了给煤机的稳定性与配煤精度。

参考文献

[1]孙银辉.万利一矿选煤厂筒仓下给煤机对比分析[C]//全国选煤学术交流会，2016.

[2]刘军伶，杨周阳.车集选煤厂主井给煤机煤位自动控制的实现[J].中州煤炭，2017（7）：20-21.

[3]顾森.PLC模糊控制器在给煤机给煤量控制系统中的应用[J].硅谷，2018（17）：151-152.

[4]白志明.变频调速技术在煤矿给煤机中的应用[J].河北煤炭，2018（5）：16-17.

[5]乔东凯.基于PLC对热电厂给煤机控制系统的改造设计[J].机械设计与制造，2018（6）：123-125.

[6]蒋俊.电子称重式给煤机的常见故障分析[J].东北电力技术，2017，22（5）：18-21.

[7]谢生宝.基于PLC的导热油加热炉控制系统改造设计[D].西安：长安大学，2018.

[8]翟强，曹如彦，杜中庆.基于变频技术BPJ1-45/660对拉绞车的应用[J].煤矿现代化，2018（1）：77.