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西門子稱重積算儀實現(xiàn)給煤機控制系統(tǒng)的改造方案

一既倾、概述

  通辰岛荩火電廠燃料費用約占發(fā)電成本的75~80%轴术,節(jié)能降耗也是火電廠需要急需解決的關(guān)鍵技術(shù)問題劫流。近年來巫玻,各火電廠新建的機組幾乎全部采用皮帶稱重式給煤機,越來越多的電廠也開始對已有的老機組的給煤機進行改造祠汇,以替代原有的振動給煤機或刮板給煤機仍秤,以及低端的稱重給煤機。

  內(nèi)蒙古豐泰發(fā)電有限公司#1 200MW機組于2001年12月28日“168小時”試運成功可很,步入生產(chǎn)經(jīng)營期诗力。豐泰發(fā)電廠在實施西部大開發(fā)、西電東送戰(zhàn)略的同時我抠,也對保證內(nèi)蒙古自治區(qū)首府供電和經(jīng)濟發(fā)展苇本、乃至增強電網(wǎng)供電能力,增加向北京送電潮流均起著重要的作用钾独。

二号嵌、問題的提出

  內(nèi)蒙古豐泰發(fā)電有限公司1#機組給煤機控制系統(tǒng)是隨國產(chǎn)給煤機配套的控制設(shè)備楞澳,近年來,給煤機發(fā)生多次保護誤動作跳閘或給煤機啟動故障浩铺,造成磨煤機的停運或啟動延誤螺城,影響了機組的安全、經(jīng)濟運行红骏,無法適應(yīng)機組的自動化控制要求躬伐。

  原控制系統(tǒng)的9224控制器(包含I/O板)為國產(chǎn)給煤機生產(chǎn)廠自行開發(fā)的給煤機專用儀表,其本身具有流量PID控制功能星茶,同時又固化了I/O邏輯控制功能吵墅,但用戶無法自行更改其控制邏輯,導(dǎo)致在某些情況下出現(xiàn)系統(tǒng)不穩(wěn)定并經(jīng)常誤動作停機的現(xiàn)象飒胜,同時帶來了另外一個問題:系統(tǒng)的維護量較大公遭,基層工作人員對此意見很大。

三射严、改造方案

  3.1 稱重式給煤機的工作原理

  用傳送皮帶傳送的給煤質(zhì)量都可以用下面方程(1)表示

  其中禁灼,Q:在0~t1時間內(nèi)傳送的質(zhì)量,kg轿曙;q:瞬時給煤速度弄捕,kg/min;W: 單位長度上給煤質(zhì)量(裝料密度)导帝,kg/m守谓;v: 皮帶速度,m/min您单。

  皮帶進給距離[l]和皮帶進給速度[v]的關(guān)系式是:l=vt斋荞,如果t=0時l=0則在t1時刻皮帶的進給距離為l1=vt1。因此虐秦,上面的方程(1)可以轉(zhuǎn)換成下面方程(2)形式:

  方程(2)關(guān)系式表示圖1中A平酿、B、C所包圍的面積就是皮帶傳輸?shù)馁|(zhì)量羡疗。

  

  圖1:皮帶傳輸質(zhì)量計算

  注:W=f(l):任意進給量[l]處的裝煤密度染服,Wdl:微元進給量(dl)傳輸?shù)馁|(zhì)量。

  從上面所述可以清楚地看到叨恨,測量傳輸質(zhì)量時,必須先測定瞬時裝煤密度和此時刻皮帶的微元進給距離敏栽,然后將測量值作為輸入信號輸入到具有乘法和積分功能的計算設(shè)備中去弹,給煤機可以主要分為四個部分,即裝煤檢測器瓦轧、皮帶進給量檢測器毛溅、綜合控制器和驅(qū)動單元袭澎。

  從稱重式給煤機的工作原理可以看出,除了稱重給料機的稱重傳感器及稱重測量部分所采用的結(jié)構(gòu)原理之外关灰,具有乘法和積分功能的計算設(shè)備(稱重積算儀)的性能對整個給煤機控制系統(tǒng)的性能穩(wěn)定鞭眠、控制精確以及長期可靠運行起著關(guān)鍵作用。

  3.2 方案的選擇

  一般地講犬岔,給煤控制配料所用的稱重給料機的控制器分為三種模式:單機控制器抑希、機組控制器、PLC型控制器把赢。

  單機控制器一般采用和皮帶秤配套的帶控制功能的積算儀或采用以單片機技術(shù)為基礎(chǔ)的控制器來實現(xiàn)勤适,優(yōu)點是配置靈活,與稱重給料機一一對應(yīng)使用钝尸,一臺設(shè)備出現(xiàn)故障不影響其他設(shè)備工作括享,屬于分布式控制;缺點是能實現(xiàn)的功能受到限制珍促,經(jīng)常需要配其他控制系統(tǒng)才能實現(xiàn)較為復(fù)雜的控制功能铃辖。

  機組控制器是以PC總線工控機為基礎(chǔ),優(yōu)點是功能強大猪叙,操作直觀方便娇斩,屬于集中控制;缺點是系統(tǒng)可靠性不高沐悦,目前采用這種方式的廠家并不是很多成洗。

  PLC型控制器是以PLC這種目前在工業(yè)生產(chǎn)中普遍采用的控制設(shè)備為硬件,通過軟件組態(tài)實現(xiàn)配料的功能藏否。優(yōu)點是:組態(tài)方式靈活瓶殃、通訊方式多樣、性價比很高副签,特別適合多臺稱重給料機共同組成較大型的配料系統(tǒng)的應(yīng)用遥椿;缺點是:目前很多公司采用PLC的I/O輸入功能直接接受來自稱重傳感器的模擬量信號,不僅精度很差淆储,而且抗干擾能力很弱舶卧,在有些單位還出現(xiàn)過系統(tǒng)整體失控的嚴重事故。

  BW500積算儀是為皮帶秤和稱重給料機設(shè)計的功能強大的積算儀恍像,真正的雙PID功能可用于稱重給料機的流量控制乔胆,可控制恒定載荷或給料量。

  ? 具有專利技術(shù)的雙稱重傳感器(最多四個傳感器)平衡功能常携,能排除不均勻側(cè)向負荷的影響济季,不需傳感器匹配機械平衡;

  ? 具有在線標定础呈、批量處理韭购、濕度補償权炫、傾斜補償?shù)裙δ埽?/font>

  ? 雙路PID調(diào)節(jié)功能,可以根據(jù)不同的工藝需要設(shè)定PID的響應(yīng)時間和調(diào)節(jié)范圍膜狈;

  ? 有效地解決傳感器的特性匹配問題岁且, 相比于外接電位器, 可以顯著提高系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性缺沿。

  ? 通過BW500的配置設(shè)定乃楣,可以實現(xiàn)多達7種不同的PID控制功能組合,基本上滿足水泥行業(yè)應(yīng)用的要求晒杈。

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  3.3 系統(tǒng)改造方案的確定

  

  圖2:安裝在控制室的BW500積算儀

  經(jīng)雙方工程技術(shù)人員的多次技術(shù)交流嫂伞,以及我司以往給煤機改造的成功應(yīng)用案例,本次改造稱重及閉環(huán)調(diào)節(jié)部分選用了西門子公司的BW500積算儀控制器拯钻,邏輯控制部分選用了西門子S7-200系列PLC帖努。

  對于該部分的改造,我們采用西門子原裝進口的流量積算儀BW500及具有邏輯編程功能的西門子S7-200PLC控制器粪般。其中BW500執(zhí)行流量PID調(diào)節(jié)功能拼余,根據(jù)集空室給定的給煤率信號(4-20mA),通過PID輸出(4-20mA)控制變頻器的頻率輸出亩歹,進而將給煤流量控制在一個恒定的值匙监。S7-200PLC控制器主要負責(zé)電氣邏輯控制及保護回路,因其具有靈活的編程小作、擴展功能亭姥,可靈活方便的對電氣控制及保護回路進行修改,較原系統(tǒng)的電氣回路顾稀,其接線簡便达罗、維護方便,極大的提高了系統(tǒng)的可靠性陋沫。

  功能上控制系統(tǒng)由兩大部分構(gòu)成:稱重閉環(huán)調(diào)節(jié)部分放干;邏輯控制及保護部分;

  稱重閉環(huán)調(diào)節(jié)部分:

  該功能區(qū)主要完成動態(tài)稱重岁之、根據(jù)給定信號進行PID調(diào)節(jié)從而控制給煤率闹彩。是給煤機控制系統(tǒng)的核心部分,決定著給煤機系統(tǒng)的給煤精度估宏。稱重閉環(huán)控制回路部分由積分儀表(西門子BW500)投充、變頻器(三菱E500)、交流調(diào)速電機芙卸、及稱重傳感器和速度傳感器構(gòu)成鹦卫。稱重系統(tǒng)通過稱重傳感器測量出皮帶上物料的重量信號(mV),該重量信號(mV)經(jīng)過儀表標定后成線性的表示為載荷信號kg/m门贫。通過安裝在皮帶電機處的測速傳感器測量出皮帶的速度沥萄,該信號原始為脈沖信號,經(jīng)儀表標定后成線性的表示為速度信號m/s玷秋。以上兩個信號相乘便得到皮帶上物料的瞬時流量:Rate(t/h)=Load(kg/m)*Speed(m/s)*3.6瞬時流量與給定量進行比較冒窍,并通過PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制電機的轉(zhuǎn)速,使之以恒定的給料量給料豺鼻。

  稱重及閉環(huán)控制原理圖如下:

  

  圖3:改造后給煤機控制系統(tǒng)邏輯控制圖

  邏輯控制及保護部分:

  該功能區(qū)主要完成給煤機皮帶電機综液、風(fēng)扇電機及清掃電機的啟停動作,同時根據(jù)各種故障報警信號進行邏輯跳閘保護動作儒飒。決定著給煤機是否能夠安全可靠的運行谬莹。邏輯控制及保護部分以西門子S7-200為控制中心∽耍控制信號及報警信號經(jīng)邏輯處理后進而控制給煤機的運行附帽。控制功能主要包括:給煤機的遙控/停止/就地控制井誉;正反轉(zhuǎn)控制蕉扮;清掃電機的自動/停止/手動控制。

四颗圣、使用效果

  改造后喳钟,稱重系統(tǒng)較原系統(tǒng)給煤精度更高,控制更穩(wěn)定在岂。從投產(chǎn)至今已經(jīng)連續(xù)無故障工作半年奔则,得到了用戶的高度贊揚。本次改造充分證明了西門子BW500積算儀表先進的技術(shù)性能滋箫。同時汹囱,也給了我們一些啟示:盡量選擇先進的可靠的產(chǎn)品,既可以大大提高電廠工作效率枚甫,減少故障率和維護工作量祈前,同時也是實現(xiàn)節(jié)能降耗的目標。


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