葉輪給煤機電氣控制改進

周 政

(中石化金陵分公司,江蘇南京 210033)

1 概 述

葉輪給煤機廣泛用于電廠、煤化工、煤炭、礦山等行業,作為輸送機的配套設備實現粉狀、晶體狀等物料的連續給料,是通過設備沿預設的軌道前后行走、驅動裝置帶動撥煤葉輪的轉動,將煤溝間物料連續均勻地撥到煤溝下面輸送膠帶上,能在行走中給料,也可定點給料,實現物料均勻地輸送。我公司水煤漿裝置投產以來,氣化工區的煤貯運部分對制漿乃至整個氣化裝置的穩定運行至關重要,葉輪給煤機在煤的運輸過程中承擔著重要的角色。而由于葉輪給煤機在使用過程中經常出現繼電器故障及控制電纜拉斷故障,給生產的穩定造成了很大的影響,同時增加了檢維修的工作量。本公司于2010年3月大修期間對給煤機控制系統進行改進,采用西門子S7-200PLC控制代替大量的中間繼電器,變頻器改為具有中文界面帶矢量控制的ABB355型變頻器,采用載波控制代替控制電纜,從根本上消除了設備隱患,保障了生產的安全、穩定運行,并在改造中直接將載波信號經由動力電纜傳輸,未重新安裝滑觸線,節約了改造成本。

2 葉輪給煤機使用中存在的問題分析

2.1 我公司葉輪給煤機使用情況

2.1.1 給煤機的基本電氣參數(表1)

2.1.2 給煤機的電氣控制方式

我公司葉輪給煤機2005年投用時,撥煤電機采用施耐德變頻器調速控制,行走電機采用接觸器控制,現場控制柜內的控制信號采用大量的中間繼電器轉換,遠程控制室利用現場過渡箱與現場就地控制柜進行信號傳輸,過渡箱與控制柜之間信號傳輸采用移動式控制電纜(ZR-YC19＊1.5橡套電纜),380 V電源傳輸也采用移動式動力電纜(ZR-YC3＊25+1＊16)。

表1 葉輪給煤機基本電氣參數

2.2 葉輪給煤機出現的問題及原因分析

問題1 電器故障較多

由于信號的轉換采用大量的中間繼電器控制,而繼電器的動作是有使用次數限制的,加上環境因素,繼電器經常出現損壞情況,故障率較高。

問題2 移動控制電纜經常拉斷

由于移動電纜本身的芯線較細,同時必須隨著葉輪給煤機移動行走,長時間使用后,電纜很容易損壞。自2005年裝置投產以來,控制電纜多次損壞更換,不但增加了維修成本,同時也嚴重影響生產的正常運行。

問題3 干擾信號大

由于當初施工時,控制電纜未采用屏蔽電纜,同時,控制電纜的施放未能與動力電纜有效分開,導致使用中控制信號受到的干擾很大,設備有時出現誤動作和不動作的情況,雖然在配電柜內做了一些處理,但不能從根本上解決問題。

3 解決措施

3.1 針對問題1,采用PLC控制

3.1.1 PLC控制的優點

將控制信號由許多中間繼電器轉換、控制改為PLC控制,使得控制線路清晰、簡單,故障處理方便,一目了然,且故障大為減少。修改后的電氣控制框圖見圖1。如圖1所示,運行控制信號經過PLC轉換,不再通過大量的中間繼電器,這樣就減少了故障點,減少了接線,通過PLC輸入輸出點的指示燈可很方便地查看各個信號的通斷,故障處理也變得很清楚。

圖1 電氣控制框圖

3.1.2 PLC控制器的選擇

考慮到現場工作環境較差,以及性價比的要求,選用西門子 S7-200PLC控制器較為適合, S7-200系列PLC硬件的組成形式、連接方式與其他品牌的PLC基本相似,但是在程序和數據的免維護、通訊功能、模擬量處理功能和高速處理功能等方面又有其自身的特點。1臺S7-200的PLC包括一個單獨的S7-200CPU,或者帶有各種各樣的可選擴展模塊,CPU模塊包括一個中央處理單元、電源以及數字量I/O點,這些都被集中在一個緊湊、獨立的設備中。S7-200有四種基本的CPU型號:CPU221、CPU222、CPU224、CPU226。其中,CPU221不能擴展, CPU222最多只能擴展 2個模塊,CPU224和CPU226最多可擴展7個模塊,CPU224本身具有24個數字量I/O點(14輸入/10輸出),為高性能檔次,在一般小型PLC的基礎上加上集成功能,性能超出一般的小型PLC。

本裝置葉輪給煤機共用到24個輸入點、8個輸出點,因此選用西門子PLC的CPU224帶一個輸入擴展模塊 EM221,這樣輸入構成30點,輸出10點,能夠滿足點數和余量的要求。其I/O選型配置見表2。

表2 硬件選型配置表

3.2 針對問題2,采用電力載波通訊

將移動控制電纜去除,改為信號經過380 V移動動力電纜載波通訊傳輸,由于電力載波信號經過動力電纜傳輸,電纜較粗不易拉斷。

3.2.1 載波通訊的原理

配電線載波通訊是以與要傳輸的信息路徑相同的配電線路為傳輸媒介,通過結合濾波設備,將要傳輸的數據等低頻低壓信號轉變為能在高電壓線路上傳輸的高壓高頻信號,在線路上傳輸并在接收端將信號還原的一種通信方式。電力載波通訊最早是應用于10 kV配電網絡線路通信中,利用載波機和阻波器,在中高壓配電網中傳輸語言、控制指令和系統狀態等信息,并形成了相關國際和國家標準。隨著微電子、電力電子、通信等技術的發展,載波通訊已廣泛應用于惡劣的工業生產環境。

3.2.2 載波通訊的優點

葉輪給煤機位于兩個存煤筒倉的底部,環境惡劣,設備運行后電磁干擾強。若采用專用通信線方式,需專用的線路,不但投資費用高,抗干擾能力也差,而如果采用以電磁波發送信號的無線方式,信號很容易受到電磁干擾及障礙物影響,傳輸質量差。電力載波技術解決了這個問題,信號隨動力線傳輸,具有很強的抗干擾能力。

3.2.3 現場控制方式

帶載波通訊的電氣控制框圖見圖2,中控室來的遠程控制信號經過中控西門子S7-200PLC送至現場載波機(發送信號),經過電力線與另一臺載波機(接收信號)相連,接收信號送現場電氣控制柜驅動被控設備運行。

圖2 電氣控制框圖

原理圖見圖3,載波機內一般安裝有接口轉換器、電力線調制解調器和耦合器,經過電力線調制解調器調制成頻率范圍60～130 kHz的載波信號,經過380 V動力電纜送至接收載波機接收轉換并將信號還原,送至現場控制柜控制變頻器等電氣元件,變頻器帶動撥煤電機運行,現場送回主控室的信號沿相反通道傳輸。由于載波機與外界信號傳輸之間有耦合器,這就將干擾信號隔在載波柜的首端,大大減少了干擾信號對現場就地控制柜的影響,對問題3給予了部分解決。

圖3 載波通訊系統原理圖

4 總 結

在改造以前,本裝置葉輪給煤機的電氣故障較多,控制電纜多次拉斷,不但增加了維修成本,而且給生產造成了很大的影響。通過對葉輪給煤機傳統的操作、控制模式進行一系列改進,利用PLC及動力線載波通訊技術,保證葉輪給煤機安全穩定運行。從現場運行情況來看,效果很好,運行至今未出現相關電氣故障。電力載波作為數據傳送的一種手段,其優勢在于不用架設專門的通信線路,利用設備的動力電源線即可完成數據傳送。此次改造前準備利用滑出線來代替動力電纜,考慮到滑出線的使用無法避免煤塵的影響,后與廠方商量保留動力電纜,利用動力電纜作為信號傳輸的載體,節省了改造成本,同時不影響信號的正常傳輸。通過改進,提高了葉輪給煤機控制系統的自動化水平,充分保證了輸煤系統的安全穩定運行。