電子稱重給煤機控制系統的設計與應用

孫義+劉培衛

摘 要：目前，在電力行業及其他行業等需要工業鍋爐的廠礦中，循環流化床鍋爐系統以其燃燒適應性廣、燃燒效率高、高效脫硫、氮氧化物排放低等優點得到了廣泛的應用。而電子式稱重給煤機作為該系統中的輸煤設備能夠連續的、精準的、定量的向燃燒系統輸送燃料使之成為系統有效、穩定運行的關鍵。本文介紹了以 PLC 為控制器，稱重傳感器和速度傳感器作為檢測元件，變頻器作為驅動元件，變頻電動機為執行元件的輸煤控制系統。經實踐證明，經我廠設計、生產的稱重給煤機在各電廠得到了廣泛應用，并受到了客戶好評。

關鍵詞：循環流化床鍋爐；電子稱重給煤機；PLC

中圖分類號： TP271 文獻標識碼：A

1. 概述

稱重給煤機根據鍋爐燃燒控制系統的要求，連續的，均勻的，將煤輸送至燃燒系統。同時根據燃燒系統的需求和實際輸送過程中對煤重量的計量來調節給煤機轉速使實際給煤量與鍋爐負荷匹配。圖1為稱重給煤機具體工作流程圖。

煤從煤倉經進口閘門落入給煤機皮帶，給煤機啟動后將煤輸送至出口閘門經出口閘門最終進入鍋爐進行燃燒。 在此過程中給煤機控制柜根據跑偏、超溫、堵煤等開關量信號控制輸送機、清掃機，進出口閘門等設備的啟停和開關；根據稱重信號及測速信號和DCS預設或人工預設信號的比較結果對輸送機進行調速，實現精確的給煤率。

2.設計

2.1控制系統的原理

給煤機控制系統的工作原理是分為兩大塊：一是根據各個開關量傳感器監測的信號對輸送機、清掃機、閘門等的順序邏輯控制；這里不再贅述。二是根據稱重和測速傳感器的測量值與預設值比較后并進行PID運算從而對輸送機轉速的控制。這里重點講述下對輸送機轉速的控制：皮帶稱重區域上測得單位長度的煤重q（kg/m）和測速傳感器測得皮帶速度v（m/s），兩者乘積即為單位時間的給煤量Q，對Q在時間t上進行積分，就得到了最終給煤量。將這個給煤量與預設給煤量比較得到誤差，然后對誤差進行PID運算，從而輸出4-20MA信號來調節輸送機轉速，達到精準的配煤。

如圖2 所示給煤量：

其中：傳輸距離l=v*t； A、B、C所包圍的面積就是皮帶傳輸煤的質量W。

2.2 控制系統的硬件組成

本控制系統的硬件設備主要由西門子S7-1200PLC，丹弗斯變頻器FC-360、SCONT-61PL稱重控制器、稱重傳感器、測速傳感器等組成。各組成部件連接及信號傳送關系如圖3所示。

PLC數字量模塊接收各開關量檢測信號以及就地和遠程的啟停控制信號后輸出開關量信號給變頻器最終驅動輸送機及清掃機和閘門的啟停和開關。稱重控制器接收稱重傳感器和測速傳感器的信號與DCS流量預設信號比較運算后輸出4-20MA模擬信號給變頻器來調節輸送機轉速最終達到精確的給煤量。此系統也可省去稱重控制器，由PLC稱重模塊接收稱重傳感器和測速傳感器的信號與DCS流量設定信號比較運算后輸出4-20MA信號給變頻器來調節輸送機轉速最終達到精確的給煤量。

2.3 控制系統的運行過程

（1） 給煤運行方式

給煤機兩種運行方式：一是就地操作，轉換開關置于就地狀態，人工操作控制柜上的啟停按鈕啟停，同時調節就地調速電位計調節轉速。二是遠程操作，DCS系統遠程輸出啟停信號并且輸出4-20MA模擬量信號自動調節轉速。給煤機在運行過程受到各開關量檢測信號的限制，例如：皮帶跑偏自動停止給煤機；出口閘門未開到位的情況下無法啟動給煤機。

（2）清掃機運行方式

清掃機兩種運行方式：一是手動操作，轉換開關置于就地狀態，人工操作控制柜上的清掃機旋鈕置于手動狀態下清掃機即開始清掃。二是自動操作，轉換開關仍然置于就地狀態，人工使得清掃旋旋鈕置于自動狀態下或DCS遠程控制下，以及給煤機處于運行狀況下，清掃機根據通電延時繼電器的信號自動循環往復清掃。

（3）進出口閘門運行方式

進出口閘門兩種運行方式：一是就地操作，轉換開關置于就地狀態，通過操作控制柜上的三位轉換開關分別開，停，關閘門。二是遠程操作，轉換開關置于遠程狀態，DCS系統遠程輸出閘門開，關，停信號對閘門進行控制。在超溫傳感器監測到超溫時出口閘門聯鎖動作關閉閘門以防止鍋爐回火燒皮帶。

2.4 控制系統程序設計

程序設計流程如圖4所示。

結論

本系統不僅在電力行業得到了廣泛的應用，在各種工業生產過程中需要對某種物料或多種物料進行連續的、高精度的定量計量，以保證穩定的生產過程或者精確的物料配比等場合下都能得到很好的應用。系統項目實例在中國平煤神馬集團坑口電廠及山東晉煤明水化工集團有限公司等等單位得到了很好的應用，為企業創造了良好的經濟效益。

參考文獻

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