火力發電廠稱重給煤機的DCS控制

［摘 要］火力發電廠稱重給煤機原來的控制方式大多為單片機，故障多，記錄簡單，消除故障時間長，備品備件成本高，不利于機組的安全穩定經濟運行。將其改為DCS 系統控制，能實現將硬件回路控制改為軟件邏輯控制，組態簡單，故障記錄齊全，便于查找故障點，可提高設備可靠性，節約維護成本，縮短消缺時間，保證機組的正常穩定運行。

［關鍵詞］稱重給煤機；單片機控制；DCS 控制

［中圖分類號］TM621 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）02–0009–03

1 背景概述

國能開遠發電有限公司給煤線的稱重給煤機為沈陽施道克電力設備有限公司生產，其控制系統為施道克196 系列單片機控制系統，自投產以來故障率較高，備品備件需要量大，CPU 板、電源板容易損壞，且控制系統操作界面為全英文，操作不直觀，尤其是當控制系統異常故障時，只從簡單的故障代碼無法及時判斷和消除故障點。因此，須將原來的單片機控制系統改造為DCS 控制系統。

2 稱重給煤機單片機控制系統的工作原理

由DCS 發送稱重給煤機遠方啟動、停止信號，給煤機給煤，以及給煤量指令信號給就地柜內的單片機控制器，從而控制給煤機變頻器，達到控制給煤機轉速的目的。就地給煤機的轉速、稱重傳感器的反饋信號也是通過就地單片機板轉換送給DCS。給煤機的其他信號（如皮帶跑偏、出口堵煤、容積方式運行、稱重給煤機報警、給煤機跳閘、煤流量等）都是通過就地的控制板轉換后送至DCS。

3 稱重給煤機DCS直接控制

3.1 控制原理

各臺稱重給煤機開關量信號、模擬量信號及變頻器信號由就地設備或就地控制柜采用硬接線形式接入主機DCS 不同柜的不同卡件通道。就地控制柜內布置中間繼電器及變頻器。各開關量信號進變頻器前，啟動中間繼電器，中間繼電器常開接點接變頻器DI輸入。就地控制柜門上安裝就地/ 遠方、正轉/ 反轉切換開關，實現就地/ 遠方、正轉/ 反轉的操作，就地/ 遠方操作其接點接至DCS，實現就地/ 遠方的操作監視。稱重傳感器0～30 mA DC 的信號經稱重傳感器放大器后輸出4～20 mA DC 信號，并接入DCS 的AI 通道。

其中，稱重給煤機電機轉速測量探頭出來的信號（60 脈沖/ 轉）作為DCS 轉速反饋信號送至主機DCS，用于給煤量的計算。稱重給煤機給煤量指令由主機DCS 發出4～20 mA 至變頻器AI 輸入端，作為遠方操作控制變頻器轉速，達到給煤量控制的目的。在控制箱內新增一稱重給煤機電機CT 測量，經電流變送器后輸出4～20 mA 電流至DCS 的模擬量輸入通道，在DCS 中對給煤機運行的電流信號進行控制組態，用于稱重給煤機電機的過電流檢測及保護。

3.2 控制方式的實現

3.2.1 遠程控制方式

主機DCS 發送給煤機啟動信號和給煤機停止信號至就地變頻器。給煤量指令由主機DCS 系統給出至變頻器，實現遠程控制。稱重信號經稱重傳感器放大器的4～20 mA 經阻尼濾波后送至DCS。電機轉速脈沖信號送至DCS，得到給煤機實際轉速，由此計算出實際給煤量。

（1）煤流量的測量。稱重信號由兩個支撐著稱重輥的稱重傳感器產生，稱重傳感器安裝于兩跨距輥中部，此時稱重傳感器測得的值為兩跨距輥之間的皮帶重及物料重之和。

（2）皮帶速度測量。通過電機轉速測量，可以精確地算出稱重物料的皮帶速度。

（3）煤流量的計算。其包括稱重和容積2 種不同方式下的計算。

①稱重方式下，實際給煤量的計算如下。

兩個傳感器信號相加后減去皮重（空載時皮帶重），即可得到單位長度皮帶上的物料重量。

稱重信號為DCS 實時采集的兩稱重傳感器放大器輸出信號之和。

電機的轉速通過測速傳感器發生的脈沖頻率得到，其與速度系數（傳動比）相乘即得到主動輪轉速，主動輪轉速與主動輪的周長相乘即得到皮帶速度。

物料重量減去皮帶重量加掛碼偏差再與皮帶速度相乘后得出實際給煤量。實際給煤量與給煤量的給定值比較后得出偏差信號對變頻器進行控制。即：實際給煤量=（實時重量的AD 轉換值– 空載時皮帶重–掛碼偏差）× 速度系數× 實時電機轉速。

容積方式下，實際給煤量的計算如下。

②在稱重方式下，每5 min 計算一次密度，用實時稱重傳感器檢測到重量減去皮帶重量，即為單位長度上煤炭的重量，實際為單位長度上煤炭的密度，保存該密度。

在進入容積方式時，取用之前保存的密度，結合稱重給煤機皮帶的實時速度，得到容積方式下稱重給煤機的給煤量。即：實際給煤量= 稱重信號× 皮帶長度– 空皮帶狀態下的皮重。

實際給煤量與主機DCS 系統給煤量給定值比較，調節電機轉速，以實現給煤量的控制。

3.2.2 就地控制方式

（1）主機DCS 操作畫面上的遠方/ 就地按鈕，啟動就地按鈕后，控制權交就地控制，此時DCS 不參與稱重給煤機給煤量的控制，只作為稱重給煤機的保護與監視。就地控制柜上各安裝1 個就地/ 遠方切換開關、正轉/ 反轉開關及帶自鎖功能的啟動/ 停止按鈕，在就地控制方式下，就地/ 遠方切換開關切為就地。

其中，按下帶自鎖功能的啟動/ 停止按鈕，可實現就地控制稱重給煤機的啟動；彈起帶自鎖功能的啟動/ 停止按鈕，可實現就地控制稱重給煤機的停止。將正轉/ 反轉開關置于正轉，可實現就地控制稱重給煤機正轉；將正轉/ 反轉開關置于反轉，可實現就地控制稱重給煤機反轉。給煤量的控制信號由變頻器本體轉速調整旋鈕向變頻器手動給出，結合稱重給煤電機轉速信號，可實現給煤量的控制，并在主機DCS上顯示該給煤量。

（2）稱重給煤機在就地控制方式下的啟動信號和停止信號及稱重給煤機轉速信號、電流信號送到主機DCS 系統，用于遠方運行人員監視及聯鎖刮板給煤機啟/ 停控制。原控制板上稱重給煤機的聯鎖保護功能，轉入DCS 控制。

3.2.3 新增加的保護報警功能

當系統出現下列異常情況時向主控室發出報警，并采取相關保護措施。

（1）稱重傳感器失效。當每分鐘采集到的兩稱重傳感器信號之比的比值大于25% 時，判斷為稱重傳感器失效，向主控室報警，同時稱重給煤機轉為容積方式運行，并閉鎖容積方式運行，待檢查消除兩稱重傳感器比值大的問題后，人為解除容積方式運行閉鎖。

（2）方式測速傳感器失效。當變頻器故障檢測不到轉速，稱重給煤機電機出現過電流、出口堵煤等情況時，停止稱重給煤機電機運行，向主控室報警。

3.3 在DCS中稱重給煤機的標定

3.3.1 標定前檢查

（1）稱重輥軸轉動靈活， 固定件無松動，傳動機構潤滑油脂無滲漏，每側稱重輥與兩個稱重跨距輥應在同一平面，誤差要小于±0.05 mm。

（2）皮帶無跑偏，要拉緊至標準位置，不能打滑。驅動輪和張緊輪無松動 。

（3）稱重傳感器處于垂直狀態，固定螺絲無松動。

（4）稱重A 傳感器與稱重B 傳感器的絕對值小于1 kg。

（5）皮帶上確保無煤。

（6）關閉給煤機上方的入口煤閘門。

（7）關閉給煤機的密封風門。

（8）跑偏開關、堵煤開關、控制柜上的信號與DCS 對應。

3.3.2 標定條件（或關系）

稱重給煤機運行；皮帶上無煤；轉速1 000 r/min延時2 min ；給煤指令強制為60% ；2 min 后檢查是否滿足標定條件，如果滿足各條件，左邊的正方形狀態框為紅色。當3 個條件框均為紅色時條件滿足，可開始標定。標定前記錄原始值有：皮重、稱重A（實時值）、稱重B（實時值）、稱重實時值（A+B）。

3.3.3 空標（皮重的確定）

（1）在DCS 內設置計時器及稱重傳感器采樣計數器。

（2）稱重給煤機皮帶上應在無煤和標準砝碼已去除的狀態下，啟動皮帶，在皮帶電機為1000 r/min 狀態穩定2 min 后，啟動標定程序，同時計數器及計時器啟動，5 min 后停止計數器和計時器的計數及計時，在5 min 計時內，DCS 采樣計數器記錄稱重傳感器信號及采樣次數，采集的信號之和分別求平均值，兩平均值的差值不大于1 kg，即為兩稱重傳感器位置準確。此時，兩平均值之和即為稱重給煤機的皮帶重。

（3）標定失敗。5 min 完成標定后，若稱重A 與稱重B 的5 min 平均值的差值大于1 kg，標定失敗，空標皮重下方出現“標定失敗”提示，需重新處理稱重傳感器及稱重輥后再重新“標定”提示，15 s 后自動“復位”。

（4）標定成功。5 min 完成標定后，若稱重A 與稱重B 的5 min 平均值的差值小于1 kg，標定成功。“保存”按鈕下方出現“標定成功”提示。

3.3.4 掛碼標

（1）空標成功后，停運稱重給煤機，將標定砝碼分別掛在稱重給煤機A、B 稱重傳感器上。

按空標的流程啟動皮帶，在5 min 計時內采集的信號之和的平均值即可得到稱重給煤機的總重。稱重給煤機的總重減去皮帶重量即為對應的砝碼重量。

此時可能出現偏差，此偏差為兩標定砝碼的總重減兩稱重傳感器放大器輸出信號之和。

DCS 顯示偏差值。保存偏差值，用于修正實際給煤量。

（2）標定計時開始后，5 min 后完成標定，標定中如果計時錯誤，點擊“復位”按鈕進行復位，復位后重新點擊“標定”按鈕進行標定。

（3）標定失敗。5 min 完成標定后，若稱重A 與稱重B 的5 min 平均值的差值大于1 kg，標定失敗，空標皮重下方出現“標定失敗”提示，需重新處理稱重傳感器及稱重輥后再重新“標定”提示，15 s 后自動“復位”。

（4）標定成功。5 min 完成標定后，若稱重A 與稱重B 的5 min 平均值的差值小于1 kg，標定成功。“保存”按鈕下方出現“標定成功”提示。

3.3.5 再次空標

（1）帶砝碼標定成功后，停運稱重給煤機，將砝碼取下再次進行標定。5 min 后完成標定，標定中如果計時錯誤，點擊“復位”按鈕進行復位，復位后重新點擊“標定”按鈕進行標定。

（2）標定失敗。5 min 完成標定后，若稱重A 與稱重B 的5 min 平均值的差值大于1 kg，標定失敗，空標皮重下方出現“標定失敗”提示，需重新處理稱重傳感器及稱重輥后再重新“標定”提示，15 s 后自動“復位”。

（3）標定成功。5 min 完成標定后，若稱重A 與稱重B 的5 min 平均值的差值小于1 kg，標定成功。“保存”按鈕下方出現“標定成功”提示。

（4）保存標定數據。第2 次空標標定成功后，必須點擊“保存”按鈕進行“空標皮重”的保存。此時“皮重”值才會更新為“空標皮重”值。

（5）標定成功保存標定數據前，記錄標定值：稱重A（實時值）、稱重B（實時值）、稱重實時值（A+B）、稱重A（空標5 min 平均值）、稱重B（空標5 min 平均值）、（A–B）的絕對值、空標皮重。

（6）完成標定后，必需解除給煤指令60％的強制，停止稱重給煤機運行。

4 結束語

火力發電廠稱重給煤機控制改為DCS 控制后，節約了大量的維護成本，有利于事故過程中的快速、準確判斷，縮短了消缺時間，消除了因稱重給煤機控制單片機、CPU 控制板、電源板經常故障損壞造成的稱重給煤機停運故障的發生，避免了機組降負荷運行，保證了發電量。并且稱重給煤機標定由就地控制柜標定改為DCS 畫面上標定，無需安裝標定測速探頭，標定方法簡單，標定時間短，提高了工作效率，減輕了勞動強度。

參考文獻

[1] 火力發電廠熱工自動化系統檢修運行維護規程：DL/T774—2004[S].