锅炉自动输煤系统.docx
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锅炉自动输煤系统
第一章概述
1.1锅炉系统概况
1.1.1分类
锅炉的燃料多分为煤和燃油，还有天然气等。
按其蒸发能力大小可分为三类：
（1）小型锅炉蒸发量在10t/h及以下，多用于工业生产及采暖。
主要是火箭或火箭管组合及小型水管式。
（2）中型锅炉蒸发量为10~75t/h，多用于发电厂。
国内生产多为“
”型。
（3）大型锅炉蒸发量大于75t/h，多用于发电厂。
国内生产多为“
”型。
1.1.2设备配置
共有六大系统：
（1）点火系统。
锅炉点火，保护及控制。
（2）燃料配给系统。
给煤机、碎（粉）煤机、煤仓及输煤皮带运输机，燃油（汽）输送泵。
（3）燃煤系统。
炉排电动机（有些类锅炉不用），除渣机。
（4）水循环系统。
循环水泵往往是多台，且有备用。
（5）补水系统。
补水泵，往往为备用设置，以防断水。
有时还有水处理系统的系列水泵，搅拌电动机。
（6）送引风系统。
送风机（有时还有一次、二次送风之分）又称配风机、引风机又称抽风机
1.1.3特点及注意事项
从控制角度有下述特点需引起重视：
（1）设备相互之间往往有一定时间限制的控制顺序。
如点火时，给水泵先启动，然后除渣；引风机起动数秒后鼓风机启动；停炉时，先停鼓风和炉排，数秒后停引风和和除渣，最后停给水泵。
（2）设备间往往有联锁如给煤机和运输机、碎煤机；又如鼓风和引风机。
（3）设备间往往有联动如如锅炉故障时，汽泡极低水位；蒸汽压力过高时，应自动停止排风、炉排，起停给水泵等。
（4）一般锅炉属于二级负荷，无起动给水的蒸汽锅炉，以补水定压的高温热水锅炉的给水泵应保证可靠供电。
（5）配电宜以锅炉机组为单元，放射式配电。
蒸发量为6.5t/h及以下的锅炉宜设低配室。
锅炉房内就地配电，起动设备宜用保护、防水，防尘型。
（6）每台锅炉宜单独设置控制屏，宜由锅炉配套、宜设集控室，并将其置与室内。
（7）线缆宜穿金属管及金属桥架，必须注意敷设时与高温设备的间距。
（8）锅炉间、除氧间、水处理和风机间，顶层料仓等的检修照明，宜采用12V安全电压。
对就地指示仪表，宜设局部照明。
1.1.4锅炉发展史及展望
我国的发电设备从50年代初自行建造6MW机组开始，经过40年左右的努力，电力工业取得了巨大的发展，我国火电装备已接近世界先进水平。
其主要标志为：
（1）1992年底全国发电设备总装机容量达165GW，年发电量为7447亿KWh，其中火电占84％。
1993年底装机容量提高到178GW，年发电量达8150亿kWh，火电占82.3％。
而这些火电装备中，国产机组约占80％。
（2）1991年到1993年，我国发电装备都以每年超过13GW的速度增长，成为世界上同期电力最快的国家。
（3）“七五”期间我国成套引进了美国西屋公司（CE）DE的300MW和600MW火电亚临界机组技术，考核机组均投产运行。
第一台具有世界80年代中期水平的超临界600MW火电机组已于1992年7月在上海石洞口二厂投入运行。
我国锅炉已从高压、超高压锅炉发展到亚临界和超临界压力大容量锅炉作为主力机组。
但在技术经济指标上与国外进口机组相比，还有相当差距。
特别是我国电力的平均供电供煤耗，从1990年的427g/（kW·h）下降到1993年的419g/（kW·h）.因此，如何提高电站锅炉的性能和质量、提高设计制造和运行控制水平，是一项十分艰巨的任务。
1.2输煤设备工艺简介
1.2.1供暖锅炉输煤系统设计示意图如下：
图一：
供暖锅炉输煤系统
1、给煤间；2、皮带；3、转运间；5、破碎机；6、除铁器；7、皮带；8、受煤坑；9、给煤机，电磁铁门，堵煤振动器；10、受煤斗
由于控制对象使用环境的特殊性和运行的长期连续性根据供煤系统要求，流程启动时，只按逆煤流方向逐台启动， 联锁开车顺序：
1＃皮带机→破碎机→除铁器→3＃皮带机→给煤机→电磁铁门→堵煤振动器。
当系统停车时，流程按顺煤流方向逐台停机，联锁停车顺序：
与开车顺序相反，延时时间按要求设定。
另有一套上述设备备用。
1.3、输煤系统控制原理
由控制器运算并控制执行器件进行输煤动作，且由传感器件反馈信号，控制器、执行器、传感器构成控制回路。
原理图如下：
传感器件
执
行
器
件
输
煤
控
制
器
图二：
原理图
第二章方案论证
目前，就系统控制要求来讲有基于继电器的控制方式和基于PLC的控制方式下面论证两种控制方式的优缺点：
2.1继电器控制
可以应用继电器控制来实现。
其特点是价格便宜，电路简单，但是由于受外界环境的影响较严重，寿命短易误动作，且不易维护。
以前工业中多采用此方案。
2.2PLC控制
一种是PLC来做控制器。
PLC即可编程控制器（ProgrammableController简称PLC或PC）：
它以微处理器为核心，有机地将微型机计算机技术、自动化技术及通信技术融为一体。
可编程控制器作为一种通用的工业控制器，它可以用于所有的工业领域。
当前国内外已广泛地将可编程控制器（PLC）成功的应用到机械、汽车、冶金、石油、化工、轻工、纺织、交通、电力、电信、造纸、军工、家电等各个领域，并取得了相当可观的技术经济价值。
与以往继电器控制系统相比，由于PLC具有性能好、环境适应强，性能可靠。
ＰＬＣ高可靠性、能适应恶劣环境、运行时间长、速度极快，可直接应用于工业环境具有很强的的抗干扰能力广泛的适应能力和应用范围，这也是区别一般微机控制系统的一个重要特征。
所以当今大多大数中型企业都是使用ＰＬＣ。
PLC与以往所讲的鼓式、机械式的顺序控制器以及继电式的程序控制器在“可编程”方面有着质的区别，后者是通过硬件或硬件接线的变更来改变程序，而PLC引入了微处理半导体存储器等新一代的微电子器件，并用规定的指令进行编程，能灵活地修改，即用软件方式来实现“可编程”的目的。
PLC出现后就受到普遍重视，其应用发展也十分迅速，原因在于与现有各种控制方式相比，它有一系列的手用户欢迎的特点，主要是：
（1）可靠性高，抗干扰能力强在恶劣的工作环境下工业生产对控制设备的可靠性提出很高的要求。
PLC是专为工业控制而设计，由于采用一系列措施，使PLC控制系统的平均无故障间隔时间的一般能达到四~五万h，远远超过传统继电器控制和计算机控制系统。
可以说，到目前为止尚五任何一种工业控制系统的可靠性能达到和超过PLC。
保证PLC工作可靠性高、抗干扰能力的主要措施是：
采用循环扫描、集中采样，集中输出的工作方式。
硬件设计采用模块式结构并采取屏蔽、滤波、隔离、联锁等一系列抗干扰技术，同时增加输出联锁、环境检测与故障诊断等提高可靠性电路。
软件设计中设置事时监控、自诊断、信息保护与恢复等程序与硬件电路配合实现各种故障诊断、处理、报警显示及保护功能。
因此PLC优于微机控制的首要特点是它能适应恶劣的工作环境。
例如能在下列条件下可靠工作。
电源电压：
AC220±15%
抗振强度：
10～55Hz0.5mm3轴方向各2h
抗冲击强度：
10g3轴方向各3次
抗干扰强度：
1000Vp＿p、脉宽1×10-6s,30～100Hz噪声。
工作温度：
0～55℃
存放温度：
-20～+70℃
湿度：
35%～90%（不结雾）
耐压：
AC1500V1min（各端子与接地端之间）
（2）编程简单，易于掌握这是PLC优于微机的另一个特点。
梯形图编程方式是PLC最常用的编程语言，它与继电器控制原理图类似，具有直观、清晰、修改方便、易掌握等优点，即使未掌握专门计算机知识的人也能很快熟悉掌握，因而受到广大现场技术人员和操作者的欢迎。
这种面向问题、面向控制过程的编程语言，即使PLC内部增加了解释程序，延长执行时间，但对大多数机电设备而言是无关紧要的。
（3）组合灵活使用方便尽管PLC内部是一台专用计算机，但由于它采用标准化的通用模块结构，其I/O电路设计又采用一系列抗干扰措施，因而用户无需进行硬件的二次开发，能灵活方便地组合成各种不同规模、不同功能的控制系统。
控制系统接线简单，工作量小，使用、维护方便。
（4）功能强，通用性好现代PLC运用了计算机、电子技术和集成工艺的最新技术，在硬件和软件上两方面不断发展，使其具备很强的信息处理能力和输出控制能力。
适应各种控制需要的智能I/O功能模块，如温度控制、位置控制模块，高速计数、高速模拟量转换，远程I/O及各种通信模块等不断涌现，PLC与PLC，PLC与上位机的通信与联网功能不断提高，是现代PLC不仅具有逻辑运算、定时、计数、步进等功能，而且还能完成A/D、D/A转换、数字运算和数据处理以及通信联网、生产过程监控等。
因此，它即可以对开关量进行控制又可以对模拟量进行控制；即可以控制一台单机、一条生产线，又可以控制一个机群，多条生产线；即可以现场控制，又可远距离控制；即可控制简单系统，又可控制复杂系统，其控制规模和应用领域不断扩大。
｛5｝开发周期短，成功率高大多数工业控制装置的开发研制包括机械、液压、气动、电气控制等部分，需要一定的研制的研制时间，也包含着各种困难与风险。
大量实践证明采用以PLC为核心的核心的控制方式，控制方式具有开发周期短、风险小和成功率高的优点。
其主要原因之一是只要正确、合理选用各种各样模块组成系统无需大量硬件配置和管理软件二次开发，其二是PLC采用软件控制方式，控制系统一旦构成便可在机械装置研制之前根据技术要求独立进行应用程序开发并可以方便地通过模拟调试反复修改直至达到系统要求，从而保证最终配套联试的一次成功。
（6）体积小，重量轻，功耗低由于PLC采用了半导体集成电路，其体积小、重量轻、结构紧凑、功耗低，因而是机电一体化的理想控制器。
2.3PLC选型
根据两种控制方式的优缺点，特选PLC控制方式。
而本文基于三菱公司的FX2n系列FX2n-32MR-001PLC，设计了某锅炉供暖输煤控制电气系统。
三菱公司是世界著名的几大PLC生产与开发的厂家之一，其大、中、小、微型机各有特色所长，在中国市场的占有率居前列。
FX2n系列是FX系列PLC家族中最先进的系列。
由于FX2n系列具备如下特点：
最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。
FX系列PLC拥有无以匹及的速度，高级的功能逻辑选件以及定位控制等特点；FX2N是从16路到256路输入/输出的多种应用的选择方案； FX2N系列是小型化，高速度，高性能和所有方便都是相当于FX系列中最高档次的超小形程序装置。
除输入出16-25点的独立用途外，还可以适用于在多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等 特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。
在基本单元上连接扩展单元或扩展模块，可进行16-256点的灵活输入输出组合。
可选用16/32/48/64/80/128点的主机，可以采用最小8点的扩展模块进行扩展。
可根据电源及输出形式，自由选择。
程序容量：
内置800步RAM（可输入注释）可使用存储盒，最大可扩充至16K步。
丰富的软元件应用指令中有多个可使用的简单指令、高速处理指令、输入过滤常数可变，中断输入处理，直接输出等。
便利指令数字开关的数据读取，16位数据的读取，矩阵输入的读取，7段显示器输出等。
数据处理、数据检索、数据排列、三角函数运算、平方根、浮点小数运算等。
特殊用途、脉冲输出（20KHZ/DC5V，KHZ/DC12V-24V），脉宽调制，PID控制指令等。
外部设备相互通信，串行数据传送，ASCIIcode印刷，HEXASCII变换，校验码等。
时计控制内置时钟的数据比较、加法、减法、读出、写入等。
FX2n系列PLC具有以下功能：
内置式24V直流电源
24V、400mA直流电源可用于外围设备，如传感器或其它元件。
快速断开端子块
因为采用了优良的可维护性快速断开端子块，即使接着电缆也可以更换单元。
时钟功能和小时表功能
在所有的FX2NPLC中都有实时时钟标准。
时间设置和比较指令易于操作。
小时表功能对过程跟踪和机器维护提供了有价值的信息。
持续扫描功能
为应用所需求的持续扫描时间定义操作周期。
输入滤波器调节功能
可以用输入滤波器平整输入信号（在基本单元中x000到x017）。
注解记录功能
元件注解可以记录在程序寄存器中。
在线程序编辑
在线改变程序不会损失工作时间或停止生产运转。
第三章执行器部分
3.1输煤机的选择
选用GZG系列自同步惯性振动输煤机是一种经济技术先进的给煤设备，经济效益和社会效益十分显著，与普遍采用的传统的电磁振动给料机比较：
（1）生产率提高50％。
（2）节电59％以上。
（3）整机功率因数可达0.98。
（4）维修工时减少30％。
（5）噪声由180分贝减少到80分贝。
（6）设备重量减少50％以上。
（7）提高工艺自动化水平、煤炭、电力、轻工等部门普遍推广这一高效节能型变频调速惯性振动给料机，以取代目前普遍采用的效率低、能耗大、维修困难的电磁振动给料机。
（8）本设备在远超共振状态下工作，因而振幅稳定，运行可靠，对各种物料适应性较强。
3.2破碎机的选择
选用我国电力部推广RP型中速磨，其优点是粉碎电耗低、钢材耗量少、设备紧凑和噪声小。
RP粉碎机的磨盘为碗形，有电动机带动旋转，粉碎轴绕固定轴在磨盘上滚动。
磨棍用液压加载，在研煤表面之间产生所需要的压力。
其出粉细度能满足烟煤或劣质烟煤着火与吻燃做需的细度。
在粉碎机出力范围内其出粉细度与给煤速度无关。
采用机械和空气双重密封，适用于锅炉制粉系统正负运行。
其出力是给煤量和进风量来控制的，调节范围大，对载流大，对载荷变化反应迅速。
RP碗式粉煤机配有完整的温度、压力检测和控制元件，在出现异常时能够及时报警并自动进行控制。
RP碗式粉煤机具有连续作业率高、出力和细度稳定及研煤广泛等特点，被广泛应用在锅炉输煤系统中。
3.3皮带机的选择
选用大倾角挡边胶带输煤机，它是一种新型带式输煤机，即是在平型胶带输送带的两侧粘有泼型挡边，中间部按需要加上横隔板，使物料在一个匣状的容器中进行输送，与普通的胶带输送相比，输送能力提高2~2.5倍，输送倾角最大可达90°，70°以下最好。
使用该设备可减少占地，提高运送量，且易变向输送、不洒落煤。
波形挡边高度从60至240mm共八种。
装在波形挡板边之间的横隔板有T型、C型两种基本形式，在输送机倾角小于40°，使用T型横隔板；倾斜角大于40°，使用C型横隔板。
具体选哪种型号横挡板视实际现场而定。
3.4熔断器、电缆截面积的选择
3.4.1熔断器选择
熔断器分为RM10系列、RT0系列、RL1系列和RC1A系列。
在直接向电动机供电的电力支线中，由于要躲开电动机的启动电流，熔断器熔体的额定的电流Ier（或自动开关脱扣器的整定电流）往往选得较大。
各种熔断器都是由熔管和熔体两部分组成。
熔管的作用一是安装和固定熔体，二是使熔体断开的电弧的过程在管内完成，以保护人身安全。
为了加快灭弧的速度，有些型号熔断器在管内还装有灭弧填料（如石英砂等）。
熔体也有两种类型：
一种是高导电率的金属如铜或银制成，截面较小，称为小热容量熔断器；另一种是用电阻率较大的金属如铅、铅锡合金或锌制成，截面较大，称之为大热容量熔断器。
熔断器熔体的额定电流Ier的选择必需满足下列条件：
（1）熔体在线路中或电动机正常工作时不应熔断需满足：
Ier≥Ijs
式中Ijs为正常运行时流经熔体的工作电流。
对于单台电动机支线，Ijs就是电动机的额定电流（A）；对于干线，Ier=I30（A）
（2）熔体在电动机启动时不应熔断。
对于单台电动机支线，电动机的启动情况一般有两种，一是轻载启动，又称正常启动，其启动时间为6~10S，其平均启动时间为8S。
另一种是重载启动，又称困难启动，其启动时间为15~20S。
对于轻载启动的电动机（其平均电动机启动时间为8S）来讲，若它在用的小容量（60A以下）RM10系列熔断器，只要满足Iqd≦2.5Ier（Iqd为电动机启动电流），那么，熔体在电动机启动时间就不会熔断。
因为熔体必需历时8S才能熔断，而此时电动机已经启动完毕。
由于所选中型锅炉蒸发量为30t/h，根据实际考察估算，所选设备技术参数表
如下：
设备名称
型号
功率（KW）
IN（A）
UN（V）
皮带机
Y225M-2
45
83.9
380
破碎机
Y132S1-2
5.5
11.1
380
给煤机
Y132S1-2
5.5
11.1
380
堵煤振动器
Y100L2-4
3
6.8
380
根据上述条件，经查《工业企业供电》中表3-3，《电力工程电气设备手册》经计算所选相应熔断器如下表：
设备名称
IN（A）
尖峰电流（A）
相应熔断器
皮带机
83.9
587.3
RT0200/150
破碎机
11.1
77.7
RL150/30
给煤机
11.1
77.7
RL150/30
堵煤振动器
6.8
6.8
RL150/20
3.4.2电缆截面积选择
按导线或电缆的选择内容包括两方面，一是确定其结构、型号使用环境和敷设方式等，二是选择导线和电缆截面。
在实际中跟据具体要求，选择原则考虑因素包括：
（！
）发热问题；
（2）电压损失问题；
（3）架空线路机械强度；
（4）经济条件
选择导线和电缆时，有按导线或电缆的允许载流量来选择其截面；有根据线路的允许电压损失来选择导线或电缆截面的；有根据架空线路的机械强度来选择截面的；也有按经济条件来选择导线或电缆截面积的。
在本系统中，结合考虑锅炉房特定应用场合，选择电缆敷线方式。
按发热条件选择电缆的截面积。
在按发热条件选择导线或电缆的截面必需满足下列条件：
（1）导线或电缆正常运行时，必须保证它不致因温度过高而烧毁，因此要满足：
IY≧Ijs
式中IY——导线或电缆的长期允许电流
Ijs——通过线路的计算电流
（2）导线或电缆的允许持续电流与熔断器熔体的额定电流或自动开关脱扣器的动作电流之间的配合关系。
一般来说，对于支线，为了安全，必需考虑过载保护。
此时导线或电缆的允许持续电流应大于熔体的额定电流，即要求
2.5IY＞Ier
经计算验证，结合《电力工程电气设计手册》所选单台设备对应电缆型号如下表：
电机设备名称
电机Ijs（A）
熔断器型号
电缆型号①
电缆IY（A）
皮带机
83.9
RT0200/150
VLV29-
132
破碎机
11.1
RT050/30
VLV29-
30
给煤机
11.1
RT050/30
VLV29-
30
堵煤振动器
6.8
RT050/20
VLV29-
30
①VLV29-
是铝芯聚氯乙烯绝缘及护套电力电缆，
：
芯数;
：
面积mm2
3.5接触器选择
接触器选择SUNWORLDCJ20系列220V交流接触器，其正常工作条件为：
海拔高度不超过2000m
（1）周围空气温度-5~+40℃
（2）空气最大湿度不大于90%
（3）污染为三级安装类别为Ⅲ类
（4）安装面与垂直面的倾角度不大于±5°，但攻煤矿下用产品在按±15°考核
接触器适用于不间断工作制，断续周期工作制，各设备所选对应接触器.
如下表:
电机设备名称
电机IN（A）
接触器型号
接触器约定发热电流（A）
皮带机
83.9
CJ20-100
125
破碎机
11.1
CJ20-25
32
给煤机
11.1
CJ20-25
32
堵煤振动器
6.8
CJ20-25
32
3.6低位煤发生器，压力传感器
低位煤发生器位置示意图如下:
图三低位煤发生器位置示意图
低位煤发生器与PLC独立，自配电源，当受煤斗中的煤达到地位线时，地位煤发生器立即得电其自身警报铃立即发出报警，提醒工作人员进行相应操作。
在集中控制室的控制面板也设有该设备相应控制及状态显示。
压力传感器选用指针式电接点压力传感器，其输出信号为开关信号。
按实际要求设定好预定压力值后即可。
第四章PLC控制设计
4.1PLC型号
输煤设备电动机的电压多为280/220V，其动力控制设备一般均采用磁力启动器或接触器，对它们控制出口回路可用可孔硅元件或继电器。
本节介绍的接线重点为PLC出口方式。
本设计选用FX2n-32MR-001机型，输出形式继电器形。
此设计功能强大之处在于，可对整套系统中的每台装置都可监视，哪台设备出了故障，集中控制室的面板上都有相应显示。
保护设施齐全。
4.2输煤系统控制要求
输煤系统输煤线，包括给煤机、皮带机、振动筛、破碎机、除铁器、堵煤振动器、电磁铁门、低位煤发生器，受煤斗共九台设备，在锅炉生产中有着极为重要的地位，一旦不能正常工作，供暖就会受到影响。
为了保证生产运行的可靠性，输煤系统采用自动（联锁）控制方式。
由于输煤廊环境恶劣，全部操作控制都在主厂房的集中控制室里进行，仪表盘上设有各个设备的状态显示指示器以监测设备状态并设相应控制按钮，还有为PLC提供输入信号的控制开关。
输煤设备控制功能由PLC实现，由传感器件反馈信号做系统输煤运行信号。
设备状态监视为了保证输煤系统的正常、可靠运行，该系统应满足以下要求：
（1）供煤时，各设备的启动、停止必须遵循特定的顺序，即对各设备进行联锁控制；
（2）各设备启动和停止过程中，要合理设置时间间隔（延时）。
启动，停车延时统一设定为10s。
启动延时是为保证无煤堆积以发生故障；停车延时是为保证停车时破碎机等为空载状态，各输煤皮带上无剩余煤；
（3）运行过程中，某一台设备发生故障时，应立即发出报警并自动停车，其整个输煤（指供料方向）设备也立即停车。
此外在现场也有控制系统装置运行的按钮；
（4）可在线选择启动备用设备。
在特殊情况下可开启另一套备用设备，由两条输煤线的有关设备组成交叉供煤方式；
（5）可显示各机电设备运行状况，在集中控制室即可控制系统设备启停。
控制系统在上位机操作现场及集中控制室均可控制。
在故障停机情况下，各设备均立即联跳，故障解除后，可将停掉的设备以自动控制再次启动。
紧急情况下，可操作集中控制室中控制面板上的急停掉电按钮，它将使现场所有运行中的受控设备立即停机。
4.3I/O点分配
输入点
作用
输出点
作用
X0
皮带机M5热保护
Y0
KM0
X1
破碎机M4热保护
Y1
KM1
X2
除铁器M0热保护
Y2
KM2
X3
皮带机M3热保护
Y3
KM3
X4
给煤机M2热保护
Y4
KM4
X5
电磁铁门M6热保护
Y5
KM5
X6
堵煤振动器M1热保护
Y6
KM6
X7
急停掉电开关
Y7
系统故障指示灯L1
X8
压力传感器信号
X9
启动开关
X10
停止开关
4.4输煤系统流程图如下图
4.5输煤系统设备的接线
如上图根据实际安全需要，启动，停止，急停掉电每一项均并联两个按钮，一个为集中控制室控制面板上的按钮，另一个为实际现场控制面板上的按钮。
即
集中控制室面板
上位机现场控制面板
启动按钮
SB2
启动按钮
SB5
停止按钮
SB3
停止按钮
SB6
急停掉电
SB1
急停掉电
SB4
此外，每台设备均有热保护装置以防止过载，过电流过电压等，在集中控制室的控制面板上对系统运行情况是否
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