给煤机给煤量控制系统.docx

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给煤机给煤量控制系统

摘要

给煤机给煤量控制系统采用可编程控制器代替原有的常规仪表控制,实现智能控制给煤机的运行;采用西门子S7-200作为控制装置;设计机组计量给煤机给煤量控制系统的智能PID控制。

PLC通过模拟量I/O模块,实现模拟量与数字量之间的A/D、D/A转换,并对模拟量进行闭环PID控制。

这一功能可用PID子程序来实现,其中PID算法为整个控制的核心。

以计量给煤机作为研究对象，分析了其给煤特性。

设计了一种基于给煤量反馈的变频控制系统，采用专家算法实现给煤量的精确调节。

通过引入料位和设备状态等检测信号。

系统还具有事故停车报警，变频装置故障自动切除等功能。

关键词给煤机，PID控制，模拟量与数字量转换

致谢11

1引言

1.1课题背景

随着我国经济发展，对电的需求也越来越大。

电作为我国经济发展最重要的一种能源，主要是可以方便、高效地转换成其它能源形式。

电力工业作为一种先进的生产力，是国民经济发展中最重要的基础能源产业。

而火力发电是电力工业发展中的主力军，截止2006年底，火电发电量达到48405万KW，约占总容量77.82%。

由此可见，火力电能在我国这个发展中国家的国民经济中的重要性。

大型火力发电机组在国内外发展很快，我国现以300MW机组为骨干机组，并逐步发展600MW以上机组。

目前，国外已经建成单机容量1000MW以上的单元机组。

随着自动化技术与电子技术的发展，高集成度、高可靠性、价格低廉的微型计算机、单板机、单片机、工业专用控制计算机的出现以及广泛的应用，为锅炉控制领域开辟了一片广阔的天地。

运用计算机技术的高效率、高可靠性、全自动的微机工业测控系统开始日益得到重视。

80年代后期至今，国内外已经陆续出现了各种各样的锅炉微机测控系统，明显的改善了锅炉的运行状况，但还不够完善，并对环境和抗干扰要求比较高[2]。

因此，许多火电厂都迫切希望能有一种理想的控制策略实现对系统的有效控制。

随着控制理论的不断发展，控制领域出现了许多新的控制方法，如预测控制方法、自适应控制方法、各种智能控制方法（包括模糊控制、神经网络控制、遗传算法优化控制等等）。

除此之外还有综合了几种控制形式的混合式智能控制器等多种形式，如以模糊控制为基础的专家模糊控制系统，最常见的是以常规PID数字控制为基础，通过专家系统在线实时整定PID控制参数，即所谓的智能（或专家）自适应PID控制器。

单元发电机组是有锅炉、汽轮发电机和辅助设备组成的庞大的设备群。

由于其工艺流程复杂，设备众多，管道纵横交错，有上千个参数需要监视、操作或控制，而且电能生产还要求有高度的安全可靠性和经济性，因此，大型机组的自动化水平受到特别的重视。

目前，采用以分散微机为基础的集散型控制系统（TDCS），组成一个完整的控制、保护、监视、操作及计算等多功能自动化系统[1]。

1.2给煤机给煤量控制的意义

给煤机是燃煤火力发电厂的重要辅机设备。

主要用于火力发电厂的锅炉输煤供煤系统。

与磨煤机设备配合，承担向锅炉连续、定量、均匀供煤的任务。

是锅炉燃烧系统的重要辅助设备[3]。

现代给煤机的绐煤控制要求可实现在运行过程中对燃煤进行精确计量，并根据人工设定值和燃烧控制系统的反馈信息控制给煤率，使输送入锅炉的燃煤量与所需燃料量相匹配，从而达到理想的经济效益及管理效果。

精确控制给煤量。

可以起到节约能源、降低能耗和减少浪费的作用。

特别是在国家大力提倡节能环保的今天，能精确、合理控制供煤量的电子称重式给煤控制系统对能耗较大的电厂、钢厂经济效益的提升显得尤为重要。

目前，国内钢厂以及火电机组中大多采用的电子称重式给煤机控制系统主要为单片机控制，但是单片机具有控制软件编程复杂，对操作人员要求较高。

积木式搭建的硬件可靠性较低，而且备件不具有通用性、更换成本较高等诸多缺点[4]。

给煤机控制系统采用模块化PLC控制器作为给煤机控制系统的中央处理器，不仅设计简单方便，而且控制可靠性大大提高。

1.3给煤机的简介

给煤机适用于火力发电厂燃煤锅炉制粉系统，能在很大的负荷变动范围内改善锅炉性能，使过热温度、再热温度和压力温度的控制更为稳定，使燃料与所需空气量更为匹配，所需的空气过剩量减少，连续给煤，称量准确，工作稳定，节能高效，是燃煤锅炉制粉系统中与磨煤机相配的先进的计量给煤设备[5]。

1.3.1给煤机的工作原理

储煤仓中的煤通过煤闸门进入给煤机，由给煤机内部的输送计量胶带连续均匀输送到磨煤机中，在输送计量胶带的下面装有电子称重装置，该装置主要由高精度的电子皮带秤组成，称重传感器产生一个与煤的重量成比例的电信号和速度传感器检测到的皮带速度信号，同时送入积算器，经积算后得到瞬时流量和累计量[6]。

1.3.2给煤机的参数

给煤机主要技术参数包括：

额定出力、给煤机距离、进煤口、落煤口、带宽、主驱电动机型号/功率、清扫电动机型号/功率、给煤机计量精度、给煤机控制精度[7]。

额定出力是指设备在额定参数下压力、温度等和保证一定效率下的连续的运行能力。

给煤机距离是指给煤机进煤口中心至出煤口中心水平距离即中心距。

1.3.3给煤机的操作规程

一、开车前的检查

（1）检查各紧固件是否牢固可靠，各联接螺栓是否松动。

（2）减速器润滑油位是否适当，各润滑部分润滑是否良好。

（3）检查行程销、联接销、给煤机滚轮、导轨是否完好。

二、开车与运行

（1）接到开车信号后，待受煤设备转动正常后，按下起动按钮起动给煤机。

（2）运行中，应随时观察受煤设备的运行情况。

（3）观察出料口有无大矸和煤块堵塞，如发现有应发出信号，立即停机，同时将上山皮带即停开关关闭，然后进行处理。

（4）测听减速器和电机温度有无异常情况。

三、停车

（1）接到停车信号后，按下停止按钮停机。

（2）工作结束后做好设备保养和文明生产。

1.3.4给煤机种类：

（1）往复式给煤机

（2）刮板给煤机

（3）带式耐压给煤机

1.3.5给煤机的结构特点

（1）圆筒密封结构，提高耐压力，减少内部粉尘堆积。

（2）采用性能卓越的9224系列电子皮带秤，确保计量准确和长期稳定。

（3）变频（或滑差）无级调速，运行平稳，节能隆耗。

（4）链条刮板清扫装置自动清扫机内的积尘和余煤。

（5）完善的报警系统可及时发现和排除堵煤、断煤过载和皮带跑偏等故障。

（6）配置的高温隔离闸门，可防止热风回流，安全性高，检修方便[8]。

2给煤机给煤量控制系统介绍

系统的工作原理为：

指令信号可由操作员在集控室或就地手动给出，或者在自动状态下由调节器自动产生；控制电机转速信号与称重传感器产生的重量信号合并产生一个煤量信号，作为反馈信号，输入到调节器中，通过与指令信号的比较后，调节器输出一个控制信号到变频调速器，控制电机的转速，实现变频调速，达到控制给煤量的目的[9]。

2.1给煤机给煤量控制系统的组成

本控制系统的硬件设备主要由西门子S7—200的PLC，变频器，数字型定量给料机控制器仪表，重量检测机构，称重给煤机马达转速检测机构及各种执行机构等组成[10]。

2.2给煤机给煤量控制系统故障及分析

2.2.1断链保护报警

断链保护器安装在被传动轴旁，当电机运转时，通过传动装置驱使被传动轴转动，断链保护器接受到均匀间隔脉冲信号，此时断链保护器为闭合状态，让中间继电器吸合，交流接触器闭合电机转动。

故障现象：

机组运行过程中，给煤机跳闸，盘面显示“断链报警”。

分析处理：

根据故障原因，导致给煤机断链报警的原因有木头块、铇丝等卡涩物进入给煤机内，或由于安装断链保护装置的偏盖密封性不好，煤粉进入里面堆积使断链保护装置脱落。

先打开前后盖子看里面是否有东西卡塞，有东西卡塞，使链条频率无法保持，断链保护无法收到均匀脉冲信号，故给煤机跳闸，取出卡塞物体，盖好盖子，重新启动给煤机一切正常。

如果检查给煤机前后端无杂物（来自原煤）卡涩，对给煤机断链装置和线路检查，看就地元件是否完好，摆动是否正常，检查线路看信号线有无破损的地方，如果都没有，就可排除就地断链装置的和线路的故障[11]。

2.2.2转速信号故障

故障现象：

在机组运行过程中，加快给煤机运行频率，就地无变化。

分析处理：

根据故障原因，对给煤机及控制柜检查，确定为给煤机转速信号引起，检查变频器，打开清理，发现触点不通和电路板上有个小电阻烧坏，重新接线和更换电阻后，启动后转速加减正常，导致原因为给煤机控制柜门损坏长时间无法关闭或关闭不严，煤粉进入到变频器中，使其无法正常工作，这就得清理变频器。

加强控制柜子门板的维护和管理、定期清理变频器，是防预之一[12]。

2.2.3给煤机堵煤故障

故障现象：

机组运行中，就地显示“给煤机堵煤跳闸”。

分析处理：

根据现象，初步判断为给煤机堵煤开关问题。

拆下给煤机堵煤开关，接通临时电源，用手触摸传感器，有报警信号输出，证明堵煤开关末损坏。

根据给煤机运行及煤质情形，进步判断为落煤管堵。

因在运行过程中，因为煤湿，落煤管堵塞，造成堵煤信号触发。

我们可以让电机反转，重敲落煤管，使其正常下煤，启动给煤机后，运行正常。

2.2.4给煤机启动故障

故障现象：

首次启动给煤机，给煤机均不能DCS启动，DCS组态及外回路检查正常。

分析处理：

由于给煤机能就地启动，排除就地问题。

不能启动原因，分析出在DCS与就地接口。

测量DCSDO输出，信号正确。

从DCS端子排短接启动指令，给煤机启动及反馈信号正确。

查给煤机控制原理图，发现给煤机跳闸回路，发现原本设计为常闭接点实际为常开，更换接触器，给煤机跳闸信号消除，远方能够正常启动。

2.3控制系统存在的问题及分析

以蒙达公司为例，一期工程投产后，统计给煤机给煤量控制系统存在的问题而导致系统故障的情况。

通过分析跳闸原因，得出结论：

运行人员操作不当主要发生在低负荷时，由于给煤指令较低，欠煤保护动作而使给煤机跳闸，加强运行人员的责任心即可解决这一问题；给煤机控制系统故障占总跳闸次数的88%，而其中的变频器故障就占跳闸次数的72.8%。

因此分析认为，解决这一难题主要应放在解决变频器故障方面[13]。

3给煤机给煤量控制系统改进措施

变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。

变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。

变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等[14]。

变频器主要用于变频调速驱动装置，变频器接收到称重给煤机控制器的4～20mA速度给定信号后。

根据该信号来相应调节皮带驱动电机的运行速度，以达到调节给煤率的目的。

3.1变频器的选择及特点

通过筛选，选用了日本富士电机株式会社生产的具有低噪声、多功能、高效能的变频调速器，该变频调速器具有以下几个方面的特点：

（1）功率大、适应范围广。

在4—50KW之间，该系列产品型号齐全，完全能够满足给煤机变频调速的要求。

（2）操作灵活、方便直观。

变频器设有操作面板，为维护人员提供了方便快捷的在线、离线监视及调整参数的工具。

（3）抗振性强。

在振动较强的情况下，工作性能稳定可靠，对于振动较强的给煤机平台来说，这一优越的性能，为变频器的可靠工作提供了有力的保证。

（4）密封性能良好。

除风扇外，无裸露部分，增强了变频器本身的防尘能力[15]。

3.2防尘，防超温设施的建立

（1）防尘设施：

变频器使用规程规定，变频器的工作环境应该不受阳光直射、无积尘、无腐蚀气体及可燃气体等。

尤其是对防粉尘的要求较高。

因为对于电器元件来说，长期积尘可能导致元件静电击穿或短路而引发故障。

对于燃煤机组的制粉系统来说，粉尘不可避免地存在，为改善应用环境，根据给煤机控制柜的情况，制作了6m×2.5m×2.5m的铝合金玻璃窗式给煤机控制小间，并实行专人负责制，较好地解决了粉尘侵入变频器的问题[17]。

（2）防超温设施：

变频器运行时，散热极附近的温度接近90°C，而变频器的工作环境温度应严格控制在40°C以下。

根据变频器的使用规程，规定其不能安装在狭小的、通风散热条件不良的密闭箱柜中，这一安装条件与防尘要求发生冲突。

为了解决此问题，在给煤机控制小间中安装了1台2匹功率的立式空调，将给煤机小间的温度严格控制在（20±3）°C范围内[16]。

4给煤机给煤量控制系统分析

图4.1

给定值（SP）：

煤主控指令

前馈（FF）：

煤主控指令

反馈量（PV）：

给煤机平均指令

跟踪对象（TR）:

给煤机平均指令

跟踪开关（TF）:

0跟踪；1不跟踪。

当ABCD四个给煤机至少有一个给煤机处于自动非跟踪状态使PID即不进行跟踪（TF=1）。

当四个给煤机都处于手动跟踪状态时（TF=0），输出即跟踪给煤机平均指令。

图4.2

经PID计算后输出信号经过M/A控制站输出送到低限选择器和小值选择器。

当给煤量A质量坏，给煤机A站出口故障，磨A热风/冷风调门不处于自动状态，磨组A不运行或MFT,以上条件满足至少一条时，自动切换到手动状态（=1），此时=0。

此时输出给煤机A自动并且同时送入速率限制器，使输出跟踪SP（此时速率选择器输出与给定值相比较形成偏差判断此时系统准确性）。

同时，使=1.此时进入跟踪状态，使SP跟踪PV。

当无故障信号，控制器处于自动状态时，=0，=1。

输出不进行跟踪。

=1/0目的是为了实现手自动无扰切换。

当磨组A不运行或MFT主燃料跳闸，切换器T输出0，经速率限制器送入M/A,使=0。

当以上两个条件都不满足时，切换器输出25，经速率限制器以5个单位/s进行速率限制，输出送入M/A的TR。

当低限选择器，给煤机A置最小输出，磨组A运行或无MFT，以上条件同时满足时，=0，此时不跟踪。

当至少有一个满足时，（=1），控制输出跟踪信号TR的块地址，即输出为0。

此时同时控制给煤机A跟踪。

图4.3

磨A进口混合一次风量经函数发生器的输出与控制站M/A的输出，两者经过小选后输出。

一路输出至高低比较器，若超出限制经与门控制A给煤机转速在最小。

一路输出至低比较器，，若超出限制，则给煤机A转速小于20r/min。

一路形成给煤机A指令。

一路经过切换器T控制磨组A出力能力。

当输出送往执行器，执行器阀门位置与变送器进行比较，计算偏差，当偏差超过限制或阀门变送器信号质量坏时，输出给煤机A站输出故障，并进行报警。

总结

一周的课程设计，匆匆而过，在这短短一周的时间内我通过对这次课程设计的制作和研究学会了很多东西。

在这次任务的开始，我首先把绘制系统控制原理图放在第一位。

对于绘图，我们并不陌生，以前我们就学过AUTOCAD，电脑上自带的画图以及我们平时所用的WORD，和其他画图软件有很多，都可以当做参考。

我用CAD画图，但是真正动手画的时候问题就接踵而至。

我重新熟练了一下教程，才接着画下来。

在这个过程中我不但熟悉了系统的基本组成，也巩固了画图技巧，一举两得。

其次，我就开始完成关于课程设计报告的书写工作。

我在网上查找了大量的关于给煤机，以及给煤量控制的资料，以及在数据库中查看了大量的文献，期刊和学术论文，对系统的印象，组成以及原理，都有了一些大概的了解。

我发现很多的文献中都提到了系统故障以及相应的改进措施。

于是我整理了一下思绪决定按给煤机的简介，控制系统的作用及影响，系统故障以及改进方案三方面的内容来阐述控制系统。

向大家呈现出我对该系统的印象。

最后的工作是对系统原理图的分析和解读，运用我们本学期所学习的知识，把图中一个个功能码的作用阐述并紧密联系在一起，分析系统的原理和功能，深层次的解读系统，加深对本次课程设计的理解，同时巩固所学的知识，达到学以致用的目的。

上述任务完成后，本次课程设计也接近尾声，只需要把前期的任务整合在一起，整理完成即可。

在这段时间内，我加强了动手操作能力，并且学着把所学到的知识加以运用，做到理论和实际相结合，提高了自己的综合能力。

致谢

非常感谢郭南老师在这次课程设计中给我的指导，从最初的定题，到资料的收集，到写作，修改，到论文的定稿，他给了我耐心的指导和无私的帮助。

为了指导我们的课程设计，他们放弃了自己的休息时间，他们的这种无私奉献的敬业精神令人钦佩，在此我向老师表示我诚挚的谢意。

同时，感谢所有任课老师和所有同学给自己的指导和帮助，是他们教会了我专业知识，教会了我如何学习，教会了我如何做人。

正是由于他们，我才能在各方面取得显著的进步，在此向他们表示我由衷的谢意，并祝所有的老师培养出越来越多的优秀人才，桃李满天下!

通过这一阶段的努力，我的课程设计终于完成了。

在这一阶段，我在学习上和思想上都受益非浅，这除了自身的努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。

在本次课程设计的写作过程中，我的老师倾注了大量的心血，从选题到开题报告，从写作提纲，到一遍又一遍地指出论文中的具体问题，严格把关，循循善诱，在此我表示衷心感谢。

同时我还要感谢在我学习期间给我极大关心和支持的各位老师以及关心我的同学和朋友。

写课程设计报告是再一次系统学习的过程，报告的完成，同样也意味着新的学习生活的开始。

我将牢记在这次课程设计中的得与失，今后更加努力，更加严格要求自己，取得更好的成绩。

感谢各位老师，专家的批评指导！

参考文献

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附录1给煤机给煤量控制原理图