基于PLC和變頻器在給煤機控制系統中的應用

何偉光

(神華寧夏煤業集團太西炭基工業有限公司，寧夏 石嘴山 753000)

神寧太西炭基工業有限公司熱動力廠屬于企業自備發電廠，現有5臺工業鍋爐，每臺鍋爐燃燒系統由四臺給煤機向爐膛輸送煤粉供鍋爐燃燒，給煤機的動力由電磁調速電機供給。由于電磁調速電機電樞與磁極的間隙很小，極細的煤粉在異步電機散熱風扇及電樞旋轉產生的軸流的帶動下流入電磁離合器，使磁極與電樞連為一體，造成機械負載高速旋轉產生“飛車”現象。“飛車”發生后調速控制裝置無法對電磁轉差離合器進行控制，給煤機高速旋轉使得大量的煤粉進入爐膛燃燒，導致爐膛正壓燃燒、汽包壓力增加，嚴重威脅鍋爐的本體及發電系統安全運行，有必要對現有給煤機控制系統進行改造。

1.控制方案和系統結構

給煤機電動機變頻調速系統的硬件結構主要由上位工控機、PLC和四臺變頻器構成。

1.1 模塊功能

上位機的工控機為研華IP610，主要功能是向管理人員及操作人員提供諸如工藝流程圖顯示、動態數據畫面顯示、報表顯示、窗口技術等多種功能，為PLC提供良好的人機界面。

PLC為三菱公司的FXON-24MR，是整個系統控制的核心處理器，是PC指令和按鈕開關指令的執行中樞和變頻器指令觸發元件。

PLC主機上接有RS-485通訊模塊與PC機進行通訊，完成人機對話。采用PLC自帶的FXON-485ADP通訊適配器作為通訊主站使用。

變頻器選用日本三菱公司生產的FR-A044，通過RS-485網絡通訊方式，能夠實現被控對象的啟動、停止和速度變化。

FR-A044變頻器與PLC的連接單元為FRCU03，其具有RS-422和RS-485網絡通信功能，是變頻器的網絡接口，可以實現變頻調速器的運行控制、參數設定和狀態監控。

1.2 控制方案

系統由1臺上位機和PLC通過多分支網絡來控制4臺給煤機的變頻器，4臺給煤機變頻器共有4個子站，每個子站設置一個獨立的站號，其站號需要通過參數設定模塊進行設定。當設備開啟后，PLC通過FXON-485ADP模塊發出指定命令給各子站，各子站比較站號地址是否與本站站號一致，如果一致，則對該命令進行處理，并返回應答信息，如果不一致，則對該命令不進行處理，這樣每次只有一個子站與主站交換信息，進行控制。系統能夠實現四臺給煤機電動機的如下狀態的控制:啟動、停止、加速、減速。可以由上位機或外部按鈕實現上述功能，兩種開關量輸入方式互為冗余備用，以提高控制系統的可靠性。

2.系統軟件設計

2.1 上位監控系統設計

這里上位監控系統通過全中文自動化控制組態軟件MCGS進行設計，其具有數據采集、動畫顯示、設備控制與輸出、流程控制、雙機熱備、工程報表、網絡數據傳輸、歷史數據及曲線等功能，支持國內外幾乎所有主流設備的數據采集與傳輸。本系統監控窗口畫面的設計以操作方便、實用為原則，能實現實時監視給煤機電動機的電壓、轉速、電流以及運行狀態等，儲存和查詢歷史數據，能夠通過曲線圖形或報表實現數據管理功能，具有遠程操作和自動報警功能。設置系統管理員和系統操作員兩個不同的權限級別，系統管理員具有修改系統參數、實時監控、畫面組態、系統運行和退出、用戶管理的權限，系統操作員只有實時監控、修改參數、退出系統的權限。

2.2 PLC與變頻器通訊設置

2.3 PLC的編程

要實現變頻器的控制，通過編寫相應的程序實現PLC與變頻器之間的信息交互，PLC程序完成FXON-485ADP通訊適配器的初始化、控制命令字的組合、代碼的轉換及變頻器應答信息的處理等待等工作。PLC梯形圖如圖所示，梯形圖中，由起始脈沖M8002初始化FXON-485ADP的通訊協議，然后再進行啟動和停止信號的處理。D127-D149為通訊發送緩沖區設置，D150-D160為接受緩沖區，1#給煤機啟動由X0的上升沿控制，停止由X0的下降沿控制，2#給煤機啟動由X1上升沿控制，停止由X1的下降沿控制，依次類推3#給煤機由X2上升沿、下降沿控制，4#給煤機由X3上升沿、下降沿控制。以1#給煤機為例，當X0的上升沿觸發后，M50閉合，1#變頻器的站號讀入D130，運行命令字讀入D135，ENQ、寫運行命令的控制字和等待時間等由編程器事先讀入D131—D133;接著求校驗和并讀入D136、D137，最后置M8122允許RS發送控制信息。變頻器收到信號后立刻返回應答信息，應答信息被FXON-485ADP收到觸發M8132，PLC根據實際情況作出相應的處理后完成一個控制過程。

圖 PLC梯形圖

3.結束語

本控制系統運用上位機和PLC進行控制，采用變頻器的通訊功能，在硬件上增加一條RS485通訊電纜，完成變頻器的啟動、停止、頻率設定，實現了對四臺電動機同步運行。系統具有控制方式靈活、精度高、程序開發簡單等優點，方便了管理員和操作員的遠程監控和現場操作控制，降低了硬件成本。

［1］袁任光.可編程序控制器(PC)應用技術與實例［M］.廣州:華南理工大學出版社，2003.

［2］廖常初.FX系列PLC編程及應用［M］.北京:機械工業出版社，2007.