基于PLC的火電廠定量給煤控制系統(tǒng)

廖耿斌 王彩霞 劉 超 林壽英

（福建農(nóng)林大學(xué)機電工程學(xué)院 福建福州 350002）

1 引言

根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，在2018年火力發(fā)電占總發(fā)電量的七成左右，且在未來很長的一段時間一直會是我國主要發(fā)電方式之一[1]。定量給煤系統(tǒng)不僅能提高火電廠的發(fā)電效率，也能確保可燃物資源的合理使用。

2 系統(tǒng)的組成

火電廠給煤機稱煤系統(tǒng)的主要作用是將煤倉落至皮帶上的煤通過稱煤系統(tǒng)送至磨煤機，根據(jù)火電廠所需要的發(fā)電量來控制燃燒所使用的煤量。下位機使用PLC 采集瞬時煤量與瞬時速度，通過算法計算獲取瞬時的給煤率，并通過觸摸屏上設(shè)定的請求給煤率與之對比，結(jié)合PID 算法調(diào)節(jié)皮帶運輸速率由此控制煤的運輸量實現(xiàn)定量給煤。如圖2-1 系統(tǒng)定量給煤原理圖。

圖2-1 系統(tǒng)定量給煤原理圖

本系統(tǒng)除控制核心外，設(shè)備包括模擬量模塊處理模擬量信號；測速傳感器獲取皮帶運行速率；稱重傳感器獲取煤重數(shù)據(jù)；變頻器控制電機運行；觸摸屏進行系統(tǒng)操作和數(shù)據(jù)顯示；組態(tài)軟件進行動態(tài)監(jiān)視；報警指示燈和報警器構(gòu)成報警系統(tǒng)。

2.1 PLC 及模擬量模塊

S7-200 smart 提供的CPU 模塊有多種類型可供選擇，其I/O 點數(shù)眾多，最多可擁有60 個單體I/O 接口，支持以太網(wǎng)通訊，因此可以完成對絕大多數(shù)的小型自動化設(shè)備的控制。經(jīng)過對該系統(tǒng)所需數(shù)字量和模擬量的分析，我們決定采用CPU SR30 18 輸入/12 輸出加EM AM06 4 輸入/2 輸出的模擬量模塊作為該系統(tǒng)的CPU 控制核心。

2.2 觸摸屏及組態(tài)

系統(tǒng)所選觸摸屏為威綸通MT8071 iE。該系列觸摸屏輸入電源24 ±20 %VDC,7 寸TFT，800 ×480 分辨率，128 MB 內(nèi)存，以太網(wǎng)接口，3 組獨立串口，支持與3 種不同協(xié)議的控制器同時通訊，一屏多機。組態(tài)軟件選用組態(tài)王6.55 版，具有報警窗口、實時趨勢曲線等，可便利的生成各種報表。多數(shù)應(yīng)用于鋼鐵，電力，化工，污水處理等各行業(yè)。

2.3 傳感器及秤架結(jié)構(gòu)

稱重傳感器按找轉(zhuǎn)化方式的不同可以劃分為8 種不同類型[2]。所采集稱重區(qū)域內(nèi)的瞬時煤重需要較高精度，選用電阻應(yīng)變式傳感器，其靈敏度符合設(shè)計要求，電路簡單，使用年限高。由于光電傳感器的體積小，使用方便，且其測量的準(zhǔn)確程度也比電磁傳感器高[3]，比較適合于給煤系統(tǒng)，所以我們選擇使用光電測速傳感器作為轉(zhuǎn)速檢測機構(gòu)。稱架結(jié)構(gòu)選用多托輥秤架[4]，兩個托輥固定在給煤機機座上，形成稱重跨域，中間安置的托輥懸掛于電阻應(yīng)變式傳感器上，組成單托輥皮帶秤。

3 給煤系統(tǒng)程序設(shè)計

如圖3-1 所示，稱煤系統(tǒng)啟動后可以選擇正轉(zhuǎn)運行和反轉(zhuǎn)運行，皮帶輸送煤時發(fā)生卡機現(xiàn)象時可以嘗試反轉(zhuǎn)運行，在正常情況下則使用正轉(zhuǎn)運行，首次使用或出現(xiàn)皮重、重量系數(shù)K 有誤差時，可以進行零點校驗或者量程校驗。完成校驗后PLC 程序?qū)λ俣刃盘柡头Q重信號進行處理，得到轉(zhuǎn)速、瞬時重量以及累計重量，在確定了轉(zhuǎn)速和線速度的比值后還可以計算得到線速度。將計算的線速度和瞬時重量相乘所得到的值便是給煤率。測得的給煤率與要求的給煤率進行比較，經(jīng)PID 算法后用于對變頻器進行控制，從而間接的控制電機的轉(zhuǎn)速。

圖3-1 稱煤系統(tǒng)程序流程圖

4 給煤機系統(tǒng)人機界面監(jiān)視

根據(jù)生產(chǎn)過程中的需要以及稱煤系統(tǒng)的功能要求，設(shè)計火電廠稱煤系統(tǒng)觸摸屏人機界面和上位機動態(tài)監(jiān)視界面。觸摸屏采用威綸通MT8071 iE，畫面設(shè)有給煤率和累計煤重，相應(yīng)的各轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)以及多種操作功能，如圖4-1 所示。上位機監(jiān)控畫面采用組態(tài)王設(shè)計，可動態(tài)顯示給煤機運行狀態(tài)和相應(yīng)的參數(shù)數(shù)據(jù)，如圖4-2 所示。

圖4-1 觸摸屏界面

圖4-2 組態(tài)王界面

5 小結(jié)

基于PLC 的火電廠定量給煤控制系設(shè)計主要采用PLC控制給煤機馬達的轉(zhuǎn)速最終實現(xiàn)系統(tǒng)的煤量調(diào)節(jié)，進而實現(xiàn)發(fā)電功率的有效控制，相比于之前的稱煤系統(tǒng)，對節(jié)約能源和提高經(jīng)濟效益及保證安全方面有重大意義。整個系統(tǒng)提高了安全性和可靠性，經(jīng)過改造，系統(tǒng)運行達到了經(jīng)濟和效益的預(yù)定要求。