煤炭帶式輸送機控制系統的問題分析與改進

吳 吉,呂映斌

神華福能發電有限責任公司 福建石獅 362700

1 研究背景

本工程煤炭帶式輸送機設計為16路,通過輸送帶間不同傳輸路徑相互搭配,將煤炭送至煤場和磨組煤倉,共有六臺型號為HP1203的中速磨煤機。機組滿負荷工況時,磨煤機啟動五臺,停運一臺備用,保證原煤的可靠輸送及機組正常運行。這一輸煤控制系統采用德國施耐德QUANTUM系列可編程序控制器(PLC),雙機熱備、雙纜冗余,兩套中央處理器(CPU)為一主一備,雙機數據動態更新,保持數據一致[1]。當基本站出故障時,熱備站立即作為基本站投入工作,無擾切換,保證控制系統的可靠性。另外,在轉運站、碎煤機室、煤倉間等區域分設遠程站,配合控制室PLC主站[2],實現統一集中控制管理。

在調試期間,該煤炭帶式輸送機控制系統故障跳閘后,電氣開關會頻繁分合閘,嚴重影響煤炭帶式輸送機正常運行。筆者結合此故障現象進行分析,并提出解決方案和具體整改實施。

2 煤炭帶式輸送機問題分析

2.1 控制邏輯

煤炭帶式輸送機原始控制邏輯如圖1所示。煤炭帶式輸送機啟動指令(Start)由畫面操作按鈕動作觸發,經過脈沖模塊(HSTP)輸出3 s脈沖指令。當就地設備開關切遠方(Remote)、處于非檢修位、輸出自動(Auto)投入及ST1(啟動允許條件)為高電平信號同時滿足時,經過延時模塊(HSTON)響鈴20 s后開關合閘,或者程序控制啟動指令輸出響鈴20 s后開關合閘。由于邏輯設計為響鈴延時采用延時模塊(HSTON),因此指令發出后會一直保持。

圖1 煤炭帶式輸送機原始控制邏輯框圖

從原邏輯中可知,只有當遠程控制停止指令(Do_stop)發出時經過復位模塊(HSRS)才可以復位啟動指令,這樣就會導致設備因就地故障而跳閘時,煤炭帶式輸送機電氣開關將頻繁分、合,進而發生損壞。

由以上分析可見,帶式輸送機啟動控制邏輯設計不合理[3]是導致開關頻繁動作[4]的間接原因,需要對控制邏輯進行優化。

2.2 控制回路

煤炭帶式輸送機電氣回路控制原理如圖2所示。這一煤炭帶式輸送機電氣回路主要包括合閘、分閘、保護及反饋等相關回路。合閘回路包括防跳、就地合閘和遙控合閘回路。分閘回路包括就地跳閘、遙控跳閘、綜合保護、斷相保護跳閘回路。反饋回路包括運行和停止反饋回路[5]。從煤炭帶式輸送機控制原理就地跳閘回路部分可以看出,分閘指令可以由遠程停止操作、就地按鈕操作及保護跳閘回路分別觸發,其中保護跳閘回路由帶式輸送機綜合保護、斷相保護跳閘或變壓器超溫保護動作回路組成[6]。針對煤炭帶式輸送機異常事件進行分析,首先可以排除人為原因,經就地檢查變壓器測溫元件,其工作正常,不會導致煤炭帶式輸送機故障跳閘,應該是綜合保護故障導致。經對煤炭帶式輸送機跳閘回路進行分析,當跳閘回路中接觸器KF線圈帶電時,紅色線路FK觸點會自保持并一直閉合。因此,跳閘回路一直導通并不間斷發送分閘指令,而上述PLC一直發啟動指令,所以開關一直分、合閘,從而導致開關頻繁動作而發熱。時間長了會損壞開關,直接影響輸煤系統的安全穩定。針對該問題進行煤炭帶式輸送機原始控制邏輯優化[7]已是迫在眉睫。

圖2 輸煤皮帶機控制原理

3 控制邏輯優化

對于上述煤炭帶式輸送機試運行過程中存在的問題,可采用控制邏輯優化手段或者就地跳閘自保持回路增加時間繼電器進行解決[8]。其中,邏輯優化可以通過兩種方法實現。一是將邏輯中指令輸出延時模塊改成脈沖模塊,保證脈寬時間結束立刻復位啟動指令。二是在啟動輸出指令復位條件中增加一條,即煤炭帶式輸送機運行狀態反饋信號,這樣就可以保證煤炭帶式輸送機相應6 kV開關一合閘其啟動指令便復位。

對比上述兩種控制邏輯優化和跳閘自保持回路優化方案[9],第一種控制邏輯優化為只有當脈寬時間結束后，啟動指令才復位,第二種控制邏輯優化為只要開關合閘狀態信號出現,就復位啟動指令。而跳閘自保持回路增加時間繼電器方案還需要布線、接線[10],會增加回路的故障點,所以最后綜合考慮采用第二種邏輯優化方案,即增加煤炭帶式輸送機運行信號作為合閘指令的復位條件。優化后煤炭帶式輸送機控制邏輯框圖如圖3所示。

圖3 優化后煤炭帶式輸送機控制邏輯框圖

4 現場模擬試驗

邏輯優化程序下裝后,就地將制動器投入使用,目的是模擬試運期間煤炭帶式輸送機就地跳閘事故工況。

輸煤運行人員實時監測邏輯、指令繼電器及6 kV開關狀態,觀察相關回路和設備動作是否正常。模擬試驗過程中,邏輯、指令輸出及就地回路均按預期狀態進行動作,效果明顯,完全達到了控制邏輯優化目的,進而有效地提高了輸煤系統的可靠性及安全性。

5 結束語

通過對煤炭帶式輸送機試運行期間發現的問題進行分析,可以看出原始控制邏輯設計僅適合煤炭帶式輸送機正常工況運行,一旦其6 kV開關因就地故障導致跳閘,若遠程未輸出停運指令,開關勢必頻繁分、合閘,將直接影響原煤的輸送。

通過對煤炭帶式輸送機控制邏輯進行合理優化、試驗,并使設備整體進行實際運行,確認煤炭帶式輸送機運行工況可靠穩定。優化措施有效解決了煤炭帶式輸送機試運行期間存在的問題,保證了機組一次能源的可靠輸送。