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1 引言
給煤機輸煤系統(tǒng)是火力發(fā)電廠的生產過程中一個必不可少的環(huán)節(jié)。20世紀80年代初華能福州火電廠引進美國STOCK給煤機控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)原來就缺少實時追憶功能，目前又存在設備老化、穩(wěn)定性下降、計量精度差、故障增多等眾多問題，給電廠生產帶來了一定麻煩。2003年北京華能新銳控制技術有限公司以OMRON小型機CQM1H對原有給煤機系統(tǒng)進行改造，該PLC具有功能全面、編程簡單、性能穩(wěn)定、可在線修改等眾多優(yōu)點，改造后系統(tǒng)提高安全可靠性，增強事件追憶能力，改善計量精度（達到0.25%的稱重測量精度）。上位機采用OMRON智能終端NT631C，操作容易、顯示直觀。
2 系統(tǒng)說明
2.1 系統(tǒng)工作原理
給煤機系統(tǒng)的主要功能就是根據發(fā)電功率的要求來調整燃燒所需要的煤量。給煤機主要由皮帶和馬達組成，從煤倉落至給煤機皮帶上的煤通過皮帶輸送至磨煤機。系統(tǒng)原理如圖1所示。系統(tǒng)將兩路稱重傳感器測得重量信號轉化得到實際煤重，比較兩路重量大小判斷稱重傳感器是否失效，如果沒有失效，實際總重量即為兩路重量之和；如果失效，實際重量等于密度與容積之積，為經驗值，實際重量與皮帶速度的乘積即為實際給煤率，然后根據請求給煤率和實際給煤率的偏差，采用常規(guī)PID控制調節(jié)給煤機馬達轉速，最終實現(xiàn)系統(tǒng)煤量調節(jié)，同時也實現(xiàn)發(fā)電功率調節(jié)。
2.2 系統(tǒng)工作方式
(1) 遙控方式
遙控方式是給煤機控制系統(tǒng)主要的工作方式，所謂的“遙控”是相對DCS主控室而言，也就是說給煤機在該工作方式下接受來自DCS主控室的控制信號實現(xiàn)煤量控制，控制信號主要有給煤機的啟動停止信號和請求給煤率信號。當操作人員選擇“遙控方式”時，給煤機按用戶請求的給煤率實現(xiàn)恒流量控制。
(2) 停止方式
使給煤機停止工作，有兩種方法：其一，就是主控室發(fā)出一個給煤機停止信號；其二就是在就地控制柜的觸摸屏上選擇“停止方式”。給煤機的停止方式主要是為了實現(xiàn)在該工作方式下的“校驗皮帶稱”的工作。當操作人員選擇“停止方式”時，給煤機先停止運行，然后用戶可以選擇“校驗皮帶稱”等功能進行相關操作。
(3) 就地方式
就地方式是一種就地調節(jié)給煤機轉速的工作方式，在該工作方式下，系統(tǒng)不接受來自DCS主控室的控制信號。當操作人員選擇“就地方式”時，給煤機按現(xiàn)場設定的速度運行。該方式作為校驗系統(tǒng)轉速變頻控制功能是否正常的一種方式。
圖1 給煤機系統(tǒng)原理圖
3 控制系統(tǒng)設計
3.1 系統(tǒng)基本組成
該控制裝置主要由PLC、NT（工業(yè)觸摸屏）、變頻器、重量檢測機構、給煤機馬達轉速檢測機構及各種執(zhí)行機構等組成，控制系統(tǒng)組成結構如圖2所示。
圖2 系統(tǒng)組成框圖
可編程控制器PLC采用日本OMRON公司的CQM1H，CPU模塊為CQM1H-CPU51，該CPU模塊自帶16個輸入點，包括了3個高速計數脈沖輸入；另外加1個DI模塊CQM1H-ID211，2個DO模塊CQM1H-OC221，1個4點A/D轉換模塊CQM1H-AD041，1個4點D/A轉換模塊CQM1H-DA021及相應供電模塊，以滿足輸入/輸出點數及模擬量輸入要求。變頻器采用日本安川公司的YASKAWA Varispeed G7系列3.7kW變頻器，該變頻器具有操作簡單、體積小、功能全面、抗干擾強、變頻效果好等特點。
NT是與PLC配套使用的設備，它具有操作簡單、界面美觀直接、與PLC通訊良好、抗干擾能力強的特點，是一種取代控制面板和鍵盤的智能操作顯示器，用于設置數據、顯示參數、以動畫等形式顯示自動控制過程；作為PLC的人機界面，一方面擴展了PLC的功能，組成交互式工作界面的獨立系統(tǒng)，另外一方面也可以大大減少操作臺上按鈕、開關儀器等使用數量，使PLC外圍電路更簡單。本系統(tǒng)選用OMRON公司的NT631C，它與PLC配套使用，實現(xiàn)各種開關量輸入、系統(tǒng)參數設定、修改及各種工作狀態(tài)顯示，它通過RS-232與PLC通訊。
3.2 PLC程序設計
給煤機控制主要有遠控方式下的流量PID調節(jié)，就地方式下轉速調節(jié)，停止方式下的給煤機的校驗等，根據生產工藝要求，考慮操作方便及安全可靠性，采用模塊化程序設計，系統(tǒng)程序結構如圖3所示。
圖3 程序原理框圖
給煤機的流量PID調節(jié)是根據實際給煤率和請求給煤率的偏差進行PID調節(jié)，實際給煤率的計算精度將直接影響到給煤機控制系統(tǒng)的調節(jié)精度，因此實際給煤率的計算非常重要。系統(tǒng)稱重傳感器稱重的有效范圍是91.44cm，也就是說稱重傳感器檢測出的稱重信號值是91.44cm長度內的重量，如果不加處理進行累加必然出現(xiàn)重復累加，所以必須把91.44cm長度內的稱重重量先轉化為單位長度的重量，然后才進行累加。具體做法是先將每個掃描周期所累計的稱重重量除以91.44cm所對應的齒輪脈沖數，得出單位脈沖所對應的重量，然后再乘以單位時間所對應的脈沖數即得到實際給煤率。
3.3 NT設計
NT631C是一個小型多功能5英寸的全屏幕顯示面板，屏幕為320×240點，防水、防振動、防反光，可以在惡劣環(huán)境下運行。它通過本身具有的RS－232以直接連接方式與PLC或個人計算機通訊，在計算機上通過它的支持軟件NTST3.3C設計各個控制及說明畫面，下載到觸摸屏后，再通過與PLC的通信來完成。
屏幕的軟件框圖如圖4所示。兩類畫面之間的切換由箭頭的方向表示，可有兩種方式切換，一是設置功能鍵，兩屏幕之間直接切換，不經過PLC；二是設置開關鍵，由PLC控制切換。
圖4 觸摸屏軟件框圖
(1) 初始畫面：
顯示本控制系統(tǒng)名稱；
(2) 參數設置：
包括就地控制轉速、校驗掛碼重量、PID調節(jié)參數、各報警的時間參數及報警值的設置。在每一個參數設置畫面都有輸入鍵盤，每個鍵盤都為觸摸鍵，用戶可直接輸入數據，這些數據被放入NT631C的數據表中，通過通信再送至PLC的數據寄存區(qū)，PLC程序運行時就會調用這些參數。為了保證系統(tǒng)參數的安全，進入“參數設置”項必須輸入密碼，密碼輸入正確才能進入設置或者修改參數，當然密碼隨時可以修改。
(3) 運行：
包括運行操作和運行狀態(tài)的顯示，運行中所有的操作都通過觸摸屏完成，其中包括運行方式的切換，系統(tǒng)功能的選擇都是通過觸摸屏實現(xiàn)；當然運行操作按鈕也同樣是設置了密碼的權限保護，避免其它人等的誤操作。狀態(tài)顯示包括了系統(tǒng)中所有的重要參數，如請求給煤率、實際給煤率、實際轉速、給煤機馬達電流等。
(4) 報警歷史：
報警歷史可以顯示多達256條報警記錄，用于幫助分析系統(tǒng)出現(xiàn)的問題。
3.4 變頻器參數設置
在該控制系統(tǒng)中，變頻器接受遠方模擬量端子輸入控制，也就是說PLC輸出模擬量轉速控制信號到變頻器，由變頻器來完成變頻控制給煤機馬達。其中主要參數設置如表1，其余參數按出廠的默認設置。
表1 變頻器參數設置
4 結語
本系統(tǒng)自2003年11月投入運行以來，運行穩(wěn)定，狀況良好，顯示、控制功能正確，大大提高系統(tǒng)控制精度和穩(wěn)定性，為管理人員、操作人員帶來了極大的方便。特別是本系統(tǒng)投資少，實用性強，在實際應用中取得了良好的效果。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號