摘要：文章結(jié)合作者的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，介紹采用西門子稱重積算儀BW500改造給煤機(jī)控制系統(tǒng)并解決應(yīng)用問題的過程，同時也介紹了BW500產(chǎn)品的性能特點(diǎn)。
　　
　　關(guān)鍵詞：給煤機(jī)積算儀PID控制
　　
　　制粉系統(tǒng)是燃煤火力發(fā)電廠的重要組成部分，其運(yùn)行的好壞直接影響鍋爐運(yùn)行的安全與經(jīng)濟(jì)性。而在所有影響制粉系統(tǒng)運(yùn)行的條件中，如何保障給煤機(jī)的長期穩(wěn)定工作又是一件看似簡單，但又要經(jīng)常面對的問題，同時也是選擇性能的給煤機(jī)控制系統(tǒng)也是解決電廠節(jié)能降耗主要手段之一。
　　
　　一、概述
　　
　　通?；痣姀S燃料費(fèi)用約占發(fā)電成本的75~80%，節(jié)能降耗也是火電廠需要急需解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。近年來，各火電廠新建的機(jī)組幾乎全部采用皮帶稱重式給煤機(jī)，越來越多的電廠也開始對已有的老機(jī)組的給煤機(jī)進(jìn)行改造，以替代原有的振動給煤機(jī)或刮板給煤機(jī)，以及低端的稱重給煤機(jī)。
　　
　　內(nèi)蒙古豐泰發(fā)電有限公司#1200MW機(jī)組于2001年12月28日“168小時”試運(yùn)成功，步入生產(chǎn)經(jīng)營期。豐泰發(fā)電廠在實(shí)施西部大開發(fā)、西電東送戰(zhàn)略的同時，也對保證內(nèi)蒙古自治區(qū)供電和經(jīng)濟(jì)發(fā)展、乃至增強(qiáng)電網(wǎng)供電能力，增加向北京送電潮流均起著重要的作用。
　　
　　二、問題的提出
　　
　　內(nèi)蒙古豐泰發(fā)電有限公司1#機(jī)組給煤機(jī)控制系統(tǒng)是隨國產(chǎn)給煤機(jī)配套的控制設(shè)備，近年來，給煤機(jī)發(fā)生多次保護(hù)誤動作跳閘或給煤機(jī)啟動故障，造成磨煤機(jī)的停運(yùn)或啟動延誤，影響了機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，無法適應(yīng)機(jī)組的自動化控制要求。
　　
　　原控制系統(tǒng)的9224控制器（包含I/O板）為國產(chǎn)給煤機(jī)生產(chǎn)廠自行開發(fā)的給煤機(jī)儀表，其本身具有流量PID控制功能，同時又固化了I/O邏輯控制功能，但用戶無法自行更改其控制邏輯，導(dǎo)致在某些情況下出現(xiàn)系統(tǒng)不穩(wěn)定并經(jīng)常誤動作停機(jī)的現(xiàn)象，同時帶來了另外一個問題：系統(tǒng)的維護(hù)量較大，基層工作人員對此意見很大。
　　
　　三、改造方案
　　
　　3.1稱重式給煤機(jī)的工作原理
　　
　　用傳送皮帶傳送的給煤質(zhì)量都可以用下面方程（1）表示
　　
　　其中，Q:在0～t1時間內(nèi)傳送的質(zhì)量，kg；q:瞬時給煤速度，kg/min；W:單位長度上給煤質(zhì)量（裝料密度），kg/m；v:皮帶速度，m/min。
　　
　　皮帶進(jìn)給距離[l]和皮帶進(jìn)給速度[v]的關(guān)系式是：l=vt,如果t=0時l=0則在t1時刻皮帶的進(jìn)給距離為l1=vt1。因此，上面的方程（1）可以轉(zhuǎn)換成下面方程（2）形式：
　　
　　方程（2）關(guān)系式表示圖1中A、B、C所包圍的面積就是皮帶傳輸?shù)馁|(zhì)量。　　
　　注：W=f（l）:任意進(jìn)給量[l]處的裝煤密度，Wdl：微元進(jìn)給量（dl）傳輸?shù)馁|(zhì)量。
　　
　　從上面所述可以清楚地看到，測量傳輸質(zhì)量時，必須先測定瞬時裝煤密度和此時刻皮帶的微元進(jìn)給距離，然后將測量值作為輸入信號輸入到具有乘法和積分功能的計算設(shè)備中，給煤機(jī)可以主要分為四個部分，即裝煤檢測器、皮帶進(jìn)給量檢測器、綜合控制器和驅(qū)動單元。
　　
　　從稱重式給煤機(jī)的工作原理可以看出，除了稱重給料機(jī)的稱重傳感器及稱重測量部分所采用的結(jié)構(gòu)原理之外，具有乘法和積分功能的計算設(shè)備（稱重積算儀）的性能對整個給煤機(jī)控制系統(tǒng)的性能穩(wěn)定、控制以及長期可靠運(yùn)行起著關(guān)鍵作用。
　　
　　3.2方案的選擇
　　
　　一般地講，給煤控制配料所用的稱重給料機(jī)的控制器分為三種模式：單機(jī)控制器、機(jī)組控制器、PLC型控制器。
　　
　　單機(jī)控制器一般采用和皮帶秤配套的帶控制功能的積算儀或采用以單片機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的控制器來實(shí)現(xiàn)，優(yōu)點(diǎn)是配置靈活，與稱重給料機(jī)一一對應(yīng)使用，一臺設(shè)備出現(xiàn)故障不影響其他設(shè)備工作，屬于分布式控制；缺點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)的功能受到限制，經(jīng)常需要配其他控制系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的控制功能。
　　
　　機(jī)組控制器是以PC總線工控機(jī)為基礎(chǔ)，優(yōu)點(diǎn)是功能*，操作直觀方便，屬于集中控制；缺點(diǎn)是系統(tǒng)可靠性不高，目前采用這種方式的廠家并不是很多。
　　
　　PLC型控制器是以PLC這種目前在工業(yè)生產(chǎn)中普遍采用的控制設(shè)備為硬件，通過軟件組態(tài)實(shí)現(xiàn)配料的功能。優(yōu)點(diǎn)是：組態(tài)方式靈活、通訊方式多樣、性價比很高，特別適合多臺稱重給料機(jī)共同組成較大型的配料系統(tǒng)的應(yīng)用；缺點(diǎn)是：目前很多公司采用PLC的I/O輸入功能直接接受來自稱重傳感器的模擬量信號，不僅精度很差，而且抗*力很弱，在有些單位還出現(xiàn)過系統(tǒng)整體失控的嚴(yán)重事故。
　　
　　BW500積算儀是為皮帶秤和稱重給料機(jī)設(shè)計的功能*的積算儀，真正的雙PID功能可用于稱重給料機(jī)的流量控制，可控制恒定載荷或給料量。
　　
　　★具有技術(shù)的雙稱重傳感器（zui多四個傳感器）平衡功能，能排除不均勻側(cè)向負(fù)荷的影響，不需傳感器匹配機(jī)械平衡；
　　
　　★具有在線標(biāo)定、批量處理、濕度補(bǔ)償、傾斜補(bǔ)償?shù)裙δ埽?br />　　
　　★雙路PID調(diào)節(jié)功能，可以根據(jù)不同的工藝需要設(shè)定PID的響應(yīng)時間和調(diào)節(jié)范圍；
　　
　　★有效地解決傳感器的特性匹配問題,相比于外接電位器,可以顯著提高系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性。
　　
　　★通過BW500的配置設(shè)定，可以實(shí)現(xiàn)多達(dá)7種不同的PID控制功能組合，基本上滿足水泥行業(yè)應(yīng)用的要求。
　　
　　3.3系統(tǒng)改造方案的確定

　　
　　經(jīng)雙方工程技術(shù)人員的多次技術(shù)交流，以及我司以往給煤機(jī)改造的成功應(yīng)用案例，本次改造稱重及閉環(huán)調(diào)節(jié)部分選用了西門子公司的BW500積算儀控制器，邏輯控制部分選用了西門子S7-200系列PLC。
　　
　　對于該部分的改造，我們采用西門子*的流量積算儀BW500及具有邏輯編程功能的西門子S7-200PLC控制器。其中BW500執(zhí)行流量PID調(diào)節(jié)功能，根據(jù)集空室給定的給煤率信號（4-20mA），通過PID輸出（4-20mA）控制變頻器的頻率輸出，進(jìn)而將給煤流量控制在一個恒定的值。S7-200PLC控制器主要負(fù)責(zé)電氣邏輯控制及保護(hù)回路，因其具有靈活的編程、擴(kuò)展功能，可靈活方便的對電氣控制及保護(hù)回路進(jìn)行修改，較原系統(tǒng)的電氣回路，其接線簡便、維護(hù)方便，極大的提高了系統(tǒng)的可靠性。
　　
　　功能上控制系統(tǒng)由兩大部分構(gòu)成：稱重閉環(huán)調(diào)節(jié)部分；邏輯控制及保護(hù)部分；
　　
　　稱重閉環(huán)調(diào)節(jié)部分：
　　
　　該功能區(qū)主要完成動態(tài)稱重、根據(jù)給定信號進(jìn)行PID調(diào)節(jié)從而控制給煤率。是給煤機(jī)控制系統(tǒng)的核心部分，決定著給煤機(jī)系統(tǒng)的給煤精度。稱重閉環(huán)控制回路部分由積分儀表（西門子BW500）、變頻器（三菱E500）、交流調(diào)速電機(jī)、及稱重傳感器和速度傳感器構(gòu)成。稱重系統(tǒng)通過稱重傳感器測量出皮帶上物料的重量信號（mV）,該重量信號（mV）經(jīng)過儀表標(biāo)定后成線性的表示為載荷信號kg/m。通過安裝在皮帶電機(jī)處的測速傳感器測量出皮帶的速度，該信號原始為脈沖信號，經(jīng)儀表標(biāo)定后成線性的表示為速度信號m/s。以上兩個信號相乘便得到皮帶上物料的瞬時流量：Rate（t/h）=Load（kg/m）*Speed（m/s）*3.6瞬時流量與給定量進(jìn)行比較，并通過PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使之以恒定的給料量給料。
　　
　　稱重及閉環(huán)控制原理圖如下：　　
　　邏輯控制及保護(hù)部分：
　　
　　該功能區(qū)主要完成給煤機(jī)皮帶電機(jī)、風(fēng)扇電機(jī)及清掃電機(jī)的啟停動作，同時根據(jù)各種故障報警信號進(jìn)行邏輯跳閘保護(hù)動作。決定著給煤機(jī)是否能夠安全可靠的運(yùn)行。邏輯控制及保護(hù)部分以西門子S7-200為控制中心?？刂菩盘柤皥缶盘柦?jīng)邏輯處理后進(jìn)而控制給煤機(jī)的運(yùn)行。控制功能主要包括：給煤機(jī)的遙控/停止/就地控制；正反轉(zhuǎn)控制；清掃電機(jī)的自動/停止/手動控制。
　　
　　四、使用效果
　　
　　改造后，稱重系統(tǒng)較原系統(tǒng)給煤精度更高，控制更穩(wěn)定。從投產(chǎn)至今已經(jīng)連續(xù)*工作半年，得到了用戶的高度贊揚(yáng)。本次改造充分證明了西門子BW500積算儀表*的技術(shù)性能。同時，也給了我們一些啟示：盡量選擇*的可靠的產(chǎn)品，既可以大大提高電廠工作效率，減少故障率和維護(hù)工作量，同時也是實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)。