摘 要：本文介紹了基于給煤機(jī)的工藝過程設(shè)計出給煤機(jī)的控制系統(tǒng)。文中說明了該系統(tǒng)如何使用控制器、變頻器及PLC實現(xiàn)對給煤機(jī)給煤量的精確控制。經(jīng)應(yīng)用證明該系統(tǒng)具有很好的控制性和可靠性。
關(guān)鍵詞：給煤機(jī)；控制器；變頻器；PLC

1. 引言

給煤機(jī)是煉鐵廠中重要動力設(shè)備, 主要任務(wù)是均勻、連續(xù)、定量地給煤到磨煤機(jī)中, 并且可以在輸送過程中對煤連續(xù)稱重, 同時根據(jù)燃燒系統(tǒng)需求的煤量信號, 隨時調(diào)節(jié)給煤量。電子稱重式給煤機(jī)控制柜是武鋼煉鐵廠煙煤一期給煤機(jī)的配套控制設(shè)備，在整個給煤機(jī)的運(yùn)行、維護(hù)過程中，起著重要作用。給煤機(jī)控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)在運(yùn)行過程中對燃煤進(jìn)行精確計量，并根據(jù)人工設(shè)定值和燃燒控制系統(tǒng)的反饋信息控制給煤率，自動調(diào)整皮帶的行進(jìn)速度，


圖1 給煤機(jī)控制系統(tǒng)工藝圖
以調(diào)節(jié)給煤量，使輸送入鍋爐的燃煤與所需燃料相匹配，從而達(dá)到理想的經(jīng)濟(jì)效益及管理效果。圖1為給煤機(jī)控制系統(tǒng)工藝圖。從煤倉原煤斗，經(jīng)原煤斗閥門，落至傳送皮帶上的煤，通過皮帶輸送至落煤斗，再經(jīng)落煤斗閥門控制，落入磨煤機(jī)中。

2. 給煤機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 給煤機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理

給煤機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理是測量皮帶上單位長度的煤重q（kg/m）和皮帶的行進(jìn)速度V（m/s），兩者相乘得出實際的給煤率。把實際的給煤率對時間t（s）進(jìn)行積分,得到實際的給煤量。控制器不斷將實際的給煤率與人工鍵入或遠(yuǎn)距離遙控輸入的4～20mA 給煤率的設(shè)定值相比較后經(jīng)PID 運(yùn)算,自動調(diào)節(jié)輸送皮帶速度,達(dá)到精確的給煤率。

如圖2 所示給煤量：


其中：t0，t1是煤從輸送皮帶X0到X1通過的時間；q·v 為給煤率。


圖2 稱重原理圖
2.2 控制系統(tǒng)的構(gòu)成

本控制系統(tǒng)的硬件設(shè)備主要由西門子S7-300的PLC，富士變頻器FRN3.7G11S-43.7KW，MT2105數(shù)字型給料機(jī)控制器，重量檢測機(jī)構(gòu)，給煤機(jī)馬達(dá)轉(zhuǎn)速檢測機(jī)構(gòu)及各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成。控制系統(tǒng)各主要組成結(jié)構(gòu)間的接口及信號傳送如圖3所示：

圖3. 控制系統(tǒng)各主要組成結(jié)構(gòu)間的接口及信號傳送情況
本控制系統(tǒng)的核心是拉姆齊2105給煤機(jī)控制器，是專用于稱重皮帶給料機(jī)的。它內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器可以根據(jù)設(shè)定的給煤率給定值。由圖3可知，控制器發(fā)出皮帶速度給定信號給變頻器的端口11、12、13來調(diào)節(jié)皮帶驅(qū)動電機(jī)的速度，并對給煤控制系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)（如給煤量，給煤率等）進(jìn)行計量、統(tǒng)計，并顯示出來方便使用。

變頻器主要用于各種變頻調(diào)速驅(qū)動裝置，尤其適用于水泵、風(fēng)機(jī)和傳送皮帶系統(tǒng)的驅(qū)動裝置。它具有模塊化的設(shè)計。操作面板和通訊模塊可以不使用任何工具，非常方便的進(jìn)行更換。變頻器接收到給煤機(jī)控制器的4～20mA速度給定信號后，根據(jù)該信號來相應(yīng)調(diào)節(jié)皮帶驅(qū)動電機(jī)的運(yùn)行速度，以達(dá)到調(diào)節(jié)給煤率的目的。同時，根據(jù)萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)的狀態(tài)信號及PLC的皮帶啟/停信號，發(fā)出其工作/故障信號給PLC。

本系統(tǒng)采用的西門子S7-300系列PLC，圖3中只將PLC與變頻器及控制器間的信號傳送情況畫出。它有30個輸入點，24個輸出點。PLC程序根據(jù)輸入的各控制信號做出相應(yīng)的輸出給控制器、變頻器、繼電器等其他器件。具體的程序設(shè)計思想可見文中3.2部分。

2.3 系統(tǒng)的工作方式（結(jié)合WZK1）

該系統(tǒng)有五種工作方式即萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)WZK1的五種狀態(tài)：備用（就地備用手操），手操（遠(yuǎn)方手操），運(yùn)行（就地運(yùn)行），遙控（遠(yuǎn)方遙控），停止（就地）。下面將其中的幾種工作方式進(jìn)行詳細(xì)的介紹：

（1） 就地備用手操及遠(yuǎn)方手操

當(dāng)給煤機(jī)控制系統(tǒng)中的PLC或者計值器失效時，可使用控制柜面板上的電位器（萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)WZK1撥到“備用”位置）或集控室給定的4～20MA電流信號（萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)WZK1撥到“手操”位置）直接調(diào)節(jié)皮帶速度。此時控制柜的控制系統(tǒng)脫離控制。

（2） 就地運(yùn)行

當(dāng)集控室發(fā)出一個給煤機(jī)啟動信號且控制柜急停按鈕沒有按下，也無保護(hù)停機(jī)信號時，給煤機(jī)將被啟動，然后判斷是就地方式或是遠(yuǎn)方方式進(jìn)入不同的運(yùn)行方式。

（3） 遠(yuǎn)方遙控方式

遙控方式是給煤機(jī)控制系統(tǒng)主要的工作方式，所謂的“遙控”是相對集控室而言，也就是說給煤機(jī)在該工作方式下接受來自集控室的控制信號實現(xiàn)煤量控制，控制信號主要有給煤機(jī)的啟動停止信號和請求給煤率信號。當(dāng)操作人員選擇“遙控方式”時，給煤機(jī)按用戶請求的給煤率實現(xiàn)恒流量控制。

（4） 停止方式

使給煤機(jī)停止工作，有兩種方式：其一，就是正常停機(jī)，集控室發(fā)出一個給煤機(jī)停止信號逐漸停皮帶，給煤率逐漸降為零，停清掃鏈，進(jìn)入停機(jī)態(tài)；其二就是急停，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)報警或緊急狀況時，按下控制柜上的“急停”按鈕，則給煤機(jī)上的截門被關(guān)上。

3. 控制系統(tǒng)的控制流程

程序設(shè)計的基本思想如圖4所示：


圖4.控制系統(tǒng)程序流程圖
4. 結(jié)論

電子稱重式給煤機(jī)控制柜是武鋼煉鐵廠煙煤一期給煤機(jī)的配套控制設(shè)備，在整個給煤機(jī)的運(yùn)行、維護(hù)過程中，起著重要作用。本系統(tǒng)可以實現(xiàn)在運(yùn)行過程中對燃煤進(jìn)行精確計量，并使輸送入鍋爐的燃煤與所需燃料相匹配，從而達(dá)到理想的經(jīng)濟(jì)效益及管理效果。本系統(tǒng)采用最新的、先進(jìn)的控制設(shè)備，使控制系統(tǒng)具有良好的設(shè)備完好率和使用率，從而確保生產(chǎn)線的正常、安全運(yùn)行。

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