西门子6ES7277-0AA22-0XA0技术支持

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本文介绍火力发电厂输灰系统的工作流程和控制要求，仓泵正压气力输送技术开始在国内的运用，进一步促进了国内电厂粉煤灰气力输送技术的发展。气力输送系统的输送距离、输送浓度、系统出力和设备的制造工艺及自动化水平得到加强和提高。对于仓泵的输灰控制采用OMRON公司的C200H可编程序控制器,在火力发电厂的输灰控制系统中的应用，实现了对仓泵得进料，进气，排气，出料等过程的计算机控制。本文给出了具体的实施方案，由该装置所构成的控制系统运行正常，其综合效益十分明显。

【关键词】C200H 可编程序控制器 发电厂 输灰系统 控制

    锅炉除灰系统由两台三电场除尘器、十二台电动锁气器、两台饲料机、两台斜槽风机、四台仓泵、三台空压机、一个灰库及连接管路组成。
    火力发电厂输灰流程：电除尘器灰斗→锁气器→斜槽→饲料机→仓泵→灰库→灰场，从除尘器灰斗至灰库部分具体输灰程序为：在仓泵泵体内无压力的情况下，打开进料阀和放气阀（有仓泵导电除尘器灰斗，以保证仓泵内空气的排放）、启动锁气器，把电除灰尘灰斗内的灰料经锁气器 斜槽→饲料机→进料阀送入仓泵内，当泵内的灰料到达一定的程度时，停止锁气器运转，关闭进料、放气器两阀，打开出料阀，再开进风阀，利用压缩空气将泵内的灰料通过输灰管道至灰塔。然后再进行料放气，周而复始，完成将电除尘器分离出的灰送至灰库塔的任务。该系统在整个生产过程中具有重要的作用，正常运行时能确保锅炉燃煤烧后产生的输灰及时的输送出去。
    在仓泵输灰控制过程中有大量连锁及闭锁。如：①在仓泵体仍有余压得情况下就只能开放气阀降压而禁止开进料阀，进料和放气两阀未关闭时则禁止打开进风阀，以防止返灰；②在灰管压力较允许值高时则闭锁打开出料阀和进风阀，以防灰管堵塞或堵塞故障变大；③在空气母管压力较低时闭锁打开进风阀，防止堵管；④在进风阀未关闭时，闭锁大开放气阀和进料阀；⑤当仓泵内的灰料高度已达到预定位置、同侧的另一台仓泵不再出料状态且空气母管压力已达到规定值时，连锁打开出料计进风阀进行出料；当空气母管压力降到规定值后，连锁关闭进风、出料阀，停止出料；另外还者有阀门故障检测系统，当一阀门从全关位置到全开位置或从全开位置到全关位置的动作时间过一定时间值时，则发出声报警信号，提醒运行人员，该阀门已卡，应立即进行处理。
1 仓泵除灰控制系统的工作原理
    除灰系统是利用压缩空气将干灰沿除灰管道输送至灰库或中转仓，输送空气压力较高，输送距离较长。进料阀由锥阀，连杆和活塞开关等部分组成，当活塞缺的活塞被气压推至上部时，连杆带动摇臂杆使锥阀落下，进料阀开启；反之，当活塞开关的活塞处于下部时，靠活塞开关内的弹簧的压力把锥阀推至上方，并与橡胶圈压紧，此时进料阀处于关闭状态。
    进气阀是由阀上的上下气流压力差与弹簧之间平衡作用维持一定的开度让一定量的压缩空气进去缺体，使缺体内物料气化后，借缸体与管道的压差，将气化的物料送至输送管道。
    仓泵工作时，按下启动按钮，系统投入运行，排气阀打开，通过时间继电器的延时：延时时间到，进料阀打开，进料此时也是通过一个时间继电器来计量何时料满：料满延时时间到，就关闭放气阀与进料阀。此时生产应转入下一过程，当仓泵压力达到一个给定值时，仓泵就应进行出料的生产过程。此时进气阀与出料阀都打开，出料延时时间继电器开始延时，出料完，及出料延时时间到，关进气阀与出料阀，生产自动切换到进料过程，开放气阀，然后开进料阀，如此循环往复的进行生产。

2 电厂目前仓泵除灰系统状况
    某火力发电厂号机组的输灰控制系统由于设计及设备等方面的不同，程度的存在一些问题，致使该系统自投入运行以来，运行状况一直不太理想，主要存在以下问题。
2．1仓泵没有料位计
    该系统原来配置的料位计（电容式料位计）性较差，不能准确的测量出仓泵内料位，故当时在调试是就由时间继电器来代替料位计，使运行人员再不十分清楚的情况当前仓泵内的灰料量的情况下，简单的根据时间来操作，从而因操作失误，控制失灵等经常造成系统堵管，泄漏的问题，影响生产。

2．2仓泵控制系统设计不合理
    原来设计的控制系统是由中间继电器和时间继电器构成的，即继电器控制系统，这种系统在运行时所表现出来的问题是：继电器经常因周围环境中较多灰尘而接触不良，从而是整个系统不能正常工作，其次因控制柜，操纵台内以及相互之间的连接电缆，电线非常多，也造成了设备的故障，维护工作量大，维护费用高等问题。

2．3 电除尘器灰斗料位设计选型不合理
    不利于节能降耗，原来电除尘器灰斗装置设备的料位计为堵转式料位计并只供监视用，而且基本上都不能正常运行，无法提供有效信号，这就造成岗位操作人员在不了解的情况（灰斗真实料位的情况），只能凭感觉，凭经验操作，以至于出现灰斗已经基本无料，而操作人员却开动设备出料的情况，从而所气器，饲料机及仓泵的设备底效率运转，对设备及能源造成大的浪费。
    为了克服以上缺陷，保证系统稳定的运行，保护环境以及节能降耗等方面的考虑，对该机组进行了技术改造，由PLC构成控制系统，采用电动锁气器。电动锁器是一种通用供料设备，常安装与锅炉除尘器灰斗和物料发送装置之间，作为气力除灰系统的前置给料设备，或者安装在储灰库或中转灰库的卸灰口处，作为后续输送设备的给料设备。

3 仓泵改造后的功能要求
    改造后应使该系统具有手动运行方式和自动运行方式，手动运行的功能是根据系统状况来人为地操作相应的设备。

3.1手动运行方式

3．3．1合上甲(乙)侧仓泵控制电源开关。

3．1．2 将甲(乙)侧仓泵手/自动运行方式选择开关打到手动位置。

3．1．3将甲(乙)侧电除尘器灰斗锁气器手/自动运行方式选择开关打到手动位置。

3．1．4 开启对应仓泵进料阀开始进料,排气指示灯亮。

3．1．5 根据电除尘器灰斗料位情况,启动灰斗锁气器运行(注:当本次需启动的后一台锁气器完成启动过程后,仓泵进料延时开始计时;此后在本次进料延时过程中不得启停锁气器,否则将重新开始计时,易发生满罐故障)。

3．1．6 料满指示灯亮或进料时间(根据设备运行情况暂定为:单台锁气器运行,进料时间为7分钟；两台锁气器运行,进料时间为3分钟；三台及以上台数的锁气器运行,进料时间为1.5分钟)到,将运行锁气器停止运行(注:进料延时从后一台锁气器启动完成后开始计时) 。

3．1．7 锁气器停止运行后,要求间隔5秒钟后再关闭进料阀及放气阀。

3．1．8 进料阀和放气阀关闭后,要求至少间隔10秒钟后再进行出料。

3．1．9 在空气压力满足要求(≥0.55MPA)的情况下,开启进风阀进行出料,进风指示灯亮,料满指示灯灭。

3．1．10 当空气压力降到规定值(0.12MPA)后,完成出料,关闭进风阀,进风阀关闭后至少15秒钟方可开启进料阀。此后就进入了下一循环。

3.2 自动运行方式

自动运行的功能为：该厂的除尘器甲、乙侧各有一套仓泵自动输灰控制系统，甲侧自动输灰系统同时控制1号、号仓泵自动运行，乙侧自动输灰系统同时控制3号，号仓泵自动运行，只有甲（乙）侧两台仓泵均能正常运行的情况下仓泵方可投入自动运行。自动运行时系统选择号（或号）仓泵进，出料，然后是号（或号）仓泵进出料，如此交替反复进行，当锁气器投入自动的灰斗低灰位、中灰位灯同时亮后，系统才能自动启动对应灰斗锁气器运行，并保持到该灰斗料位降到低位以下才禁止其自启动，当灰斗的灰位上升到中位以上时，该灰斗降被记忆，以备控制锁气器用。当仓泵料满或进料时间到，自动停止运行锁气器，关闭仓泵进料阀，开启仓泵允许进料时间为7分钟（在调试的时候，该时间可做适当修改，以满足生产的要求）。当有两台灰斗满足选择时，仓泵允许进料时间3分钟（在调试是该时间可以修改，以满足生产的要求）。当有3台及以上灰斗满足选择条件时，仓泵允许进料时间为1.5分钟（再调试时，该时间可做适当修改，以满足生产的要求）自动输灰系统开始计时后，如有其他灰斗有满足输灰条件，其灰斗锁气器不会自动启动，只有到下一轮循环才参加输灰选择。

改造系统后采用双仓泵的主要功能是通过两台单仓泵的交替装料和出料实现物料的连续输送，双仓泵的控制系统包括仓泵指示机构，压缩空气控制管路等，由它们来控制执行仓泵的装料及送料，两台单仓泵的交替出料控制，出料阀具有两个进料口和一个出料口，通过切换阀芯将两台单仓泵的出料管与出灰管交替接通。当一台处于出料状态时，另一台处于进料状态。

双仓泵的控制系统包括仓满指示机构，压缩空气控制管路等。由他们来控制执行仓泵的装料及送料。两台单仓泵的交替出料阀控制。出料阀具有两个进料口和一个出料口，通过切换阀芯将两台单仓泵的出料关于出灰管道交替接通。 火电站除灰工艺流程图1

3.3 改造方案

根据存在的问题和实现的功能，结合现有的技术能力，该厂技术人员通过研究讨论和论的出如下改造方案。

问题的---控制系统部分用OMRON公司的C200H系列可编程序控制器PLC来代替中间（时间）继电器，因为PLC是一种新型通用的自动控制装置，它将传统的继电器技术，计算机技术和通讯技术融为一体，是专门为工业控制而设计的，具有功能强，通用灵活，性高，稳定性好，抗干扰能力强，编程简单，使用方便及体积小，重量轻，功耗低等一系列优点，它对环境的要求比较低PLC的工作环境温度为温度为储藏温度为相对温度为5%--95%。空气的条件周围不能有可燃性，易爆性，腐蚀性的气体。因此选择它作为本系统改造后的控制，既可以达到降低系统的故障，维护费用和维护工作量减少，保证系统稳定运行的目的，有可以灵活配置所需要的模块，大限度的限制投资，减少备用备件。

将仓蹦泵体的料位计（电容式）该用美国DREXLBROOK公司的射频导纳点位计，这样在料位即的前提下，就可以将仓泵控制系统改为以料位为主，时间延时为辅的控制系统，保证操作人员在正常情况下能够根据料位情况操作设备，这样既减少了设备的损耗，有节约了能源，达到提高设备效率，节能降耗的目的。

在电除尘器上增设FM型负压式膜片开关料位计,该料位计输出两对开关量信号，其中一对送到输灰控制系统作为作用，另外一对送到监视系统（料位指示灯），作为运行操作人员监视灰斗料位用。

对仓泵，饲料机，锁气器以及电除尘器灰斗料位等设备或参数之间的连（闭）锁系统进行修改，完善，是仓泵短时间不工作（除灰）时，饲料机，锁气器等设备也不运行，当电除尘器灰斗内的料位预定位置是系统不进行除灰作业，保证系统始终在率下运行，减少或杜绝设备不必要的消耗，这些都可以到达节能降耗的目的。

总而言之，本次技术改造主要是利用可编程序逻辑控制器（PLC）作为控制系统的部件，外围利用除尘器灰斗料位计，仓泵料位计，及有关设备（仓泵，饲料机，锁气器等）的运行状态吹灰空气母管压力等作为输出信号；输出控制仓泵进/出灰，锁气器，饲料机以及空压机负荷等设备或参数。

4 PLC的输入输出的点分配

根据控制的要求，所选择的输入继电器的编号为：00400～00411、00500～00511、00600～00611、00700～00714，输入继电器是PLC接受外部输入设备开关信号的接口，所以这些端口与按钮、反映设备状态的信号相连；输出继电器的编号为01200～01206、01300～01309、01400～01409、01500～01507、01600～01607、01700～01707，输出继电器的输端是PLC向外部负载传送信号的接口，所以这些端口用来控制指示灯、电磁阀。具体的I/O分配如表1所示。

5 调试控制系统运行结果

通过PLC技术改造，设备的自动化水平和工作效率得到了提高。通过了长时间的运行情况来看，设备运行正常，维护、检修工作量减少，大大降低了维护检修费用；能准确测量仓泵的料位，是运行人员能准确掌握仓泵的运行状态；对电除尘器灰斗的操作也可以根据有效的信号进行，提高锁气器、饲料机及仓泵等设备的运行效率，降低了设备的损耗及能源的浪费；保证了整个系统按工艺要求正常运行，达到了预期的目的。

可编程序控制器的输入、输出点分配表
1号～12号灰斗料位低位：00400～00411
甲、乙侧自动指示：01200～01201
3号仓泵出料控制（指示）：01403～01404
1号～12号灰斗位中位：
00500～00511
1号～4号灰管堵报警器：
01202～01205
4号仓泵进料控制（指示）：
01405～01406
1号～12号锁气器运行：
00600～00611
音响报警器输出：01206
4号仓泵料满指示：
01407
1号～2号空气母管压力高：00700～00701
1号仓泵进料控制（指示）
01300～01304
4号仓泵出料控制（指示）：
01408～01409
1号～2号空气母管压力低：00702～00703
1号仓泵料满指示：
01302
启动1号～8号锁气器：
01500～01507
1号～2号斜槽风机运行：
00704～00705
1号仓泵出料控制（指示）
01303～01304
启动9号～12号锁气器：
01600～01603
1号～2号饲料机运行：
00706～00707
2号仓泵进料控制（指示）
01305～01306
跳闸12号～8号锁气器：
01604～01607
1号～2号仓泵投入自动：
00708
2号仓泵料满指示：
01307
跳闸9号～12号锁气器
01700～01707
3号～4号仓泵投入自动：
00709
2号仓泵出料控制（指示）
01308～01309
1号～4号仓泵料位高
00710～00713
3号仓泵进料控制（指示）
01400～01401
消音按钮：00714
3号仓泵料满指示：01402
6 结束语
    由C200H可编程序控制器来构成的此输灰控制系统、稳定、操作简便、控制灵活、维护工作量少、修改控制系统相当方便，且有能满足生产的要求，所以本系统具有推广。

1 引言
(1) 三菱F系列变频器外部端子调速可分为模拟量调速和多段速调速
模拟量调速可用电压0~10VDC或电流4~20mADC，进行无级调速。本公司货架组件(横梁)冷弯设备机组便采用多段速闭环变频器调速控制系统;一般采用外部输入端子SD、STF、STR、RL、RM、RH，进行三段速调速。RL、RM、RH是低﹑中﹑高三段速速度选择端子，SD是输入公共端，STF是启动正转信号，STR是启动反转信号。当Y10，Y11有输出时，变频器为低速运行;当Y10，Y12有输出时，为中速运行;当Y10，Y13有输出时为高速运行。三段速分别设置为20Hz、30Hz、45Hz。在模拟量调速时，通过编程，三菱FX2N系列可编程控制器根据操作台发出的信号，选择控制方式:模拟量调速或多段速调速。其控制系统还可以通过DOS操作系统开发编程的微机作为上位机实现控制功能或结合触摸屏技术实现随机动态适时控制或结合触摸屏控制技术来操作控制实现有关功能。
(2) 三菱FX2N系列可编程控制器是小型化，高速度，的产品，是FX系列中档次的小型程序装置。
本文探讨MELSEC FX2N-32MR在货架组件(横梁)冷弯机组中的应用特点。

2 系统构成
2.1 工艺流程
工艺流程如图1所示:

图1 货架冷弯成型工艺简图

根据货架组件(横梁)的冷弯成型孔型设计及冷弯成型工艺要求，货架组件(横梁)冷弯机组共有12站牌楼构成，钢卷料由站牌楼前的带料导引装置将钢带穿入冷弯机组进行冷弯成型加工，该冷弯机组主动力由22kW的三菱多功能矢量控制变频器和异步变频电机驱动系统构成，各牌楼间的动力传递可采用链传动或齿轮组来实现;主控系统选用MELSEC FX2N-32MR可编程控制器，闭环控制反馈信号由1200p/r的旋转编码器被动测量提供信号开关量并测长，根据所选的编码器的线数以及要走的位置量，确定好对应的计测脉冲数，然后设置PLC，使其在计测到相应的脉冲数时产生相应的动作以实现产品定长切断的控制，其基本长度控制精度可达±0.5mm以上，可重复长度控制误差分布范围大不过1mm。
2.2 系统硬件结构的主要配置
(1) PLC选用是FX2N-32MR，外加FX2N-232-BD通信模块。各1只;
(2) 触摸屏选用型号为:GP37W2-BG41-24V，或采用微机控制上位机系统;
(3) KOYO旋转编码器TRD-NH1200-RZ及测量辊、24V开关电源，各1台;
(4) 三菱多功能矢量控制变频器:FR-A540-22K-CH变频器，1台;
(5) 三相笼型交流异步电动机:Y系列，4，22kW，1台;
(6) 其它电气选配件。

3 电气闭环控制系统原理
3.1 无闭环系统的控制原理
要实架组件(横梁)的冷弯成型机组的闭环无级控制，根据变频器和变频电机的特性，即:在一定载荷下变频器所存在的理想加速和减速特性曲线，或根据不同的和规格的变频器的特性参考资料、冷弯机组加工件的负荷特性、电机的负荷特性等进行适时调整。基本控制原理如图2所示:

图2 系统闭环控制原理图

3.2 基本控制思想
(1) 据旋转编码器测量反馈的当前速度信号适时调整变频器的输出驱动频率值，从而保证变频电机能以要求的速度平稳运行;其还表现在根据具体冷弯产品的成型工艺要求、负荷波动规律等选择相应的速度控制模式，即初时运动加速度与加速控制时间、平稳运行速度与距离、减速运动加速度与控制时间等进行变频器的适时调整，确保主机运行及控制反馈运行过程的平稳，不稳定形成的系统差故障;
(2) 据旋转编码器的脉冲测量数反馈当前冷弯机组主电机的位移信号及预先设定的控制方案适时调整变频器的输出驱动频率值，使变频电机先以较高的速度运行到接近冷弯产品控制切断长度的位置后将速度平稳降到较低的速度下工作，并在切断控制处准确制动停准，必要时可采取机械抱闸系统来辅助快速定位，再通过输出控制点发出切断控制信号实现液压停剪;PLC控制系统在工作过程中实时采集运行数据，并不断地与存放在软件控制数据块里的标准位置参数进行比较和控制决策，从而达到快速准确定位、提高作业效率的目的，并与监控系统交换工作信息以实现生产管理系统的动态管理。

4 负载机械特性和变频器的选型
该系统的电气拖动主要是驱动冷弯轧辊运动，其阻力矩TL取决于冷弯轧辊与钢卷料之间的摩擦力FL与冷弯轧辊半径r的乘积，即TL=FL×r。在这里，冷弯轧辊的半径r是恒定不变的，摩擦力FL的大小与相应的冷弯产品的孔型设计工艺水平、机组的传动效率和相关材料与轧辊间的摩擦系数等有关，与转速高低关系不大。这是典型的恒转矩负载机械特性。可初步选用三菱FR-A540系列变频器。
4.1 三菱FR-A540系列变频器具有的特性
(1) 采用的磁通矢量控制。由于采用了精简指令集计算机RISC微处理芯片，使之具有全新的在线自动调整功能，使电机在不影响启动速度的情况下得到调整。
(2) 具有多段速度选择功能:它有高速RH、中速RM、低速RL、二加/减速时间选择RT、漏型公共输入端SD等端子，可以通过PLC的输出点直接控制输入端子的ON/OFF状态来实现变频器速度的上升、下降和停车。每档速度的大小可由变频器功能预置来设定。
(3) 运用了三菱“柔性脉宽调制”(Soft-PWM)开关方式，实现低噪音运行，并能减少对外射频干扰，有利于邻近的PLC、旋转编码器的运行。
(4) 调速范围:1:120(0.5Hz~60Hz运行时)，且低频运行性能稳定，采用自动调整后，可以在不同的的电机上实现运行。
4.2 变频器的选型
货架组件(横梁)冷弯机组的主要功耗包括:用于货架组件(横梁)弯曲变形功率、克服辊子与工件之间的摩擦阻力及辊子轴承摩擦阻力、克服机组传动阻力及功率损耗，一般采用经验测算方法与简单公式计算后放大倍数的方法共同核算，通常还根据冷弯成型的成功案例进行类比测算，并依此确定具体型号变频器的实际功率。
综合多种因素，笔者选定了三菱FR-A540-22kW-CH变频器。经试验证明:针对货架组件(横梁)的冷弯成型机组采用PGL板反而会出现较大的定位误差，故取消了PGL板设计，仅利用变频器的多段速选择和FR-A540的来实架组件(横梁)的冷弯成型的定位控制。

5 外部接口设计
三菱FX2N型PLC内置多个高速计数器。经过测量测试，选择采用两相两计数输入、应答频率为30kHz的C251计数器，将旋转编码器的A、B输出端与PLC的X0、X1输入点相连，可以稳定地捕捉货架组件(横梁)冷弯机组上加工产品所需要的闭环控制反馈信号，实现冷弯产品的加工长度、位置定位后的程序比较及控制信号的输出，实现冷弯产品的定长液压停剪动作。机组大运行速度限制计算为:测量辊周长与应答频率为30kHz的乘积再除旋转编码器的每转脉冲数，如我司选用的测量辊直径为Φ60mm，周长为188.5mm，则每秒大运动位移为:
188.5mm×30000÷1200=4.1725m
远远满足货架组件(横梁)冷弯机组的大运行速度在20m/min的要求。
FX2N-32MR的输出点的外部接线方式为分组式，有COM0~COM3共4个COM点与16个输出点对应，可以灵活地选择输出点的电源形式。
用PLC编写一条32位的高速计数器区间比较复位指令DHSZ，用触摸屏对PLC数据寄存器D赋值，数值以理论脉冲数为基准增减，再与C251记录的编码器脉冲数进行比较，当两个数据相等时，PLC指令变频器和电机停机。经反复赋值试验，可以找到的编码器脉冲总数。然后按照速度控制规律 的各段分配脉冲数，以指导PLC适时向变频器发出速度切换指令。试验时电机采用低速运行，脉冲数或实际长度换算数以实际记录为准。
加速/减速时间的设置是变频器参数设置的关键。冷弯机组遵循加速-运行-减速-低速运行正反转调整-停止为一个运行周期，每一周期中的间隔是冷弯产品的切断过程及系统动作复位。合理设置这些参数，可以调整定位运行的切断控制精度及机组生产效率，使它适合负荷的要求。

6 结束语
PLC+变频器控制实现的多段速系统控制确保了货架冷弯机组的自动化控制要求，具有运行稳定，定位精度高等特点。实践也证明FR-A540-22kW变频器满足货架冷弯机组的调速和基本定位控制要求，提高了生产效率。此种PLC+变频器控制方式也可用于其他需要速度配合及定位控制的电机变频调速系统。
根据今后货架冷弯机组的自动化发展方向，将成型速度的设定与控制理论的发展与应用、成型辊辊型设定与实时调节、具体机械设备的故障诊断的处理与显示等与具体的PLC控制功能和发展相结合，必然能促进货架冷弯机组的自动化发展水平。