叶轮给煤机电气控制改进

周 政

(中石化金陵分公司,江苏南京 210033)

1 概 述

叶轮给煤机广泛用于电厂、煤化工、煤炭、矿山等行业,作为输送机的配套设备实现粉状、晶体状等物料的连续给料,是通过设备沿预设的轨道前后行走、驱动装置带动拨煤叶轮的转动,将煤沟间物料连续均匀地拨到煤沟下面输送胶带上,能在行走中给料,也可定点给料,实现物料均匀地输送。我公司水煤浆装置投产以来,气化工区的煤贮运部分对制浆乃至整个气化装置的稳定运行至关重要,叶轮给煤机在煤的运输过程中承担着重要的角色。而由于叶轮给煤机在使用过程中经常出现继电器故障及控制电缆拉断故障,给生产的稳定造成了很大的影响,同时增加了检维修的工作量。本公司于2010年3月大修期间对给煤机控制系统进行改进,采用西门子S7-200PLC控制代替大量的中间继电器,变频器改为具有中文界面带矢量控制的ABB355型变频器,采用载波控制代替控制电缆,从根本上消除了设备隐患,保障了生产的安全、稳定运行,并在改造中直接将载波信号经由动力电缆传输,未重新安装滑触线,节约了改造成本。

2 叶轮给煤机使用中存在的问题分析

2.1 我公司叶轮给煤机使用情况

2.1.1 给煤机的基本电气参数(表1)

2.1.2 给煤机的电气控制方式

我公司叶轮给煤机2005年投用时,拨煤电机采用施耐德变频器调速控制,行走电机采用接触器控制,现场控制柜内的控制信号采用大量的中间继电器转换,远程控制室利用现场过渡箱与现场就地控制柜进行信号传输,过渡箱与控制柜之间信号传输采用移动式控制电缆(ZR-YC19＊1.5橡套电缆),380 V电源传输也采用移动式动力电缆(ZR-YC3＊25+1＊16)。

表1 叶轮给煤机基本电气参数

2.2 叶轮给煤机出现的问题及原因分析

问题1 电器故障较多

由于信号的转换采用大量的中间继电器控制,而继电器的动作是有使用次数限制的,加上环境因素,继电器经常出现损坏情况,故障率较高。

问题2 移动控制电缆经常拉断

由于移动电缆本身的芯线较细,同时必须随着叶轮给煤机移动行走,长时间使用后,电缆很容易损坏。自2005年装置投产以来,控制电缆多次损坏更换,不但增加了维修成本,同时也严重影响生产的正常运行。

问题3 干扰信号大

由于当初施工时,控制电缆未采用屏蔽电缆,同时,控制电缆的施放未能与动力电缆有效分开,导致使用中控制信号受到的干扰很大,设备有时出现误动作和不动作的情况,虽然在配电柜内做了一些处理,但不能从根本上解决问题。

3 解决措施

3.1 针对问题1,采用PLC控制

3.1.1 PLC控制的优点

将控制信号由许多中间继电器转换、控制改为PLC控制,使得控制线路清晰、简单,故障处理方便,一目了然,且故障大为减少。修改后的电气控制框图见图1。如图1所示,运行控制信号经过PLC转换,不再通过大量的中间继电器,这样就减少了故障点,减少了接线,通过PLC输入输出点的指示灯可很方便地查看各个信号的通断,故障处理也变得很清楚。

图1 电气控制框图

3.1.2 PLC控制器的选择

考虑到现场工作环境较差,以及性价比的要求,选用西门子 S7-200PLC控制器较为适合, S7-200系列PLC硬件的组成形式、连接方式与其他品牌的PLC基本相似,但是在程序和数据的免维护、通讯功能、模拟量处理功能和高速处理功能等方面又有其自身的特点。1台S7-200的PLC包括一个单独的S7-200CPU,或者带有各种各样的可选扩展模块,CPU模块包括一个中央处理单元、电源以及数字量I/O点,这些都被集中在一个紧凑、独立的设备中。S7-200有四种基本的CPU型号:CPU221、CPU222、CPU224、CPU226。其中,CPU221不能扩展, CPU222最多只能扩展 2个模块,CPU224和CPU226最多可扩展7个模块,CPU224本身具有24个数字量I/O点(14输入/10输出),为高性能档次,在一般小型PLC的基础上加上集成功能,性能超出一般的小型PLC。

本装置叶轮给煤机共用到24个输入点、8个输出点,因此选用西门子PLC的CPU224带一个输入扩展模块 EM221,这样输入构成30点,输出10点,能够满足点数和余量的要求。其I/O选型配置见表2。

表2 硬件选型配置表

3.2 针对问题2,采用电力载波通讯

将移动控制电缆去除,改为信号经过380 V移动动力电缆载波通讯传输,由于电力载波信号经过动力电缆传输,电缆较粗不易拉断。

3.2.1 载波通讯的原理

配电线载波通讯是以与要传输的信息路径相同的配电线路为传输媒介,通过结合滤波设备,将要传输的数据等低频低压信号转变为能在高电压线路上传输的高压高频信号,在线路上传输并在接收端将信号还原的一种通信方式。电力载波通讯最早是应用于10 kV配电网络线路通信中,利用载波机和阻波器,在中高压配电网中传输语言、控制指令和系统状态等信息,并形成了相关国际和国家标准。随着微电子、电力电子、通信等技术的发展,载波通讯已广泛应用于恶劣的工业生产环境。

3.2.2 载波通讯的优点

叶轮给煤机位于两个存煤筒仓的底部,环境恶劣,设备运行后电磁干扰强。若采用专用通信线方式,需专用的线路,不但投资费用高,抗干扰能力也差,而如果采用以电磁波发送信号的无线方式,信号很容易受到电磁干扰及障碍物影响,传输质量差。电力载波技术解决了这个问题,信号随动力线传输,具有很强的抗干扰能力。

3.2.3 现场控制方式

带载波通讯的电气控制框图见图2,中控室来的远程控制信号经过中控西门子S7-200PLC送至现场载波机(发送信号),经过电力线与另一台载波机(接收信号)相连,接收信号送现场电气控制柜驱动被控设备运行。

图2 电气控制框图

原理图见图3,载波机内一般安装有接口转换器、电力线调制解调器和耦合器,经过电力线调制解调器调制成频率范围60～130 kHz的载波信号,经过380 V动力电缆送至接收载波机接收转换并将信号还原,送至现场控制柜控制变频器等电气元件,变频器带动拨煤电机运行,现场送回主控室的信号沿相反通道传输。由于载波机与外界信号传输之间有耦合器,这就将干扰信号隔在载波柜的首端,大大减少了干扰信号对现场就地控制柜的影响,对问题3给予了部分解决。

图3 载波通讯系统原理图

4 总 结

在改造以前,本装置叶轮给煤机的电气故障较多,控制电缆多次拉断,不但增加了维修成本,而且给生产造成了很大的影响。通过对叶轮给煤机传统的操作、控制模式进行一系列改进,利用PLC及动力线载波通讯技术,保证叶轮给煤机安全稳定运行。从现场运行情况来看,效果很好,运行至今未出现相关电气故障。电力载波作为数据传送的一种手段,其优势在于不用架设专门的通信线路,利用设备的动力电源线即可完成数据传送。此次改造前准备利用滑出线来代替动力电缆,考虑到滑出线的使用无法避免煤尘的影响,后与厂方商量保留动力电缆,利用动力电缆作为信号传输的载体,节省了改造成本,同时不影响信号的正常传输。通过改进,提高了叶轮给煤机控制系统的自动化水平,充分保证了输煤系统的安全稳定运行。