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施耐德产品在火力发电厂锅炉给粉机控制系统改造中的应用

发布时间:2006-09-26 14:27   类型:应用案例   人浏览
摘要:给粉机是动力分公司锅炉燃烧控制系统的重要组成部分,本文介绍了施耐德Micro 系列PLC、ATV58变频器、XBTF034100人机界面在给粉机控制改造中的应用,给出了改造后新系统的硬件结构和部分梯形图。

关键词:给粉机  PLC  变频器   人机界面   Modbus 
 

1. 引言
    给粉机控制系统是动力分公司燃烧控制系统的重要组成部分。由于锅炉燃烧系统对动力分公司的燃烧、产汽量、发电量等提出的高要求,使得给粉机等燃烧控制系统倍受重视,促使其自动化及调速的可靠性得到了很大的提高。给粉机控制系统的任务是及时高效地将粉仓内的煤粉输送到炉膛内燃烧,动力分公司原有方式采用传统的继电器控制方式用电磁转差离合器来调节的转速。在运行中发现有以下问题:

(1) 由于继电器长期使用后常出现接头氧化、接触不良和线圈烧损等现象,使系统运行可靠性降低,故障检查与排除比较困难,且不易改变控制逻辑。
⑵ 给粉机的电磁调速虽然结构简单,但用作负反馈的测速发电机故障较高,且调速作用仅能改变离合器从动部分的转速,电动机本身的转速并未改变,无法节能。
⑶ 继电器控制系统不具备通讯功能,无法和燃烧系统协调工作。
⑷ 电动机经常与滑差电机同步造成堵粉管。


   为了解决上述问题,我们对原系统进行了改造。改造系统选用了法国施耐德公司的Micro系列PLC、触摸屏XBTF 和ATV58HU54N4变频器对给粉机调速系统进行改造,以达到提高系统可靠性、节能增效的目的。


2. 系统硬件构成
   改造后的控制调速系统包括上位机(1台XBTF034100人机界面)、 下位机(1台Micro PLC)、调速部分8台ATV58HU54N4变频器、接触器及中间继电器等部分。


① 人机界面采用施耐德公司生产的XBTF-034100与PLC的AUX人机接口相连,其控制程序用施耐德XBTF-L1000  V3.7组态软件编制。主要有以下功能:实现独立操作状态对上排或下排给粉机单独操作(启动/停止、加/减转速);同操状态同时对上排或下排给粉机(加/减转速);正常运行时可显示电流、电压、转速、频率、设备运行或故障状态代码等信息,帮助了解系统的运行状态或故障原因,实现对设备的实时监控。

② PLC控制系统采用施耐德公司的Micro TSX 37 21 101模板,根据给粉机主要是顺序和逻辑控制,过程变量基本上是开关量,所以控制部分选用一个TSX DMZ 28DR输入16I/输出12O和一个TSX DE 12D2输入12I模板。PLC根据来自触摸屏的指令及参数控制各变频器,并采集现场变频器的转速、电压、频率、运行代码及故障代码传送给触摸屏XBTF-034100上,在相应的页面上显示出来。

③ 调速系统采用施耐德公司的ATV58HU54N4变频调速器。

新系统的硬件结构如图1所示。 



3. 软件设计
    给粉机控制流程如图2所示,其任务主要是根据送风机所处状态或转换开关连锁/解除以及接触器状态和人机界面指令,通过PLC控制变频器来实现给粉机的启/停、速度增/减,当发生故障时紧急停机并进行报警处理,PLC判断是否有过载,变频器和电动机是否工作正常,满足条件则启动。当变频器处于运行状态时,可以通过就地或控制室指令增/减电动机转速。控制室是通过人机界面显示操作给粉机转速、接触器状态及设备运行、故障代码。


部分I/O点及变量编号分配见表1



[center]图2 给粉尘机流程图[/center]


4. 系统的通讯功能
    变频器通过Modbus通讯口相连接受PLC发出的指令及参数控制各电动机启动/停止、加减转速,并将现场数据传送给PLC进行调节。PLC的强大通讯功能使其不仅可以与施耐德公司的工控产品进行通讯,而且也可以与第三方厂商的产品进行通讯。以后进行系统集成时也就不必再对给粉机部分的硬件进行大的变动,只需在PLC中加入通讯程序即可。 
表1:



5. 工作过程以及部分梯形图
① Micro PLC程序用施耐德PL7 PRO编程软件编制,包括变频器的连锁、手动/自动、急停,通讯、转速增/减,并根据信息到达的先后在触摸屏上显示出来,在PLC程序中使用的位存储区应与触摸屏上的相应按钮和数据一一对应,整过程序采用梯形图编程。


② PLC与变频器通讯采用Modbus 协议,PLC巡回读出/写入需16次用计数器%C0.P操作模块实现和达到工艺要求需设置变频器最大值、最小值;%MW80:=66是任意运行状态下变频器最低频率6.6HZ、%MW81:=360是变频器最大频率36HZ,%MW85:=%MW80启动运行时是PLC对变频器写入最小频率6.6HZ。(见图3)。



③ 为实现给粉机同送风机连锁程序设置了连锁投入/解除、上排/下排连锁开关,过程如下:
通电可运行,在连锁状态下通过转换开关%I3.0常闭接点-上排%I3.4/下排%I3.5常闭接点(解除连锁时%I3.0常开接点)-运行开关%I3.1-操作模块(%Q2.4—%Q2.11)给变频器发出16#000F可以运行命令。 


断电不可运行,在连锁状态下通过转换开关%I3.0常闭接点-上排%I3.4/下排%I3.5常开接点闭合(紧急停车时%I3.3常开接点闭合或运行开关%I3.1闭合)-操作模块(%Q2.4—%Q2.11)给变频器发出16#0000停止运行命令。具体程序见下图4。

 

[center]图4[/center]


④ PLC控制系统在正常加电的情况下,PLC根据手动或自动状态输入的信号来输出控制信号对变频器输出加速或减速的程序。


[center]图5[/center]


A、手动增速/减速顺序。
增速:%I3.2闭合- 按下%I1.0按钮-%M11上升沿输出-比较模块%MW221〈=%MW81输出为1-操作模块%MW221:=%MW221+%MW86输出步长为1变频器增加0.1赫兹。
减速:%I3.2闭合-按下%I1.1按钮-%M21上升沿输出-比较模块%MW221〉=%MW81输出为1-操作模块%MW221:=%MW221-%MW86输出步长为1变频器减少0.1赫兹。
B、人机界面增速/减速顺序。
增速:%I3.2常开闭合-来自人机界面%MW20:X1闭合-%M11上升沿输出-比较模块%MW221〈=%MW81输出为1-操作模块%MW221:=%MW221+%MW86输出步长为1变频器增加0.1赫兹。
减速:%I3.2常开闭合-来自人机界面%MW21:X1闭合-%M21上升沿输出-比较模块%MW221〉=%MW81输出为1-操作模块%MW221:=%MW221-%MW86输出步长为1变频器减少0.1赫兹。
C、当按下人机界面上增速键%MW29:X1步长输出5-%C2.D-%M11-比较模块%MW221〈=%MW81输出为1-操作模块%MW221:=%MW221+%MW86输出步长为1变频器以0.5赫兹叠加直至放开按键/如果是%MW29:X2步长输出10,变频器1赫兹叠加直至放开按键。
D、当按下人机界面上减速键%MW29:X1步长输出5-%C2.D-%M11-比较模块%MW221〈=%MW81输出为1-操作模块%MW221:=%MW221+%MW86输出步长为1变频器以0.5赫兹叠减直至放开按键/如果是%MW29:X2步长输出10,变频器1赫兹叠减直至放开按键。

⑤为保证变频器在运行和启动时的工艺要求需设定给粉机的最低最高速度,还需编写以下程序:


[center]图6[/center]


6. ATV58HU54N4变频器的编程
    变频器编程主要是利用内部顺序选则和连锁来对变频器进行编程,为了使变频器编程方便,施耐德公司已将读取菜单顺序编排好,所以在编程效率大幅度提高;对变频器大多数出厂设置的默认参数可以不进行更改,在该控制系统中主要需设置控制方式为Modbus远程通讯方式控制以及将通讯数率设置成19200bps。


7. 系统的主要功能介绍 
    本系统只是对上面几章的介绍的实现,其主界面如下:



[center]图7[/center]




[center]图8[/center]


    然后在上/下排独立操作按钮点击后为红色时,点动上/下键1次增加或减少0.1HZ频率。按下按钮的时间超过2秒频率以0.5HZ叠加/叠减(按下按钮的时间超过4秒频率以1HZ叠加/叠减)。


    如果上/下排独立操作按钮点击后为黄色时,点击上或下排1#的增加或减少键上或下排其它给粉机将随1#给粉机以相同的频率变化,其它增加或减少键不起作用。


7.3 给粉机的系统相关数据显示
点击参数显示按键进入以下界面



[center]图9[/center]


该系统实现了几个常用的参数显示,包括电动机频率、电动机转速、电动机电流、线电压、报警代码、运行状态。


8. 结束语
    改造后简化了机构提高了性能,通过PLC可编程序控制器控制,再经变频调速器实现多电机的同步协调运转。根据生产工艺曲线控制各机构的运动,进而简化了机构。比如给粉机利用交流变频调速,去掉了滑差调速机构,从而克服了用作负反馈的测速发电机故障较高,且调速作用仅能改变离合器从动部分的转速的问题,电动机本身的转速也同时改变达到节能作用;而对于给粉机来说,由于利用变频调速器去掉了滑差调速机构,进而克服了滑差电机同步现象,避勉了粉管堵塞,确保了锅炉的平稳运行。实际应用表明:该系统设计合理,具有控制性能可靠、操作维护方便、智能化程度高等特点,是目前给粉机控制技术改造的一种优选方式。


参考文献
1、皮壮行  宫振鸣 李雪华 可编程序控制器的系统设计与应用实例  机械工业出版社  2003年
2、廖常初  PLC基础及应用                                                    2003年
3、施耐德公司  Modicon TSX Micro PL7 Micro 软件应用手册                      2000年
4、施耐德公司  Modicon TSX Micro PL7 Micro 软件操作手册                      2000年
5、施耐德公司  ATV58用户及编程手册                                         2001年
6、施耐德公司  ATV58 avr Modbus通讯协议手册                                2000年

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