基于PLC和變頻器在給煤機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

何偉光

(神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)太西炭基工業(yè)有限公司，寧夏 石嘴山 753000)

神寧太西炭基工業(yè)有限公司熱動(dòng)力廠屬于企業(yè)自備發(fā)電廠，現(xiàn)有5臺(tái)工業(yè)鍋爐，每臺(tái)鍋爐燃燒系統(tǒng)由四臺(tái)給煤機(jī)向爐膛輸送煤粉供鍋爐燃燒，給煤機(jī)的動(dòng)力由電磁調(diào)速電機(jī)供給。由于電磁調(diào)速電機(jī)電樞與磁極的間隙很小，極細(xì)的煤粉在異步電機(jī)散熱風(fēng)扇及電樞旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的軸流的帶動(dòng)下流入電磁離合器，使磁極與電樞連為一體，造成機(jī)械負(fù)載高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生“飛車”現(xiàn)象。“飛車”發(fā)生后調(diào)速控制裝置無法對(duì)電磁轉(zhuǎn)差離合器進(jìn)行控制，給煤機(jī)高速旋轉(zhuǎn)使得大量的煤粉進(jìn)入爐膛燃燒，導(dǎo)致爐膛正壓燃燒、汽包壓力增加，嚴(yán)重威脅鍋爐的本體及發(fā)電系統(tǒng)安全運(yùn)行，有必要對(duì)現(xiàn)有給煤機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。

1.控制方案和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

給煤機(jī)電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)主要由上位工控機(jī)、PLC和四臺(tái)變頻器構(gòu)成。

1.1 模塊功能

上位機(jī)的工控機(jī)為研華IP610，主要功能是向管理人員及操作人員提供諸如工藝流程圖顯示、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)畫面顯示、報(bào)表顯示、窗口技術(shù)等多種功能，為PLC提供良好的人機(jī)界面。

PLC為三菱公司的FXON-24MR，是整個(gè)系統(tǒng)控制的核心處理器，是PC指令和按鈕開關(guān)指令的執(zhí)行中樞和變頻器指令觸發(fā)元件。

PLC主機(jī)上接有RS-485通訊模塊與PC機(jī)進(jìn)行通訊，完成人機(jī)對(duì)話。采用PLC自帶的FXON-485ADP通訊適配器作為通訊主站使用。

變頻器選用日本三菱公司生產(chǎn)的FR-A044，通過RS-485網(wǎng)絡(luò)通訊方式，能夠?qū)崿F(xiàn)被控對(duì)象的啟動(dòng)、停止和速度變化。

FR-A044變頻器與PLC的連接單元為FRCU03，其具有RS-422和RS-485網(wǎng)絡(luò)通信功能，是變頻器的網(wǎng)絡(luò)接口，可以實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速器的運(yùn)行控制、參數(shù)設(shè)定和狀態(tài)監(jiān)控。

1.2 控制方案

系統(tǒng)由1臺(tái)上位機(jī)和PLC通過多分支網(wǎng)絡(luò)來控制4臺(tái)給煤機(jī)的變頻器，4臺(tái)給煤機(jī)變頻器共有4個(gè)子站，每個(gè)子站設(shè)置一個(gè)獨(dú)立的站號(hào)，其站號(hào)需要通過參數(shù)設(shè)定模塊進(jìn)行設(shè)定。當(dāng)設(shè)備開啟后，PLC通過FXON-485ADP模塊發(fā)出指定命令給各子站，各子站比較站號(hào)地址是否與本站站號(hào)一致，如果一致，則對(duì)該命令進(jìn)行處理，并返回應(yīng)答信息，如果不一致，則對(duì)該命令不進(jìn)行處理，這樣每次只有一個(gè)子站與主站交換信息，進(jìn)行控制。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)四臺(tái)給煤機(jī)電動(dòng)機(jī)的如下狀態(tài)的控制:啟動(dòng)、停止、加速、減速?？梢杂缮衔粰C(jī)或外部按鈕實(shí)現(xiàn)上述功能，兩種開關(guān)量輸入方式互為冗余備用，以提高控制系統(tǒng)的可靠性。

2.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

這里上位監(jiān)控系統(tǒng)通過全中文自動(dòng)化控制組態(tài)軟件MCGS進(jìn)行設(shè)計(jì)，其具有數(shù)據(jù)采集、動(dòng)畫顯示、設(shè)備控制與輸出、流程控制、雙機(jī)熱備、工程報(bào)表、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、歷史數(shù)據(jù)及曲線等功能，支持國內(nèi)外幾乎所有主流設(shè)備的數(shù)據(jù)采集與傳輸。本系統(tǒng)監(jiān)控窗口畫面的設(shè)計(jì)以操作方便、實(shí)用為原則，能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)視給煤機(jī)電動(dòng)機(jī)的電壓、轉(zhuǎn)速、電流以及運(yùn)行狀態(tài)等，儲(chǔ)存和查詢歷史數(shù)據(jù)，能夠通過曲線圖形或報(bào)表實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理功能，具有遠(yuǎn)程操作和自動(dòng)報(bào)警功能。設(shè)置系統(tǒng)管理員和系統(tǒng)操作員兩個(gè)不同的權(quán)限級(jí)別，系統(tǒng)管理員具有修改系統(tǒng)參數(shù)、實(shí)時(shí)監(jiān)控、畫面組態(tài)、系統(tǒng)運(yùn)行和退出、用戶管理的權(quán)限，系統(tǒng)操作員只有實(shí)時(shí)監(jiān)控、修改參數(shù)、退出系統(tǒng)的權(quán)限。

2.2 PLC與變頻器通訊設(shè)置

2.3 PLC的編程

要實(shí)現(xiàn)變頻器的控制，通過編寫相應(yīng)的程序?qū)崿F(xiàn)PLC與變頻器之間的信息交互，PLC程序完成FXON-485ADP通訊適配器的初始化、控制命令字的組合、代碼的轉(zhuǎn)換及變頻器應(yīng)答信息的處理等待等工作。PLC梯形圖如圖所示，梯形圖中，由起始脈沖M8002初始化FXON-485ADP的通訊協(xié)議，然后再進(jìn)行啟動(dòng)和停止信號(hào)的處理。D127-D149為通訊發(fā)送緩沖區(qū)設(shè)置，D150-D160為接受緩沖區(qū)，1#給煤機(jī)啟動(dòng)由X0的上升沿控制，停止由X0的下降沿控制，2#給煤機(jī)啟動(dòng)由X1上升沿控制，停止由X1的下降沿控制，依次類推3#給煤機(jī)由X2上升沿、下降沿控制，4#給煤機(jī)由X3上升沿、下降沿控制。以1#給煤機(jī)為例，當(dāng)X0的上升沿觸發(fā)后，M50閉合，1#變頻器的站號(hào)讀入D130，運(yùn)行命令字讀入D135，ENQ、寫運(yùn)行命令的控制字和等待時(shí)間等由編程器事先讀入D131—D133;接著求校驗(yàn)和并讀入D136、D137，最后置M8122允許RS發(fā)送控制信息。變頻器收到信號(hào)后立刻返回應(yīng)答信息，應(yīng)答信息被FXON-485ADP收到觸發(fā)M8132，PLC根據(jù)實(shí)際情況作出相應(yīng)的處理后完成一個(gè)控制過程。

圖 PLC梯形圖

3.結(jié)束語

本控制系統(tǒng)運(yùn)用上位機(jī)和PLC進(jìn)行控制，采用變頻器的通訊功能，在硬件上增加一條RS485通訊電纜，完成變頻器的啟動(dòng)、停止、頻率設(shè)定，實(shí)現(xiàn)了對(duì)四臺(tái)電動(dòng)機(jī)同步運(yùn)行。系統(tǒng)具有控制方式靈活、精度高、程序開發(fā)簡單等優(yōu)點(diǎn)，方便了管理員和操作員的遠(yuǎn)程監(jiān)控和現(xiàn)場操作控制，降低了硬件成本。

［1］袁任光.可編程序控制器(PC)應(yīng)用技術(shù)與實(shí)例［M］.廣州:華南理工大學(xué)出版社，2003.

［2］廖常初.FX系列PLC編程及應(yīng)用［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007.