前言: 目前，我國火力發(fā)電廠生產(chǎn)過程中通過調(diào)節(jié)進入爐膛的煤粉量來控制鍋爐的燃燒情況，煤粉量控制的好壞直接影響到鍋爐安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定運行。在中儲式制粉系統(tǒng)中調(diào)節(jié)進入爐膛的煤粉量是通過改變給粉機的轉(zhuǎn)速來買現(xiàn)的，而在直吹式制粉系統(tǒng)中則是通過改變給煤機的轉(zhuǎn)速來買現(xiàn)的。在鋼球磨煤機制粉系統(tǒng)中，給煤機的給煤量也是通過調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)的。因此，調(diào)速裝置的性能直接影響主設備的運行。 在火力發(fā)電廠中，給粉系統(tǒng)中一般采用滑差調(diào)速、直流調(diào)速兩種傳統(tǒng)的調(diào)速方式。 1.1 直流調(diào)速的缺點 （1） 直流電機體積大，造價高，設備復雜，安裝拆卸不方便; （2） 直流電機故障率高，電刷與換向器間容易產(chǎn)生接觸不良，電刷磨損較快，電樞容易短路，維修麻煩，費用高; （3） 直流調(diào)速板可靠性不太好，環(huán)境比較惡劣時，水潮氣容易使直流電機接地短路，使電機或調(diào)速板燒壞，調(diào)速板維修又特別困難; （4） 直流調(diào)速系統(tǒng)性能差，調(diào)速比小，特別是在低速運行時，滿足不了一定的轉(zhuǎn)矩; （5） 調(diào)速系統(tǒng)抗干擾性差，直流調(diào)速板附近如果有電磁干擾，調(diào)速板就不能正常工作; 1.2 滑差調(diào)速的缺點 （1） 給粉機現(xiàn)場煤塵多，電機常常因煤流堵塞而燒壞; （2） 滑差電機在運行中容易出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)和同步現(xiàn)象，運行維護量大，維修麻煩; （3） 滑差電機調(diào)速線性能較差、控制精度差、誤差大，難以進行給煤量精確計算和控制。特別對直吹式制粉系統(tǒng)鍋爐，難以維持給煤機有相同轉(zhuǎn)速、給煤機轉(zhuǎn)速差別較大、給煤量較難控制，從而燃燒工況不太穩(wěn)定; （4） 滑差電機調(diào)速系統(tǒng)設備接線復雜，經(jīng)常出現(xiàn)斷線問題（滑差電機調(diào)速原理所確定），進而影響給煤機的正常運行; （5） 滑差電機保護功能單一，經(jīng)常發(fā)生電機因過負荷，而燒毀電機的問題; （6） 滑差電機調(diào)速特性和穩(wěn)定性較差，對直吹式制粉系統(tǒng)鍋爐，由于給煤機的給煤量等于磨煤機的制粉量，等于鍋爐燃料消耗量，從而影響主汽壓力自動投入和負荷的穩(wěn)定，影響鍋爐的正常運行; （7） 滑差調(diào)速電機效率低、損耗大、容易發(fā)生故障。 所以上述兩種調(diào)速方式已滿足不了現(xiàn)代大型電廠生產(chǎn)發(fā)展的需要。隨著技術(shù)的發(fā)展，變頻器經(jīng)過十幾年的發(fā)展完善，產(chǎn)品性能，可靠性、穩(wěn)定性都有很大的發(fā)展，現(xiàn)在的變頻器普遍采用了最新的電力電子器件，絕緣柵型雙極晶體管（IGBT）它克服了大功率晶體管存在的二次擊穿現(xiàn)象，充分保證了變頻器的可靠性。在控制方面采用的數(shù)字信號處理器（DSP）運算速度高達16.7MIPS以上，具有32位數(shù)點小數(shù)運算功能，充分保證了變頻調(diào)速大量控制參數(shù)的采集和運算以及對外通訊，控制方法上采用無速度傳感器矢量控制，具有很硬的外持性，可與直流調(diào)速系統(tǒng)媲美。采用多種優(yōu)良的控制技術(shù)，實現(xiàn)了全面的保護功能，同時整個系統(tǒng)的合理集成和系統(tǒng)的完善設計，基本上滿足了免維護的要求。這為變頻控制裝置納入給粉控制系統(tǒng)，對降低系統(tǒng)運行成本，提高系統(tǒng)可靠性具有極大價值。 2 系統(tǒng)構(gòu)成 鍋爐給粉變頻調(diào)速系統(tǒng)一般由PLC、工控機、I/O采集板卡、通訊網(wǎng)絡及組件、同操器、操作器、備操板、變頻控制柜、IP44鼠籠電動機、葉輪給煤機及冗余電源柜和內(nèi)部轉(zhuǎn)換控制板等組成。通過控制電動機的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)對給粉機的控制，系統(tǒng)具有失電、過壓、欠壓、過流、缺相及電機過流自動保護。同時根據(jù)反饋量及工藝情況可選則單路操作、多路操作、自動操作等手段進行控制，有多種互備操作方式，并能與DCS系統(tǒng)實現(xiàn)通信。 3 應用舉例 某發(fā)電廠的6#爐原配用12臺給粉機，采用電磁滑差調(diào)節(jié)方式進行調(diào)速控制。運行使用過程中，因堵粉、異物、機械卡澀等原因，電機多次被卡住，影響了正常的設備運行。為提高系統(tǒng)運行的安全行和可靠性，我們選擇AB公司的1305變頻器進行6#爐給粉機的調(diào)速控制系統(tǒng)的改造。 3.1 構(gòu)成 由PLC、工控機、AI采集板卡、DO采集板卡、DI采集板卡、通訊網(wǎng)絡及組件、軌跡球、操作鍵盤、備操板、變頻控制柜、IP44鼠籠電動機、葉輪給煤機及冗余電源柜和內(nèi)部轉(zhuǎn)換控制制板等組成（見附圖）。PLC與變頻器采用SCAN port協(xié)議進行通訊,PLC與工控機采用以太網(wǎng)通訊。 附圖 控制系統(tǒng)圖 12臺給粉機采用AB公司1305型變頻器控制，安裝在1個控制柜內(nèi)，控制柜內(nèi)安裝兩臺并行運行的直流24V電源，給柜內(nèi)每個變頻器的運行狀態(tài)監(jiān)視繼電器、V/I轉(zhuǎn)換器、通訊模塊和變頻使能繼電器提供電源。原MFT硬接線聯(lián)跳給粉機控制回路由MFT出口繼電器提供一個接點與給粉變頻使能繼電器KJ并聯(lián)（每個KJ控制4臺給粉機變頻器，12臺變頻器共設計3個使能繼電器KJ），當MFT發(fā)生時，接點閉合啟動給粉變頻使能繼電器KJ，實現(xiàn)硬接線聯(lián)跳給粉機的功能。 3.2 設備選型 變頻器:有通訊擴展和人機界面; 工控機:臺灣研華; PLC:美國AB公司SLC500系列,有以太網(wǎng)接口; 顯示器:韓國三星公司21寸LCD顯示屏; 通訊模塊:美國AB公司SCANport掃描模塊; 軌跡球:羅技公司; I/O板卡:臺灣研華; 變送器:羅斯蒙特3051系列; 操作鍵盤:自產(chǎn)，接受信號為54DO/73DI; 備操板:自產(chǎn)，可實現(xiàn)對任一臺變頻器進行手動控制和監(jiān)視; PLC編程軟件:RSLogix500 English; 通訊組態(tài)軟件:RSLinx; 組態(tài)軟件:RSView; 操作系統(tǒng):WIN2000; 通訊軟件:RSCommon; 控制柜:GCS柜; 電動機:3相380V鼠籠電機，防護等級IP44; 24V電源:遼寧朝陽。 3.3 系統(tǒng)設計特點 PLC與變頻器采用SCAN port協(xié)議通訊，12臺變頻器只需一條四芯雙絞線串接到PLC通訊掃描模塊上，由PLC進行控制，減少了大量的硬接線及后續(xù)維護。PLC與工控機采用以太網(wǎng)通訊，大大提高了數(shù)據(jù)的吞吐量. AC380V供電電源冗余設計，二路輸入電源自動切換。變頻器為美國AB公司1305系列，具有業(yè)界極高的先進型和穩(wěn)定性。PLC為美國AB公司SLC500系列,素有工業(yè)控制現(xiàn)場小巨人之稱號。PLC編程軟件、通訊軟件、通訊組態(tài)軟件均為美國AB公司最新產(chǎn)品。上位機操作系統(tǒng)為WINXP SP2，基于NT構(gòu)建，穩(wěn)定性極佳。除變送器及電動機外，其余設備均放在主控室內(nèi)，具有良好的安全性和可維護性。采用三級互備操作。 系統(tǒng)設有多層保護功能。 （1） AB1305型變頻器特點 在全速范圍內(nèi)，實現(xiàn)突出轉(zhuǎn)矩性能的無速度傳感器矢量控制; v/f控制方法仍然有效，可以通過參數(shù)選擇; 模擬量I/O選件; 隔離式，非隔離式; 雙極性，單極性; 多輸入/輸出; 0到10V，+/-10V，0～20mA; 插板式通信選件; 自動整定易于無速度傳感器矢量設定; 負載丟失檢測; 超前動作限流保護，提供優(yōu)良性能和靈活應用; 選擇編碼器作反饋元件，調(diào)速精度能達到0.1%; 對正在旋轉(zhuǎn)的電動機上電時，提供飛速起動; 利用S曲線加速和減速，對速度變化提供平滑控制; 為簡單的過程控制，提供內(nèi)置的完整的PI調(diào)節(jié)軟件; 載波頻率可調(diào); 人機接口和通信可選件之間，使用SCAN port通訊協(xié)議; 控制板上的狀態(tài)二極管（LED），可顯示電源、運行、停止和故障狀態(tài)。 3.4 操作特點 系統(tǒng)采集機前壓力、飽和壓力、兩個爐膛負壓作為反饋量，信號為4～20mA標準信號。 系統(tǒng)采集粉機電源的電氣聯(lián)鎖保護信號、爐膛滅火保護FSSS及消防信號做為聯(lián)鎖信號。 系統(tǒng)采用三級互備操作，正常時利用軌跡球?qū)CD進行操作達到對整個系統(tǒng)的控制，系統(tǒng)可實現(xiàn)單路操作，多路操作和自動操作，過程為通過軌跡球?qū)M態(tài)界面的操作，上位機通過以太網(wǎng)通訊發(fā)給PLC相應數(shù)據(jù)，變頻器根據(jù)PLC通過SCAN port協(xié)議網(wǎng)絡發(fā)出的運行控制指令和本身的參數(shù)設定特性，改變輸出功率，控制電動機的轉(zhuǎn)速，完成其控制鍋爐給粉機的功能。當LCD及軌跡球損壞時系統(tǒng)可切換到專用鍵盤進行操作，利用專用鍵盤系統(tǒng)也可實現(xiàn)單路操作，多路操作和自動操作，過程為通過對專用操作鍵盤進行的操作，上位機的I/O卡件接受專用操作鍵盤的控制指令，經(jīng)過組態(tài)軟件的處理后，通過以太網(wǎng)通訊發(fā)送給PLC相應數(shù)據(jù)，變頻器根據(jù)PLC通過SCAN port協(xié)議網(wǎng)絡發(fā)出的運行控制指令和本身的參數(shù)設定特性，改變輸出功率，控制電動機的轉(zhuǎn)速，完成其控制鍋爐給粉機的功能。上述設備均損壞時由備操器進行操作，系統(tǒng)實現(xiàn)手動操作，系統(tǒng)正常時不可對備操器進行任何操作，備操器工作過程為通過對備操器進行的操作，相應變頻器控制方式由通訊控制方式轉(zhuǎn)換為端子控制方式，備操器發(fā)出的運行控制指令和電位器的調(diào)節(jié)信號傳給變頻器，變頻器根據(jù)本身的參數(shù)設定特性，改變輸出功率，控制電動機的轉(zhuǎn)速，完成其控制鍋爐給粉機的功能。 考慮到鍋爐連續(xù)運行的特點，專門設置了控制信號丟失和輸入信號失電時保持運行的功能:通訊信號和電位器等控制信號丟失后，給粉機保持原來的運行工況，并有相應備用操作方式進行跟蹤，輸入信號失去電源時，保持給粉機低轉(zhuǎn)速230r/min運行。 系統(tǒng)具有失電、過壓、欠壓、過流、缺相及電機過流自動保護功能及相應報警，并具有PLC及工控機異常報警功能。 單路操作:即對每臺變頻器的投運及轉(zhuǎn)速控制進行單獨操作，界面由每組三個，12組按鈕進行操作。專用鍵盤設有對應的按鈕和指示燈。 多路操作:即對每組變頻器的投運及轉(zhuǎn)速控制進行單獨操作，界面由每組三個，7組按鈕進行操作，對應1－4、5－8、9－12、1－3、2－4、5－7、6－8七種組合，表示可分別對下、中、上三層和下層對角、中層對角同時進行增加和減小轉(zhuǎn)速的操作，專用鍵盤設有對應的按鈕和指示燈。 自動操作:即PID自動調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)每一層及每一臺變頻器的自動控制，調(diào)節(jié)部分由PLC內(nèi)部的PID調(diào)節(jié)器來完成，專用鍵盤設有對應的按鈕和指示燈。 通過以太網(wǎng)通訊可將系統(tǒng)所有信息上傳給DCS或上層管理網(wǎng)。 3.5 上位機組態(tài)設計 采用圖形化的管理和監(jiān)控界面，讓用戶可以直觀地管理和監(jiān)視設備的運行狀況。 多層界面設計、良好的圖形結(jié)構(gòu)、形象的趨勢圖:便于在圖形界面上監(jiān)視管理變頻系統(tǒng)各設備的運行狀態(tài)，并顯示各設備的實時活動畫面、工況參數(shù)及故障報警;以圖形方式顯示當前或歷史上某一時刻的運行參數(shù)，圖形包括系統(tǒng)總平面圖、各分系統(tǒng)的系統(tǒng)圖和任意分系統(tǒng)內(nèi)某一部分子系統(tǒng)或設備的局部圖。還針對各種不同的數(shù)據(jù)作出趨勢變化圖形，顯示系統(tǒng)中某些參數(shù)在指定的一段時間內(nèi)的變化曲線，可以對系統(tǒng)運行的情況進行分析。各種圖形間相互轉(zhuǎn)換通過軌跡球自由選擇。 故障診斷、報警及故障處理:系統(tǒng)獨有的報警及事故保障程序，可對系統(tǒng)發(fā)生的故障和危險進行及時判斷，并采取有效措施。系統(tǒng)實時接受各部分送來的參數(shù)狀態(tài)信息，經(jīng)分析整理后將故障信息及時在屏幕上進行顯示，上述信息都貯存在硬盤的故障信息庫中，供以后查找和分析。設備一旦發(fā)生故障，可通過網(wǎng)絡通訊及時在主機報警顯示并自動進行故障數(shù)據(jù)存盤，主機立即發(fā)出指令對設備進行保護及相應的連鎖操作。 3.6 PLC編程設計 采用子程序結(jié)構(gòu)，編程格式為傳統(tǒng)的PLC常用語言梯形圖，并用中文和英語單詞標注說明。 3.7 功能特點 變頻調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)范圍寬，靈敏度高，線性度可達0.99，電氣控制回路簡單、可靠; 變頻調(diào)速電機效率高，節(jié)能節(jié)電，與滑差調(diào)速相比可節(jié)能20%～30%; 電機只接受頻率可調(diào)的三相電源，省去了機械變速齒輪裝置; 以微處理機為基礎的交流變頻器替代了機械調(diào)速機，使得電動機調(diào)速控制系統(tǒng)運行可靠，維護方便，性能價格比高; 可實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)矩恒定，平方轉(zhuǎn)矩，功率恒定輸出等各種運行方式; 交流電機安裝在現(xiàn)場，而控制柜則安裝在電氣控制室，設備運行條件得到了改善，減少了現(xiàn)場維護量; 可以對多參數(shù)實現(xiàn)編程輸入; 具有失電、缺相、過壓、欠壓及過流自動保護功能; 雙工作電源互為備用，當一路工作電源出現(xiàn)失壓、斷電時，另一路工作電源自動投入; 給粉均勻，燃燒穩(wěn)定，降低了鍋爐穩(wěn)燃投油值; 系統(tǒng)自投率可達90%以上。 4 結(jié)束語 給粉變頻調(diào)速控制系統(tǒng)克服了燃煤鍋爐煤粉通常調(diào)節(jié)方法的缺點，鍋爐給粉應用變頻調(diào)速控制系統(tǒng)后具有節(jié)能、調(diào)速線性、運行可靠、經(jīng)濟性好、運算精度高、人機界面友好等優(yōu)點，極大的提高了熱工自動控制的準確率、投入率和利用率，提高了能源利用效率，改善了系統(tǒng)運行工藝和主汽壓力品質(zhì)，具備了完善的保護功能、降低了運行成本、提高了經(jīng)濟效益，是電廠鍋爐給粉調(diào)節(jié)系統(tǒng)設計與改造中最優(yōu)選方案之一。