犁煤器控制系统课程设计.doc

犁煤器控制系统设计 i 摘 要 锅炉是企业的主要动力设备，锅炉设备运行状况的好坏直接影响到工厂的 产品质量及经济效益，并且工厂的节能与设备管理达标与否，也将产生很大影 响。用继电器组成的计数器，是一个很好的步进器，它能够根据输入脉冲的个 数，逐次向前翻转计数。由步进器和输入矩阵、输出矩阵便组成了犁煤器配煤 的自动控制装置。此外，还必须配置中煤位切换电路，具有跳步功能和召唤配 煤功能，这样才构成完整的犁煤器自动配煤的功能。我国火电厂的配煤系统自 动化程度，与机、炉、点击比较，显得非常落后，也很不适应；尤其对大型火 电厂，燃煤量大，上煤任务繁重，操作人员工作条件差的配煤系统更是如此， 因此，运用现代化的管理技术，实现和提高配煤自动化水平，对安全经济运行 具有更大的意义。随着火电厂规模和打击容量的扩大，许多大型工况设备在配 煤系统得到广泛的应用。且多数具备自动或半自动功能。 如何组织和广利好这些大型设备，使整个配煤系统在最高的效率状态下运 行，是国内火电厂输煤专业发展中需要解决的首要问题，由于电厂粉尘和噪声 比较大，设备运行环境恶劣，由传统的常规电器构成的控制系统运行可靠性差， 而可变成控制器具有可靠性高，抗干扰能力强，扩充方便，组合灵活控制程序 改写方便，体积小，重量轻，施工工作量减小，功能完善的特点因此由由其构 成的的配煤控制系统目前得到普遍应用。由于配煤系统设备多，所以煤他配煤 系统拥有各自的控制系统使整个配煤系统过程控制器。 关键词：关键词：锅炉、梨煤器、配煤、可编程控制器 沈阳工程学院课程设计 ii 目 录 摘摘 要要 i 目目 录录.ii 1 犁煤器控制系统概述犁煤器控制系统概述- 1 - 1.1 火电厂输煤控制系统概述- 1 - 1.2 plc 在电厂输煤系统中的应用- 1 - 1.3 犁煤器组成及工作原理- 1 - 2 犁煤器系统控制设计内容犁煤器系统控制设计内容- 2 - 2.1 犁煤器控制系统基本原理- 2 - 2.2 胶质层重叠- 2 - 2.3 互换性配煤- 2 - 2.4 共炭化- 2 - 3 犁煤器系统控制系统工艺概述犁煤器系统控制系统工艺概述.- 4 - 3.1 系统结构设计- 4 - 3.2 系统工艺概述- 4 - 3.2.1 低煤位优先配煤.- 5 - 3.2.2 高煤位自动换仓.- 5 - 3.2.3 顺序配煤.- 5 - 3.2.4 循环配煤.- 5 - 3.2.5 原煤斗.- 5 - 3.2.6 煤位检测及判断.- 6 - 4 犁煤器控制系统硬件设计犁煤器控制系统硬件设计- 8 - 4.1 犁煤器控制系统硬件接线图- 8 - 4.2 犁煤器控制系统梯形图- 9 - 4.3 plc 硬件连接 i/o 接口.- 11 - 4.4 梯形图网络作用- 11 - 总结总结.- 12 - 参考文献参考文献.- 13 - 犁煤器控制系统设计 - 1 - 1 犁煤器控制系统概述 1.1 火电厂输煤控制系统概述 火电厂输煤系统的任务是卸煤、堆煤、上煤和配煤，以达到按时保质、保量为机组 （原煤 仓）提供燃煤的目的。整个输煤系统是火电厂十分重要的支持系统。它是保证机 组稳发满发的重要条件。 输煤系统是火电厂的重要组成部分，其安全可靠运行是保证电厂实现安全、高效不 可缺少的环节。输煤系统的工艺流程随锅炉容量、燃料品种、运输方式的不同而差别较 大，并且使用设备多，分布范围广。 火电厂输煤控制系统都是由可编程逻辑控制器来完成，目前大机组都采用 plc 控制 网络实现输煤系统的远程监控和计量管理功能。因此，学习和掌握 plc 控制系统设计对 自动化专业学生是必不可少的一个环节。 1.2 plc 在电厂输煤系统中的应用 可编程逻辑控制器（plc）是一种专门用于工业生产过程控制的现场设备。由于控制 对象的复杂性，使用环境的特殊性和运行的长期连续性，使 plc 在设计上有自己明显的 特点：可靠性高，适应性广，具有通信功能，编程方便，结构模块化。在现代集散控制 系统中，plc 已经成为一种重要的基本控制单元，在工业控制领域中应用前景极其广泛。 火力发电厂输煤工艺系统控制的要求有所差异，输煤程控系统的设计方案是由锅炉 的特性与工况所决定的，煤质必须符合锅炉的设计要求。现场控制采用 plc 增强了抗干 扰能力，使系统可靠性大幅提高且操作简单。上位机远程监控部分的实现使整个系统有 了一个统一的监视、管理平台，从而施以科学有效的控制方法。 最上层由两台工业控制计算机组成，一台用作主控机，另一台作为前者的备份机。 主控机与备份机均配备大屏幕彩色监视器，具备相同的监控功能。两台计算机通过串行 线与 plc 连接。根据串行通讯的特点，当一台主机与 plc 进行全双工通讯时，另一台主 机只能以监听方式连入通讯线。与 plc 进行全双工通讯的主控机能监控整个系统，而备 份机只具有监视功能，作辅助或备份用。 1.3 犁煤器组成及工作原理 犁式卸料机是火电厂燃料控制系统的主要配煤设备，又称犁煤器。它的主要作用是 把带式输送机输送的物料分配到不同的料仓中，满足不同物料的调配需要。 犁煤器主要由调节拉杆、犁头、电动推杆、托锟、托锟支架等组成。需要卸料时， 电动推杆收缩，使驱动臂摆动，压杆使犁头落下，同时平托锟架被拉料动作。不需要卸 料时，电动推杆伸出，推动臂摆动，压杆将犁头拉起同时平托，锟落下，胶带又恢复原 沈阳工程学院课程设计 - 2 - 来的槽型结构，可以正常运送物料 2 犁煤器系统控制设计内容 2.1 犁煤器控制系统基本原理 犁煤器的控制是整个配煤控制系统的核心。若有4台犁煤器，当运行人员按下启动按 钮时，信号传入plc中，第一台犁煤器工作，落犁。当犁头接触到限位开关时，信号传入 plc中，犁煤器电动机停止。当满足一定时间时，犁煤器自动动作，抬犁。当接触到上面 的限位开关时，犁煤器停止动作。与此同时第二台犁煤器开始动作，动作过程与第一台 一样。 2.2 胶质层重叠 要求配合煤中各单种煤的胶质体的软化区间和温度间隔能较好地搭接，这样可使配 合煤在炼焦过程中，能在较大的温度范围内处于塑性状态，从而改善粘结过程，并保证 焦炭的结构均匀。其中典型的方法是“j法”配煤技术。 “j法”配煤技术是一种快速、准 确、简单、经济、随机确定各种最佳（实用）配煤方案的新技术，以“煤的粘结能力测 定法”为基础，以煤与焦相互统一变化规律为依据，准确预测焦炭强度，按jb-vdaf“米” 字形配煤图及其原则进行操作，评估煤质，确定“主导煤” ，辨明“添加剂煤”和“填充 剂煤” ，用简“优选法”确定配煤比，定出配煤方案。 2.3 互换性配煤 焦炭质量取决于炼焦煤中的活性组分、惰性组分含量及炼焦操作条件。单种煤的变 质程度决定其活性组分的质量，镜质组平均组最大反射率是反映单种煤的变质程度的最 佳指标。目前应用煤岩学指导配煤，很多焦化厂都有自己的配煤方案，但一般都是镜质 组平均随机反射率、反射率直方图及镜惰比三个参数作为煤岩学配煤参数。根据互换性 配煤原理，当配煤有较强粘结性时，加入一定量焦粉或无烟煤有利于焦炭质量提高，回 配3%5%的焦粉代替瘦煤炼焦，技术上是可行的，但在同样煤质情况下不添加粘结剂， 要保证焦炭质量，焦粉的细度至关重要。 2.4 共炭化 煤中加入非煤粘结剂进行炭化，称为共炭化。共炭化研究为采用低变质程度弱粘结 煤炼焦时选用合适的粘结剂提供了理论依据，也为加入有机渣油塑料类橡胶类沥 青等与煤共炭化提供了可能性，并且为解决当前世界的环境污染问题做出了很大的贡献。 国外collin在400下将废塑料与煤焦油沥青共热解，收集热解油和气体产物，反应所得 的残余物与弱粘结煤共焦化能提高其结焦性；乌克兰的研究工作则是利用配煤同塑脂废 犁煤器控制系统设计 - 3 - 料共焦化，由于芳香结构的有机物对配煤的结焦性具有良好的影响，所得焦炭强度得以 提高，并获得贵重的化学产品。国内中国科学院山西煤炭化学研究所李保庆等利用10g固 定床反应器研究废塑料与煤共焦化特性。试验结果表明，当废塑料添加量不超过5%时， 煤气产率增加，焦油收率提高，焦油中脂肪烃和甲基化芳香化合物明显增加，而半焦性 质基本不受影响。研究认为，废塑料与煤共焦化技术可行。该所曾对几种沥青与重庆焦 化渣用corbett法进行了组成分析，研究表明，减压渣油和丙烷脱沥青饱和烃含量较高， 沥青质很少，作为改质剂性能较差。热裂化渣油和乙烯焦油含有相当高的芳烃与沥青， qi少，因此作为改质剂性能较好。煤焦油沥青具有较高的芳香性能，因此溶剂性能较好， 但qi含量高，对焦油过程中间相发展不利。 沈阳工程学院课程设计 - 4 - 3 犁煤器系统控制系统工艺概述 配煤是整个输煤系统的最后一个过程，但这个过程却是设备最多，控制也是相对比 较复杂的。在此过程的控制方式有两种，分别是自动配煤和手动配煤。下面将分别介绍。 同时也将介绍两种配煤设备，原煤斗和煤位检测。 3.1 系统结构设计 该电厂输煤控制系统根据机组需要设计每个煤仓分别装有一台梨煤器，而尾仓不需 要设置犁煤器。系统控制设备包括：皮带机 2 台、碎煤机 2 台、犁煤器 14 台、8 个原煤 斗等。 根据系统工艺及控制设备情况设计网络结构图如图 3.1 所示： 图 3.1 系统配置图 系统由现场总线层、控制层和管理层构成，通过现场总线同各个现场设备进行数据 交换，从而达到对现场设备进行集中监视和控制；而管理层过以太网进行连接，包括上 位机组态软件形成了数据管理层系统，上位机具有现场组态、网络组态等功能，通过 plc 编程软件和组态软件结合对控制层及现场设备进行数据监控和管理。 3.2 系统工艺概述 通常，煤仓自动配煤的控制流程是这样的：运行人员首先需要设定旁路仓、检修仓、 尾仓，以确定哪些煤仓需要加煤；然后，启动自动配煤程序，由程序进行全自动配煤。 自动配煤运行过程中遵循低煤位优先、高煤位自动换仓、顺序配煤等原则。 犁煤器控制系统设计 - 5 - 3.2.1 低煤位优先配煤 低煤位优先配煤也称补低配煤。配煤过程中无论在什么情况下，只要出现低煤位信 号，应立即切换到低煤位仓配煤，防止发生空仓。 3.2.2 高煤位自动换仓 在没有低煤位报警的情况下或所有低煤位仓补低完成后，自动配煤过程按照前后顺 序依次给非高煤位煤仓加煤，每个煤仓在加到出现高煤位信号以后，自动切换到下个非 高煤位仓加煤，如此依次进行直至加仓结束。 3.2.3 顺序配煤 配煤过程中的总体顺序是从煤仓皮带机尾部的煤仓，依次向皮带机头部的煤仓方向 从前往后进行配煤。配煤过程中，如果需要进行低煤位优先配煤，则先对低低煤位仓加 煤，消除低低煤位并加至低煤位后，再返转到低煤位优先配煤过程之前的那个煤仓，继 续按照顺序配煤的原则进行配煤。 3.2.4 循环配煤 循环自动配煤过程中，当依次加满所有煤仓后，通常的做法是停止皮带机输送系统、 终止配煤过程，但常常由于没有及时(提前)停止供煤，造成皮带机重载停机、甚至造成 加仓溢出，给输煤运行和维护带来不必要的麻烦。采用循环配煤的方式可以避免类似情 况的发生。当依次加满所有煤仓后，程序自动重新启动新一轮的自动配煤，再从煤仓皮 带机尾部的煤仓开始，依次向皮带机头部的煤仓方向进行配煤。由于机组运行过程中必 须不断地供煤，曾经加满的煤仓待到一轮配煤过程结束时，一般已经用掉了不少煤，通 过循环配煤不但可以在大多数情况下防止皮带机重载停机、煤仓加仓溢出等情况的发生， 还可以通过新一轮的配煤把已经用掉一部分煤的煤仓重新补满、增加设备运行效率、减 少启动皮带机加仓的次数、减轻运行人员以及设备的负担。 运煤系统的卸料可在 plc 上用编程方法实现，也可以用 plc 采集模拟量后通过组 态软件实现。优选方案为 plc 做程序控制，组态软件做监控及后期数据处理。通过此工 程与传统人工卸料相比，自动化水平和效率明显提高，会更自动、更精确，减轻工人劳 动量等。 3.2.5 原煤斗 原煤斗就是为煤炭耗用和输送之间设置的缓冲装置。考虑输煤系统有出现故障的原 因，一般原煤斗容量按相应于 10 小时以上的锅炉最大连续出力的耗煤量来考虑。 煤斗虽貌似简单，但在锅炉运行中因原煤斗的影响而使整台锅炉的生产运行受到影 响的事例是并不少见的。随着原煤斗容量和高度的增加，下部煤炭所受到的压力不断增 大，流动性差，滞流或堵煤的情况时有发生，尤其是在煤炭含水分高时。煤斗中的煤会 在下落到煤堆面时产生偏析，块煤相对集中于落煤点的周围，使落入给煤机的粒度随着 煤斗的煤位而变，煤斗的容积越大，其程度越严重。煤斗的棚煤、粘煤、积煤都会造成 出口落煤不畅，造成煤斗的有效容积减小、给煤机和磨煤机断煤等不利影响，这些因素 沈阳工程学院课程设计 - 6 - 对于制粉系统的安全稳定运行都是很不利的。 不同的发电厂采用了许多的有效方法避免以上问题的发生，如铁岭发电厂采用电动 的煤斗振动疏松机。其他电厂也有采用煤斗外悬挂重锤的，在煤斗棚煤时用人工敲击原 煤斗的方法使煤疏松被振落。还有的电厂在煤斗的内层加装了一层极为光滑而耐磨的特 种树脂板材，加装这种板材后减少了煤斗粘煤的可能。更常规的方法是在原煤斗上安装 压缩空气储罐（空气炮）以电磁阀来控制放炮，在煤斗堵煤时放炮使“搭桥”的煤被振 落，但这种方法的弊端是有时煤斗内的原煤会越轰粘结的越紧。原煤斗的外形及空气炮 如图 3.2 所示。 原煤仓的设计应按煤的特性进行，并满足下列条件： 1)煤仓的容量必须满足电厂上煤方式下的锅炉运行要求。 2)在控制的煤流量下，保持连续的煤流。 3)原煤仓内不会出现搭桥和漏斗现象。 为满足上述要求，应采取以下措施： 1)煤仓的形状和表面应有利于煤流的排出，不易积煤。大容量锅炉的原煤仓宜采用钢 架结构的圆筒仓形，下接圆锥形或双曲线形出口段，其内壁应光滑耐磨。 2)原煤仓下方的金属小煤斗出口截面不应太小，其下部采用双曲线形小煤斗时，截面 不应突然收缩。 3)煤仓内壁应光滑，不应有任何凹陷和突出部位以及物件。 图 3.2 原煤斗的下部及空气炮 3.2.6 煤位检测及判断 自动配煤能否顺利实现，还要依赖于现场设备、特别是煤仓煤位检测的准确可靠。 这里主要介绍采用超声波连续料位计和料位开关相结合实现煤仓煤位检测的方法。 超声波连续料位计工作原理 超声波物位计的换能器（传感器）被直接安装在被测介质上方，当高频脉冲声波由 换能器发出，遇被测物体(物料)表面被反射折回，部分反射回波被同一换能器接收，转 换成电信号。脉冲发送和接收之间的时间(声波的运动时间)与换能器到物体表面的距离 犁煤器控制系统设计 - 7 - 成正比。声波传输距离 s 与声速 c 和传输时间 t 之间的关系可用公式表示：s=ct/2。 信号通过电子单元处理显示其距离。 由于在超声波脉冲发射过程中的机械惰性占用了传 输时间，使得靠近换能器的一小段区域内反射波不能被接收，这一区域称为盲区。而盲 区的大小与选择的超声波物位计的型号有关。 每个煤仓的两侧落料口分别安装 1 只高煤位开关，检测距离由各厂原煤斗的高度而 定，同时在每个煤仓中间位置暗转了 1 套超声波料位检测探头。控制系统程序通过超声 波料位计侧得位信号即进行低煤位判断，低煤位的高度由各厂原煤斗的实际情况而定， 分别判断为低煤位(由于煤仓下半部分为漏斗状，越靠下容量越小，煤仓中约存有 1/3 左 右煤)。为了防止加仓溢出，高煤位除了照超声波煤位信号判断外，还同时通过安装在落 口的高煤位开关判断，高煤位开关的高度根据实际情况而定，即当煤位对应于高煤位附 近时，高煤位开关被触发动作(由于煤仓内煤位空间分布的不均衡，位开关检测的实际煤 位和超声波料位计检测到的位并不完全一致)。实际使用过程中，超声波料位煤位信号由 于其工作原理的原因(超声波料位计采用的是巡检方式，采集现场探头的信号并进行计算 取舍后，将料位信号送到控制系统中)至少延迟 lmin 以上，高煤位开关只要被触发，无 论超声波煤位是否达到相对应的限值，控制程序都判断为煤位已经到达相应位置，从而 大大增了煤位检测的准确性和可靠性。 沈阳工程学院课程设计 - 8 - 3m 3m 24v dc + - - 4 犁煤器控制系统硬件设计 4.1 犁煤器控制系统硬件接线图 k1 k2 mm+ i0.0 q0.0 k2 i0.1 k2 i0.2 q0.1 k1 k1 i0.3 p k3 i0.4 q0.2 k4 k4 i0.5 l i0.6 q0.3 k3 i0.7 c k4 i1.0 q0.4 k3 i1.1 i1.2 q0.5 i1.3 i1.4 q0.6 mm- q0.7 - 图 4-1 plc 直流电机外部接线图 犁煤器控制系统设计 - 9 - 4.2 犁煤器控制系统梯形图 沈阳工程学院课程设计 - 10 - 犁煤器控制系统设计 - 11 - 4.3 plc 硬件连接 i/o 接口 表 4.1 犁煤器系统设计梯形图 i/o 表 i/o 地址符号名称i/o 地址符号名称 i0.0启动按钮q0.0#1 犁煤器电动机正转 i0.1#1 犁煤器落犁限位开关q0.1#1 犁煤器电动机反转 i0.2#1 犁煤器抬犁限位开关q0.2#2 犁煤器电动机正转 i0.3#2 犁煤器落犁限位开关q0.3#2 犁煤器电动机反转 i0.4#2 犁煤器抬犁限位开关q0.4#1 犁煤器动作指示灯 i1.0停止按钮q0.5#2 犁煤器动作指示灯 4.4 梯形图网络作用 网络 1：#1 犁煤器电动机正转自锁互锁电路。当 i0.1 为 1 时，自锁电路断开，即#1 犁煤器电动机停止动作，完成落犁。 网路 2：计时器 t37 定时回路，当 i0.1 为 1 时，计时器 t37 开始计时，10 秒后 t37 为 1，网络 3 断开后 t37 复位。 网络 3：#1 犁煤器电动机反转自锁互锁电路。当 i0.2 为 1 时，自锁电路断开，即#1 犁煤器电动机停止动作，完成抬犁。 网络 4：#2 犁煤器电动机正转自锁互锁电路。当 i0.3 为 1 时，自锁电路断开，即#2 犁煤器电动机停止动作，完成落犁。 网络 5：计时器 t38 定时回路，当 i0.3 为 1 时，计时器 t38 开始计时，10 秒后 t38 为 1，网络 5 断开后 t38 复位。 网络 6：#2 犁煤器电动机反转自锁互锁电路。当 i0.4 为 1 时，自锁电路断开，即#2 犁煤器电动机停止动作，完成抬犁。 网络 7：#1 犁煤器动作指示灯电路。当犁煤器正处于抬犁或落犁状态时，犁煤器动 作指示灯将发出闪光；当犁煤器犁头已经处于下方时，犁煤器动作指示灯将发出平光。 网络 8：#2 犁煤器动作指示灯电路。当犁煤器正处于抬犁或落犁状态时，犁煤器动 作指示灯将发出闪光；当犁煤器犁头已经处于下方时，犁煤器动作指示灯将发出平光。 沈阳工程学院课程设计 - 12 - 总结