摘要：給粉機(jī)是動(dòng)力分公司鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的重要組成部分,本文介紹了施耐德Micro 系列PLC、ATV58變頻器、XBTF034100人機(jī)界面在給粉機(jī)控制改造中的應(yīng)用，給出了改造后新系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和部分梯形圖。
關(guān)鍵詞：給粉機(jī) PLC 變頻器 人機(jī)界面 Modbus
1. 引言
給粉機(jī)控制系統(tǒng)是動(dòng)力分公司燃燒控制系統(tǒng)的重要組成部分。由于鍋爐燃燒系統(tǒng)對(duì)動(dòng)力分公司的燃燒、產(chǎn)汽量、發(fā)電量等提出的高要求，使得給粉機(jī)等燃燒控制系統(tǒng)倍受重視，促使其自動(dòng)化及調(diào)速的可靠性得到了很大的提高。給粉機(jī)控制系統(tǒng)的任務(wù)是及時(shí)高效地將粉倉(cāng)內(nèi)的煤粉輸送到爐膛內(nèi)燃燒，動(dòng)力分公司原有方式采用傳統(tǒng)的繼電器控制方式用電磁轉(zhuǎn)差離合器來(lái)調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)速。在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)有以下問(wèn)題：
(1) 由于繼電器長(zhǎng)期使用后常出現(xiàn)接頭氧化、接觸不良和線圈燒損等現(xiàn)象，使系統(tǒng)運(yùn)行可靠性降低，故障檢查與排除比較困難，且不易改變控制邏輯。
⑵ 給粉機(jī)的電磁調(diào)速雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但用作負(fù)反饋的測(cè)速發(fā)電機(jī)故障較高，且調(diào)速作用僅能改變離合器從動(dòng)部分的轉(zhuǎn)速,電動(dòng)機(jī)本身的轉(zhuǎn)速并未改變,無(wú)法節(jié)能。
⑶ 繼電器控制系統(tǒng)不具備通訊功能，無(wú)法和燃燒系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作。
⑷ 電動(dòng)機(jī)經(jīng)常與滑差電機(jī)同步造成堵粉管。
為了解決上述問(wèn)題，我們對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行了改造。改造系統(tǒng)選用了法國(guó)施耐德公司的Micro系列PLC、觸摸屏XBTF 和ATV58HU54N4變頻器對(duì)給粉機(jī)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行改造，以達(dá)到提高系統(tǒng)可靠性、節(jié)能增效的目的。
2. 系統(tǒng)硬件構(gòu)成
改造后的控制調(diào)速系統(tǒng)包括上位機(jī)（1臺(tái)XBTF034100人機(jī)界面）、 下位機(jī)（1臺(tái)Micro PLC）、調(diào)速部分8臺(tái)ATV58HU54N4變頻器、接觸器及中間繼電器等部分。
① 人機(jī)界面采用施耐德公司生產(chǎn)的XBTF-034100與PLC的AUX人機(jī)接口相連，其控制程序用施耐德XBTF-L1000 V3.7組態(tài)軟件編制。主要有以下功能：實(shí)現(xiàn)獨(dú)立操作狀態(tài)對(duì)上排或下排給粉機(jī)單獨(dú)操作（啟動(dòng)/停止、加/減轉(zhuǎn)速）；同操狀態(tài)同時(shí)對(duì)上排或下排給粉機(jī)（加/減轉(zhuǎn)速）；正常運(yùn)行時(shí)可顯示電流、電壓、轉(zhuǎn)速、頻率、設(shè)備運(yùn)行或故障狀態(tài)代碼等信息，幫助了解系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)或故障原因，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控。
② PLC控制系統(tǒng)采用施耐德公司的Micro TSX 37 21 101模板，根據(jù)給粉機(jī)主要是順序和邏輯控制，過(guò)程變量基本上是開關(guān)量，所以控制部分選用一個(gè)TSX DMZ 28DR輸入16I/輸出12O和一個(gè)TSX DE 12D2輸入12I模板。PLC根據(jù)來(lái)自觸摸屏的指令及參數(shù)控制各變頻器，并采集現(xiàn)場(chǎng)變頻器的轉(zhuǎn)速、電壓、頻率、運(yùn)行代碼及故障代碼傳送給觸摸屏XBTF-034100上，在相應(yīng)的頁(yè)面上顯示出來(lái)。
③ 調(diào)速系統(tǒng)采用施耐德公司的ATV58HU54N4變頻調(diào)速器。
新系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。
3. 軟件設(shè)計(jì)
給粉機(jī)控制流程如圖2所示，其任務(wù)主要是根據(jù)送風(fēng)機(jī)所處狀態(tài)或轉(zhuǎn)換開關(guān)連鎖/解除以及接觸器狀態(tài)和人機(jī)界面指令，通過(guò)PLC控制變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)給粉機(jī)的啟/停、速度增/減，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)緊急停機(jī)并進(jìn)行報(bào)警處理，PLC判斷是否有過(guò)載，變頻器和電動(dòng)機(jī)是否工作正常，滿足條件則啟動(dòng)。當(dāng)變頻器處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，可以通過(guò)就地或控制室指令增/減電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。控制室是通過(guò)人機(jī)界面顯示操作給粉機(jī)轉(zhuǎn)速、接觸器狀態(tài)及設(shè)備運(yùn)行、故障代碼。
部分I/O點(diǎn)及變量編號(hào)分配見表1
[center]圖2 給粉塵機(jī)流程圖[/center]
4. 系統(tǒng)的通訊功能
變頻器通過(guò)Modbus通訊口相連接受PLC發(fā)出的指令及參數(shù)控制各電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)/停止、加減轉(zhuǎn)速，并將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳送給PLC進(jìn)行調(diào)節(jié)。PLC的強(qiáng)大通訊功能使其不僅可以與施耐德公司的工控產(chǎn)品進(jìn)行通訊，而且也可以與第三方廠商的產(chǎn)品進(jìn)行通訊。以后進(jìn)行系統(tǒng)集成時(shí)也就不必再對(duì)給粉機(jī)部分的硬件進(jìn)行大的變動(dòng)，只需在PLC中加入通訊程序即可。
表1:
5. 工作過(guò)程以及部分梯形圖
① Micro PLC程序用施耐德PL7 PRO編程軟件編制，包括變頻器的連鎖、手動(dòng)/自動(dòng)、急停，通訊、轉(zhuǎn)速增/減，并根據(jù)信息到達(dá)的先后在觸摸屏上顯示出來(lái)，在PLC程序中使用的位存儲(chǔ)區(qū)應(yīng)與觸摸屏上的相應(yīng)按鈕和數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)，整過(guò)程序采用梯形圖編程。
② PLC與變頻器通訊采用Modbus 協(xié)議，PLC巡回讀出/寫入需16次用計(jì)數(shù)器%C0.P操作模塊實(shí)現(xiàn)和達(dá)到工藝要求需設(shè)置變頻器最大值、最小值；%MW80：=66是任意運(yùn)行狀態(tài)下變頻器最低頻率6.6HZ、%MW81：=360是變頻器最大頻率36HZ，%MW85：=%MW80啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)是PLC對(duì)變頻器寫入最小頻率6.6HZ。（見圖3）。
③ 為實(shí)現(xiàn)給粉機(jī)同送風(fēng)機(jī)連鎖程序設(shè)置了連鎖投入/解除、上排/下排連鎖開關(guān)，過(guò)程如下：
通電可運(yùn)行，在連鎖狀態(tài)下通過(guò)轉(zhuǎn)換開關(guān)%I3.0常閉接點(diǎn)-上排%I3.4/下排%I3.5常閉接點(diǎn)（解除連鎖時(shí)%I3.0常開接點(diǎn)）-運(yùn)行開關(guān)%I3.1-操作模塊（%Q2.4—%Q2.11）給變頻器發(fā)出16#000F可以運(yùn)行命令。
斷電不可運(yùn)行，在連鎖狀態(tài)下通過(guò)轉(zhuǎn)換開關(guān)%I3.0常閉接點(diǎn)-上排%I3.4/下排%I3.5常開接點(diǎn)閉合（緊急停車時(shí)%I3.3常開接點(diǎn)閉合或運(yùn)行開關(guān)%I3.1閉合）-操作模塊（%Q2.4—%Q2.11）給變頻器發(fā)出16#0000停止運(yùn)行命令。具體程序見下圖4。
[center]圖4[/center]
④ PLC控制系統(tǒng)在正常加電的情況下，PLC根據(jù)手動(dòng)或自動(dòng)狀態(tài)輸入的信號(hào)來(lái)輸出控制信號(hào)對(duì)變頻器輸出加速或減速的程序。
[center]圖5[/center]
A、手動(dòng)增速/減速順序。
增速：%I3.2閉合- 按下%I1.0按鈕-%M11上升沿輸出-比較模塊%MW221〈=%MW81輸出為1-操作模塊%MW221：=%MW221+%MW86輸出步長(zhǎng)為1變頻器增加0.1赫茲。
減速：%I3.2閉合-按下%I1.1按鈕-%M21上升沿輸出-比較模塊%MW221〉=%MW81輸出為1-操作模塊%MW221：=%MW221-%MW86輸出步長(zhǎng)為1變頻器減少0.1赫茲。
B、人機(jī)界面增速/減速順序。
增速：%I3.2常開閉合-來(lái)自人機(jī)界面%MW20：X1閉合-%M11上升沿輸出-比較模塊%MW221〈=%MW81輸出為1-操作模塊%MW221：=%MW221+%MW86輸出步長(zhǎng)為1變頻器增加0.1赫茲。
減速：%I3.2常開閉合-來(lái)自人機(jī)界面%MW21：X1閉合-%M21上升沿輸出-比較模塊%MW221〉=%MW81輸出為1-操作模塊%MW221：=%MW221-%MW86輸出步長(zhǎng)為1變頻器減少0.1赫茲。
C、當(dāng)按下人機(jī)界面上增速鍵%MW29：X1步長(zhǎng)輸出5-%C2.D-%M11-比較模塊%MW221〈=%MW81輸出為1-操作模塊%MW221：=%MW221+%MW86輸出步長(zhǎng)為1變頻器以0.5赫茲疊加直至放開按鍵/如果是%MW29：X2步長(zhǎng)輸出10，變頻器1赫茲疊加直至放開按鍵。
D、當(dāng)按下人機(jī)界面上減速鍵%MW29：X1步長(zhǎng)輸出5-%C2.D-%M11-比較模塊%MW221〈=%MW81輸出為1-操作模塊%MW221：=%MW221+%MW86輸出步長(zhǎng)為1變頻器以0.5赫茲疊減直至放開按鍵/如果是%MW29：X2步長(zhǎng)輸出10，變頻器1赫茲疊減直至放開按鍵。
⑤為保證變頻器在運(yùn)行和啟動(dòng)時(shí)的工藝要求需設(shè)定給粉機(jī)的最低最高速度，還需編寫以下程序：
[center]圖6[/center]
6. ATV58HU54N4變頻器的編程
變頻器編程主要是利用內(nèi)部順序選則和連鎖來(lái)對(duì)變頻器進(jìn)行編程,為了使變頻器編程方便，施耐德公司已將讀取菜單順序編排好，所以在編程效率大幅度提高；對(duì)變頻器大多數(shù)出廠設(shè)置的默認(rèn)參數(shù)可以不進(jìn)行更改，在該控制系統(tǒng)中主要需設(shè)置控制方式為Modbus遠(yuǎn)程通訊方式控制以及將通訊數(shù)率設(shè)置成19200bps。
7. 系統(tǒng)的主要功能介紹
本系統(tǒng)只是對(duì)上面幾章的介紹的實(shí)現(xiàn)，其主界面如下：
[center]圖7[/center]
[center]圖8[/center]
然后在上/下排獨(dú)立操作按鈕點(diǎn)擊后為紅色時(shí)，點(diǎn)動(dòng)上/下鍵1次增加或減少0.1HZ頻率。按下按鈕的時(shí)間超過(guò)2秒頻率以0.5HZ疊加/疊減（按下按鈕的時(shí)間超過(guò)4秒頻率以1HZ疊加/疊減）。
如果上/下排獨(dú)立操作按鈕點(diǎn)擊后為黃色時(shí)，點(diǎn)擊上或下排1#的增加或減少鍵上或下排其它給粉機(jī)將隨1#給粉機(jī)以相同的頻率變化，其它增加或減少鍵不起作用。
7.3 給粉機(jī)的系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示
點(diǎn)擊參數(shù)顯示按鍵進(jìn)入以下界面
[center]圖9[/center]
該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了幾個(gè)常用的參數(shù)顯示，包括電動(dòng)機(jī)頻率、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、電動(dòng)機(jī)電流、線電壓、報(bào)警代碼、運(yùn)行狀態(tài)。
8. 結(jié)束語(yǔ)
改造后簡(jiǎn)化了機(jī)構(gòu)提高了性能，通過(guò)PLC可編程序控制器控制，再經(jīng)變頻調(diào)速器實(shí)現(xiàn)多電機(jī)的同步協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)。根據(jù)生產(chǎn)工藝曲線控制各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而簡(jiǎn)化了機(jī)構(gòu)。比如給粉機(jī)利用交流變頻調(diào)速，去掉了滑差調(diào)速機(jī)構(gòu)，從而克服了用作負(fù)反饋的測(cè)速發(fā)電機(jī)故障較高，且調(diào)速作用僅能改變離合器從動(dòng)部分的轉(zhuǎn)速的問(wèn)題，電動(dòng)機(jī)本身的轉(zhuǎn)速也同時(shí)改變達(dá)到節(jié)能作用；而對(duì)于給粉機(jī)來(lái)說(shuō)，由于利用變頻調(diào)速器去掉了滑差調(diào)速機(jī)構(gòu)，進(jìn)而克服了滑差電機(jī)同步現(xiàn)象，避勉了粉管堵塞，確保了鍋爐的平穩(wěn)運(yùn)行。實(shí)際應(yīng)用表明：該系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，具有控制性能可靠、操作維護(hù)方便、智能化程度高等特點(diǎn)，是目前給粉機(jī)控制技術(shù)改造的一種優(yōu)選方式。
參考文獻(xiàn)
1、皮壯行 宮振鳴 李雪華 可編程序控制器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)例 機(jī)械工業(yè)出版社 2003年
2、廖常初 PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用 2003年
3、施耐德公司 Modicon TSX Micro PL7 Micro 軟件應(yīng)用手冊(cè) 2000年
4、施耐德公司 Modicon TSX Micro PL7 Micro 軟件操作手冊(cè) 2000年
5、施耐德公司 ATV58用戶及編程手冊(cè) 2001年
6、施耐德公司 ATV58 avr Modbus通訊協(xié)議手冊(cè) 2000年