格雷母线定位之叶轮给煤机 - 格雷母线工控博客工控论坛 - 中国工控网
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&本栏论题：
格雷母线定位之叶轮给煤机& [2260]
一、系统构成&&&
二、格雷母线通信定位装置结构及原理&&&
三、主要设备配置及相关软件说明&&&
四、系统基本功能&&&
五、系统的主要技术指针&&&
六、交付n及技术服务&&&
七、质量验收标准及程序&&&
一、系统构成&&&
要完成叶轮给煤机的程控功能，首先要解决两个基础的技术问题：第一位置检测问题，即叶轮给煤机的位置精确检测；第二通信问题，即叶轮给煤机之间、叶轮给煤机与中控室主机之间的数据交换问题。&&&
以下框图给出4台叶轮给煤机(每路皮带机上设2台)的设计方案&&&
如图所示，叶轮给煤机程控系统由地面站和车载站组成。&&&
格雷母线通信定位装置采用车上检测方式，每台车上地址译码器直接译码出本车地址，地址通过485总线传到车上PLC，地址检测精度为5毫米。用于解决叶轮给煤机的走行控制和联锁操作。&&&
每台车设置一台感应通信装置，感应通信装置通过485总线与车上PLC相连，用于解决叶轮给煤机与地面站的数据交换和联锁操作。。&&&
地面站感应通信装置通过485总线与通信控制器相连，通信控制器经过光端机与中控室PLC连接，完成车上PLC与地面中控站PLC的数据通信。用于解决叶轮给煤机与地面站的数据交换和叶轮给煤机的集中监控。&&&
二、格雷母线通信定位装置结构及原理&&&
格雷母线将电磁感应原理应用于位置检测和数据通信领域。格雷母线以相互靠近的扁平状的电缆和天线箱之间的电磁耦合来进行通信，并在通信的同时检测到天线箱在格雷母线长度方向上的位置。&&&
2．1、格雷母线位置检测构成&&&
格雷母线位置检测包括地址编码发射器，地址编码接收器，格雷母线，天线箱四个部分。&&&
2． 2、格雷母线位置检测工作原理&&&
利用最简单的单匝线圈的感应原理,当天线箱线圈中通入交变电流时，在天线箱附近会产生交变磁场，每对格雷母线芯线会产生感应电动势。格雷母线芯线按格雷码规律排列。地址检测单元对接收到的信号进行相位比较，同相地址为“0”； 反相地址为“1”，由此确定移动站在格雷母线长度方向上的位置。位置检测精度达5mm。&&&
2． 3、格雷母线通信定位装置数据通信基本原理&&&
格雷母线数据通信单元包括发信机、天线箱、收信机、感应环线等部分。&&&
在格雷母线中增加两对感应环线用于数据通信，通过电磁耦合在发信机和收信机之间传送信息，信息使用频率键控(FSK)方式调制，使用相干解调，标准通信速率9600bps，通信误码率：10-7。&&&
2． 4、格雷母线通信定位装置的数据接口&&&
2． 5、格雷母线通信定位装置特点&&&
（1）非接触工作方式：非接触工作方式，不怕抖动，无滑脱和磨损等故障；&&&
（2）绝对位置检测：能够连续地、高精度地检测绝对地址，位置检测精度达5毫米，无滑差、抖动误差、可以实现移动机车自动行走和全自动操作；&&&
（3）通信适用范围广：通过电磁耦合来进行通信,不受环境条件限制，接收灵敏度高。例如在隧道内空间电磁波便很难传送 ，格雷母线能实现通信；&&&
（4）不受无管会管制；数据通信的载频为低频，所产生的电磁场只限于几米范围，辐射比工厂使用高频无线电通信系统容许的级别低，不需要向无管会申请即可使用；&&&
（5）兼容性好：位置检测和数据通信可以合用一根格雷母线电缆，施工方便、安装维护简单，占空间小，不影响现场外观，不改变现场设备；&&&
（6）抗干扰能力强：使用交叉扭绞结构及相位检测技术，天线箱与格雷母线两者间隙从30毫米到300毫米均可正常工作，不受环境噪音和接收信号电平波动的影响，能够在诸如铁矿石场等恶劣环境条件中长期可靠的工作。&&&
三、主要设备配置及相关软件说明:&&&
3．1、格雷母线&&&
格雷母线安装在支架上，格雷母线由地址编码发生器驱动，不需要单独供电。&&&
3．2、地面站&&&
地面站电气柜放于现场操作室。电气柜尺寸为:高×宽×深=(mm)，电气柜供电:AC220V,1OA。&&&
电气柜包含地址编码发生器，感应通信装置，通信控制器。&&&
3．3、车上设备&&&
包括天线箱1、天线箱2、地址编码接收器、感应通信装置、电源，车上设备放于车上PLC控制柜，供电:AC220V,3A。&&&
天线箱1：安装在叶轮给煤机上，与格雷母线平行，用于感应通信。每台叶轮给煤机1套。天线箱1尺寸为: 540*300*50（mm）。&&&
天线箱2：安装在叶轮给煤机上，与格雷母线平行，用于地址检测。每台叶轮给煤机1套。天线箱2尺寸为: 300*250*50（mm）。&&&
地址编码接收器：安装在车上控制机柜或车上PLC控制柜中，用于车上译码地址。每台叶轮给煤机1套。地址编码接收器尺寸为: 300*150*50（mm）。供电:DC24V,3A。&&&
感应通信装置：安装在车上控制机柜或车上PLC控制柜中，用于车上感应通信。每台叶轮给煤机1套。感应通信装置尺寸为: 200*100*50（mm）。供电:DC24V,3A。&&&
电源模块：电源模块为: 西门子6EP1333 。AC220V转DC24V&&&
３．４、应用软件&&&
叶轮给煤机应用软件包括上位机监控软件和车上控制软件&&&
３．４.１上位机监控软件&&&
３．４.２移动站车上控制软件&&&
　　位置自动识别软件&&&
　　控制,联锁计算软件&&&
四、系统基本功能&&&
４.１ 叶轮给煤机走行位置检测： &&&
叶轮给煤机走行位置通过安装在轨道旁的格雷母线检测到，检测精度5毫米，防止叶轮给煤机碰撞或掉道。&&&
４.2 叶轮给煤机车地间双向数据交换：&&&
格雷母线电缆中增加两对感应环线用于数据感应通信，地面站感应通信单元直接与监控系统计算机相连，车上感应通信单元与叶轮给煤机上PLC相连,通过感应通信方式实现叶轮给煤机与监控系统计算机的双向通信。&&&
４.3 叶轮给煤机手动操作功能。&&&
就地控制箱操作功能：&&&
叶轮主电机启动/停止；&&&
叶轮主电机旋转升速/降速；&&&
叶轮给煤机前行/后行/停止；&&&
皮带联锁/联锁解除。&&&
就地控制箱显示功能：&&&
电源指示； 叶轮旋转故障；给煤机行走故障；叶轮主电机转速频率值；给煤机前行/后行。&&&
3 地控制箱位置变送功能。&&&
４.4 叶轮给煤机自动操作功能。&&&
1 在主机显示器上按选定运行方式（定点/前行/后行）控制叶轮给煤机的启动、停止；&&&
2 在主机显示器上调整叶轮主电机转速；&&&
3 在主机显示器上显示叶轮给煤机的运行状态：叶轮旋转及实际转速；给煤机行走方向；给煤机行走位置；给煤机工作方式：就地/远方；&&&
4 在主机显示器上显示故障信息：行走故障；叶轮旋转故障；位置传感故障；通讯故障；极限相撞。&&&
5 多机运行：单路皮带的两台叶轮给煤机或双路皮带的四台叶轮给煤机可同时运行，系统根据其行走位置，自动调整叶轮给煤机的行走过程； &&&
6 区间运行：每台叶轮给煤机均可在各自的有效运行范围内设置区间运行；&&&
7 皮带联锁：当皮带不运行时，叶轮给煤机不能启动；当叶轮给煤机正在运行时皮带停转，叶轮给煤机随即停机；&&&
8 故障数据库：按故障发生时间、顺序记录故障性质；&&&
４.5 叶轮给煤机联锁功能。&&&
实现叶轮给煤机与地下设备间联锁控制，防止堵料事故。&&&
４.６叶轮给煤机远程监控&&&
1生产管理及动画监控；&&&
2 采集各给煤机的信息并形成控制命令；&&&
3 加强叶轮给煤机生产调度管理，提高工作效率，实现对叶轮给煤机的程控。&&&
五、系统的主要技术指针&&&
1、 装置适应环境温度为：－45℃～＋80℃（室外设备），0℃～＋50℃（室内设备），适应湿度条件为：≤95%（室外设备），≤85%（室内设备）。 &&&
2、格雷母线位置检测：连续的绝对位置检测，检测精度5mm；&&&
3、格雷母线感应通信波特率：全双工通信，9600bps；&&&
4、格雷母线感应通信误码率：＜10-7；&&&
5、有可靠防雷措施和防电磁干扰性能； &&&
6、可用光缆联网，资料远传。&&&
六、交付n及技术服务&&&
所交付n包括:&&&
1. 技术说明书:&&&
2. 技术方案;&&&
3. 操作说明书;&&&
4. 培训教材;&&&
5. 随设备一起的附带说明书;&&&
6. 与设备和工厂部分有关的档;&&&
7. 安装数据;&&&
技术服务包括:&&&
1. 设备操作及维护培训;&&&
2. 指导安装.&&&
七、质量验收标准及程序&&&
1. 整个系统经系统安装调试完成后,再由用户及有关单位,组织人员对系统按合同要求进行全面测试.&&&
２.系统经双方测试合格后正式运行1个月无故障,即可对整个系统进行验收.&&&
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服务热线：5,75502&目录；1引言?????????????????????；1.2PLC简介................；1.3基于PLC给煤系统简介..........；2设计内容???????????????????；2．1叶轮给煤机控制系统控制功能????????；2．2PLC程序设计??????????????；2．3外围接线?????????????????；3工
1 引言 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 1
1. 1 实际工程中应用......................................................................................2
1. 2 PLC简介....................................................................................................2
1 . 3 基于PLC给煤系统简介.........................................................................2
2 设计内容 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 3
2．1叶轮给煤机控制系统控制功能 ??????????????????????????????????????????????? 3
2．2 PLC程序设计 ???????????????????????????????????????????????????????????????????? 3
2．3 外围接线 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 3
2. 4 点组态....................................................3
3 工艺分析及控制要求 ???????????????????????????????????????????????????????? 4
3．1 叶轮给煤机工艺流程图 ???????????????????????????????????????????????????????? 4
3．2 叶轮给煤机控制原理 ??????????????????????????????????????????????????????????? 4
3．3 叶轮给煤机控制系统的I/O点及地址分配 ??????????????????????????????? 5 4 叶轮给煤机控制系统硬件设计 ??????????????????????????????????????????????????????? 7
4．1 PLC硬件图 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????? 7
4.1.1 主机模块 ???????????????????????????????????????????????????????????????????? 7
4.1.2 实物图 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????? 7
4．2 电气控制图 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????? 8
4.3 PLC外围接线图 ??????????????????????????????????????????????????????????????????? 9 5 PLC程序设计及工作程序分析?????????????????????????????????????????????????????? 10
5．1 PLC程序设计 ??????????????????????????????????????????????????????????????????? 10
5．2叶轮给煤机工作过程分析 ???????????????????????????????????????????????????? 13
6 结论 ???????????????????????????? 14
7参考文献 ?????????????????????????? 15
本设计围绕火电厂叶轮给煤机控制，选用德国西门子公司的S7-200系列PLC,用紫金桥软件完成系统组态设计。
给煤系统的安全运行直接关系着机组的正常运行，而叶轮给煤机又是给煤系统的关键。叶轮给煤机安装在输煤沟里，环境潮湿，粉尘浓度大。叶轮给煤机的电源装置是三相动力电源线以炭刷滑线式送至给煤机的操作箱，整机行车时接触不良会产生火花，使电源线路表面与炭刷烧损严重。系统经常发生故障，影响正常上煤。为改善工人劳动环境和确保给煤机的安全运行，将叶轮给煤机的操作回路改为远方集控，运行人员可在远方的集控室直接启、停给煤机，同时根据电视屏幕的监视调节给煤机的给煤量反馈信号，集控室人员可以准确知道给煤机在煤沟中所处的位置，实现闭环控制。
本次设计中使用的西门子的S7-200系列PLC适用于各行各业、各种场合中的检查、监测及控制自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。由于它具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格、丰富的功能模块以及强大的指令系统，使得S7-200PLC可以近乎完美地满足小规模控制的要求。
用PLC对叶轮给煤机系统进行控制, 实现了叶轮给煤机远方程序控制。提高了系统的自动化水平和可靠性，减少了日常的维护。保证了输煤系统以及整个机组的安全稳定运行,使经济效益得到显著提高.
在实际工程中的应用
电厂煤系统包含卸煤、给煤、运煤和配煤4个环节。给煤机输煤系统是火力发电厂的生产过程中一个必不可少的环节，叶轮给煤机用于火电厂缝式煤沟，通过叶轮的旋转和车体的纵向移动，把原煤定量、均匀。连续地拨到输煤皮带上。
PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程；而有关的外围设备，都应按易于与工业系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
1.3 基于PLC给煤系统简介
针对叶轮给煤机的工作环境和运行特点，以叶轮给煤机的动力电源线为通信介质，采用载波通信模块和PLC控制器相配合的方式，对叶轮给煤机实施远程监控，从而提高了就地设备控制的自动化水平，改善了操作人员的工作环境。
2 设计内容
叶轮给煤机控制系统控制功能
根据现场的实际情况，由于叶轮给煤机的运行环境存在粉尘量大，煤场面积大，故障率高，维护工作量大，无法远方控制，运行环境恶劣等问题。针对叶轮给煤机的工作环境恶劣和运行故障率高的特点，对叶轮给煤机的具体控制应该包括以下几个方面：
1) 叶轮给煤机的电机应该实现正反转双向控制的功能。
2) 叶轮给煤机应该能够实现从起点到终点，再返回起始点的自动往返的功能。
3) 叶轮给煤机控制系统设有启动，停止，故障暂停，故障排除继续运行等功能。
2．2 PLC程序设计
为完成以上要求的控制功能，PLC程序应具有6个数字输入点，三个数字输出点。其中数字输入点应包含：叶轮给煤机启动、停止按钮，前进、后退限位开关，给煤机故障停机开关，及给煤机故障解除回复运行开关。数字输出点应包含叶轮给煤机前进、后行信号以及叶轮给煤机叶轮转动输出。
2．3 外围接线
首先，为PLC连接24V直流稳压电源，然后按照设计的要求以及原理将适当的手、自动开关以及限位开关接入PLC对应的输入端，将PLC的输出接到对应电机控制回路。此外，还要设置好冗余连接。具体的连接请参见PLC外围接线图。
2.4 点组态
使用户界面友好、画面美观实用、节约编程时间、可扩展性好
3 工艺分析及控制要求
3．1 叶轮给煤机工艺流程图
1―行走机构；2―拨煤机构；3―煤斗；4―机架；5―电控箱
QYG型桥式叶轮给煤机
3．2 叶轮给煤机控制原理
操作员发送的命令可由控制中心的主机通过通信卡传输到数据转发站,将数据信号变换成无线电信号发送给安装在叶轮给煤机上的终端机, 完成叶轮给煤机的开、关、调速和运行方向的控制, 完成煤仓挡板推杆电机或行走电机的启停控制。终端机将随时采集叶轮给煤机上的电源电压, 设备工作电流, 叶轮转 速, 给煤机的位置等数据，以供操作人员监控现场设备的工作状态,终端机还将随时采集的数据和设备运行的限量进行比较, 在设备运行电流超过设备的一次运行的终端机可随时向主机告警, 在设备运行电流超过设备的二次运行限量, 或电机出现缺相运行时, 终端机可立即关断设备的供电电源, 并向主机告警.
三亿文库包含各类专业文献、中学教育、各类资格考试、生活休闲娱乐、应用写作文书、幼儿教育、小学教育、高等教育、14叶轮给煤机控制系统控制PLC的实现等内容。　
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浅析叶轮给煤机的常用控制方法
一种叶轮给煤机的控制优化方案李兴学（神华集团国能检修总公司，河南 焦作 454001 ）摘
要：关键词：叶轮给煤机；控制方式；安全滑触线。A practical impeller coal feeder control modeLi-XingXue(Jiaozuo powerplant,jiaozuo,henan,454001)Abstract:
This control system is programmable controller (PLC), vector frequency converter, safety sliding contact line organically, reasonable configuration, so as to achieve impeller coal feeder fuselage only a handful of electrical equipment, in situ electrical control box to realize the good seal a control system.。Keywords:
L Seal.。1 引言叶轮给煤机是火力发电厂卸煤沟中不可缺少的主要设备。它可沿煤沟纵向轴道行走或停在一处将煤定量、均匀、连续地拨到输煤皮带上，广泛用于各个行业。 2 叶轮给煤机常用控制方式2.1
常用供电方式常用的叶轮给煤机供电方式一般为滑动托缆和安全滑触线。2.1.1滑动托缆滑动托缆由扁电缆和移动滑车及导轨组成。优点：设备布置简单，施工方便。缺点是因为电缆在叶轮给煤机运行过程中经常弯折而容易出现断线故障；有使用寿命限制；固定投资大，后期维护费用也大。2.1.2安全滑触线安全滑触线用于移动设备的供电，由滑线导轨和集电器两部分组成。火电厂叶轮给煤机所用的安全滑触线一般为H―200、300、500型滑触线。优点：经久耐用，价格便宜，维护费用低，不易积灰，理论上可以长期无故障使用。缺点：施工工艺复杂，如果使用的是钢芯铝滑线，则有接触电阻，存在一定电压降。2.2 常见调速方式早期叶轮给煤机调速多使用滑差电机加励磁调速器的方式，现已基本淘汰，现代叶轮给煤机的调速一般是通过变频器来实现的。变频器是应用变频和微电子技术，通过改变电源频率的方式来控制交流电动机的转速的，同时还具有完善的保护功能和强大的自诊断功能，可以最大限度地保护叶轮给煤机电机的正常工作。鉴于叶轮给煤机电机的使用工况和工作的单一性，一般的通用变频器即可满足其运行使用要求。2.3 常见控制方式现代燃煤发电厂中，叶轮给煤机控制一般是在应用可编程控制器（PLC）和变频调速技术（矢量变频器）的基础上，通过输煤程控上位机射频通讯、载波通讯、滑动拖缆或安全滑触线等的有机组合，实现叶轮给煤机的远方和就地控制。2.3.1射频控制系统（RF ）该系统是利用射频信号进行叶轮给煤机的远方程序控制的。主要设备是终端射频发射机和终端射频接收机。2.3.2智能载波控制系统该系统是利用电力载波通讯及计算机控制 、组态和频率识别技术，实现叶轮给煤机的远方程序控制的。2.3.3信号控制扁电缆缺点：1、卸煤沟环境比较恶劣，粉尘大，拖动控制电缆的电缆滑车容易损坏。2、扁电缆经过一段时间运行就会出现断线故障。3、 有的叶轮给煤机的一部分信号是24V，由于电磁干扰作用，信号不能有效传达。导致设备误动作。2.3.4安全滑触线安全滑触线也可以用于控制信号的传输。缺点是信号不稳定，有电压降等。 3 控制优化方案虽然各个厂的叶轮给煤机程控系统采用的方式各有不同，但有一点是相同的，就是叶轮给煤机的就地电气控制箱一般都是安装在叶轮给煤机自身上，通过射频通讯、智能载波、滑动拖缆或安全滑触线等实现叶轮给煤机的远方程序控制和远方调速的，我国在实际应用上已经形成了上述产品的系列化和规范化。但这会带来一个问题，即因为卸煤沟环境粉尘浓度较高，经过一段时间运行后，叶轮给煤机就地电气控制箱及内部各个电器元件上积灰会很严重，轻则影响设备使用寿命，重则导致短路等重大电气设备故障的发生。消除此类隐患一般的做法是加强设备巡回检查，增加清灰次数等，费时费力。焦作电厂一二期叶轮给煤机以前也是采用就地电气控制箱的控制方式，同样有着上述缺点。为了彻底消除叶轮给煤机就地电气控制箱及内部各个电器元件上的积灰等一系列问题，我们采取了以下措施。3.1 在卸煤沟角落空地盖一个屋子，然后将叶轮给煤机电气控制箱（内有叶轮电机变频器、行走电机接触器等）移至屋内。引出电源电缆至安全滑触线即可。因为屋子有门，电气控制箱也有门，形成双层隔离，且在卸煤沟角落，远离叶轮给煤机（粉尘源头），故此措施可以在物理因素上将环境对叶轮给煤机电气控制系统的影响降至最低。3.2 将输煤程控室至叶轮给煤机的控制电缆均移至室内控制箱。包括程控启动、程控停止、左行启动、右行启动、行走停、4―20毫安调速信号线以及各种监视信号线等。在叶轮给煤机轨道两端安装位置信号用接近开关和两端停止接近开关，程序上设计自动延时返回功能。3.3 叶轮给煤机采用安全滑触线供电方式。采用H―200安全滑触线，每隔2.5米做固定支撑，3根叶轮给煤机电机用，3根行走电机用，总共6根。3.4 在叶轮给煤机本体安装一个小型电气箱，里面安装2个小型三相空气断路器（DZ47―63；63A一个，25A一个）。分别为叶轮给煤机电机和行走电机，用于紧急情况下运行值班人员分断电机电源之用。3.5 动作程序：开机――#1皮带――叶轮变频器――行走电机。
停机――通过联锁功能可以联跳。3.6 需要切换就地程控方式需要运行值班人员在就地电气室内进行。经过以上改造后，在现场叶轮给煤机和就地控制箱之间只有6根安全滑触线和电源电缆，叶轮给煤机本身没有变频器、PLC等设备，从而彻底解决了叶轮给煤机就地控制箱积灰问题以及其他不安全因素，很好地保障了叶轮给煤机的稳定运行。3.7 注意事项：使用一台行走电机，在控制柜内安装变频器或电动机综合保护器即可起到保护行走电机的作用。如果是两台行走电机，一台变频器或综保器就无法起到保护两台电机的作用。解决方案一、增加三根安全滑触线；二、将行走电机两台减速箱使用一根通轴连接，单台电动机增加功率即可。4 运行效果焦作电厂一二期叶轮给煤机经改造后运行效果良好。焦作金冠电厂#1A叶轮给煤机于2013年1月也进行了改造。改造后，运行效果良好，配合良好的视频监控设备，已经实现无人值守。
附：控制方案示意图
参考文献[1] 张汉钊.叶轮给煤机远方控制系统.大同第二发电厂.-67[2] 马永祥. PLC在输煤控制系统中的应用.《电器开关》.-11
作者简介：李兴学（1973―），河南省焦作市人。助理工程师；电气维修技师；注册安全工程师。1999年毕业于郑州工业大学电力工程专业，现在神华集团国能检修总公司工作，主要负责检修管理和安全监察工作。电话：1； ；
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