無線控制技術(shù)在橋式葉輪給煤機(jī)上的應(yīng)用

(國(guó)電重慶恒泰發(fā)電有限公司，重慶 400805)

國(guó)電重慶恒泰發(fā)電有限公司(以下簡(jiǎn)稱“恒泰電廠”)裝機(jī)容量為2×300 MW燃煤機(jī)組，2006年12月投產(chǎn)發(fā)電。機(jī)組年需燃煤量約133.2×104t，主要來源于當(dāng)?shù)?，全部采用公路運(yùn)輸。

電廠輸煤系統(tǒng)設(shè)置了12車位汽車卸煤裝置1座，汽車卸煤裝置下部為雙線縫式煤槽，縫式煤槽下設(shè)雙路帶式輸送機(jī)，每路帶式輸送機(jī)配有2臺(tái)出力均為200～600 t/h的橋式葉輪給煤機(jī)(以下簡(jiǎn)稱“葉輪給煤機(jī)”)。

1 實(shí)際使用情況

輸煤系統(tǒng)葉輪給煤機(jī)的設(shè)計(jì)功能是：將經(jīng)過入廠煤汽車采制樣裝置采樣后的部分煤，經(jīng)縫式煤槽轉(zhuǎn)運(yùn)至主廠房原煤倉；將采制樣裝置采樣后的部分煤，經(jīng)煤槽轉(zhuǎn)運(yùn)至儲(chǔ)煤場(chǎng)。

近幾年來，公司將原入廠煤汽車采樣裝置改為了皮帶采樣。同時(shí)，由于煤炭市場(chǎng)的急劇變化，以及環(huán)保排放、節(jié)能等要求，公司對(duì)原煤的硫分、揮發(fā)分、灰熔點(diǎn)等提出了新的標(biāo)準(zhǔn)。為適應(yīng)以上種種要求，公司只能從寧夏、貴州、陜西乃至新疆等多地采購不同種類的煤，按照一定的比例與當(dāng)?shù)孛哼M(jìn)行混合摻燒。

由此，公司進(jìn)場(chǎng)的所有煤都必須通過初始設(shè)計(jì)的4臺(tái)葉輪給煤機(jī)來完成采樣、轉(zhuǎn)煤、上煤、配煤等工作，葉輪給煤機(jī)的使用負(fù)荷大大加強(qiáng)，加之地處惡劣的環(huán)境，導(dǎo)致葉輪給煤機(jī)控制回路故障率居高不下，給熱控人員的維護(hù)工作造成了極大壓力。

2 葉輪給煤機(jī)控制回路簡(jiǎn)介

恒泰電廠每臺(tái)葉輪給煤機(jī)都設(shè)計(jì)了1個(gè)控制柜，帶電纜懸掛小車?？刂品绞椒殖炭睾途偷??？刂乒駜?nèi)主要配備：1臺(tái)AB1500PLC，負(fù)責(zé)葉輪給煤機(jī)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集、動(dòng)作邏輯的控制；1臺(tái)變頻器，對(duì)撥煤電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制；位置編碼器，負(fù)責(zé)完成對(duì)葉輪給煤機(jī)行走距離的監(jiān)測(cè)；另有電源接觸器、中間繼電器，以及開關(guān)和就地操作按鈕等。每臺(tái)葉輪給煤機(jī)所配可編程邏輯控制器(PLC)有DI點(diǎn)25 個(gè)、DO點(diǎn)9個(gè)。撥煤電機(jī)的速度給定、反饋，以及行走距離等模擬量信號(hào)，則直接由輸煤程控PLC從變頻器和位置編碼器處給定或獲取。

葉輪給煤機(jī)工作時(shí)，通過電纜懸掛小車隨葉輪給煤機(jī)的行走對(duì)控制電纜進(jìn)行收放(以下簡(jiǎn)稱“行走電纜”)。行走電纜一端接至葉輪給煤機(jī)控制柜內(nèi)端子排上，另一端接于葉輪給煤機(jī)下方帶式輸送機(jī)端部的就地轉(zhuǎn)接箱。最后，通過就地轉(zhuǎn)接箱內(nèi)中間轉(zhuǎn)接電纜與輸煤程控系統(tǒng)相連，以此來實(shí)現(xiàn)整個(gè)輸煤程控系統(tǒng)對(duì)葉輪給煤機(jī)的連鎖保護(hù)，以及運(yùn)行人員的遠(yuǎn)方監(jiān)控和操作。

3 控制回路存在的問題

葉輪給煤機(jī)運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)遠(yuǎn)方無法啟動(dòng)、不能行走、撥煤電機(jī)不能變頻運(yùn)行、運(yùn)行狀態(tài)異常、位置反饋與實(shí)際不符、頻率反饋異常等故障。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，造成以上缺陷的原因可歸結(jié)為兩點(diǎn)。

行走電纜異常：在使用中為了滿足葉輪給煤機(jī)行走的需要，行走電纜來回伸縮，時(shí)間稍一長(zhǎng)，電纜線芯便會(huì)出現(xiàn)絕緣破損、折斷、接地等情況。這直接導(dǎo)致了葉輪給煤機(jī)的信號(hào)異常，造成葉輪給煤機(jī)拒動(dòng)甚至是誤動(dòng)。

葉輪給煤機(jī)工作環(huán)境惡劣：原葉輪給煤機(jī)地處卸煤溝內(nèi)，控制柜密封防塵效果差，時(shí)常造成控制柜內(nèi)中間繼電器等電器設(shè)備接觸不良，導(dǎo)致輸煤程控?zé)o法正常發(fā)出指令、接收信號(hào)。

熱控人員在查找葉輪給煤機(jī)故障點(diǎn)時(shí)，身處高粉塵之地，通信又不暢，這既不利于身心健康，又極易誘發(fā)人為事故。這些問題對(duì)葉輪給煤機(jī)的維護(hù)工作造成了很大的困難。

4 改造方案

通過深入調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有控制設(shè)備基礎(chǔ)上，采用無線傳輸方式來替代葉輪給煤機(jī)行走電纜是一種非常行之有效的方法。進(jìn)一步了解后得知，目前在葉輪給煤機(jī)上運(yùn)用較多的無線控制系統(tǒng)有兩大類，即電力線載波通信技術(shù)和無線電調(diào)制解調(diào)技術(shù)。

載波通信技術(shù)通常以葉輪給煤機(jī)的動(dòng)力電源線為載體，采用電力載波的通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。它一般由布置在輸煤程控室的主機(jī)部分、位于皮帶頭部的載波遠(yuǎn)程站，以及安裝在葉輪給煤機(jī)上的就地控制站組成。這在一些電廠的葉輪給煤機(jī)上都有運(yùn)用。但通過進(jìn)一步調(diào)研了解到，載波通信技術(shù)運(yùn)用于電廠葉輪給煤機(jī)控制上存在信號(hào)有損失、有誤碼，遠(yuǎn)程站時(shí)有異常等不利因素。關(guān)鍵是此種方式未完全脫離電纜，仍存在因電纜問題而導(dǎo)致的通信異常。

為此，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，最終確認(rèn)了基于無線電調(diào)制解調(diào)技術(shù)的通信產(chǎn)品，作為葉輪給煤機(jī)無線控制的改造方向。

方案1：點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信方式。整套控制系統(tǒng)采用1個(gè)主站、1個(gè)中繼站和4個(gè)子站組成。主站則通過以太網(wǎng)直接與輸煤程控PLC進(jìn)行通信，見圖1。

圖1 方案1示意圖

方案2：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方式。將葉輪給煤機(jī)PLC控制柜到帶式輸送機(jī)端部就地轉(zhuǎn)接箱之間，采樣無線傳輸，用以替代葉輪給煤機(jī)原先的行走電纜。而就地轉(zhuǎn)接箱與輸煤程控PLC之間的信號(hào)，仍利用原電纜傳輸。整套控制系統(tǒng)由4個(gè)主站和4個(gè)從站組成，見圖2。

圖2 方案2示意圖

經(jīng)過綜合比較，選擇了方案2，主要考慮以下兩點(diǎn)原因。

1)由葉輪給煤機(jī)的重要性決定。如采用方案1，依靠4個(gè)中繼站和4個(gè)主站實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)4臺(tái)葉輪給煤機(jī)的監(jiān)控，當(dāng)中繼站或主站及其通信回路出現(xiàn)故障時(shí)，將直接導(dǎo)致4臺(tái)葉輪給煤機(jī)全停。這顯然不符合重要設(shè)備運(yùn)行中對(duì)可靠性的要求。相反，如采用方案2，4臺(tái)葉輪給煤機(jī)無線控制系統(tǒng)將互不干擾，且從卸煤溝到輸煤程控PLC之間沿用以往的電纜，避免了無線信號(hào)在復(fù)雜環(huán)境下長(zhǎng)距離傳輸中可能出現(xiàn)的干擾。

2)由改造工期和設(shè)備運(yùn)行要求決定。此次對(duì)葉輪給煤機(jī)的改造，質(zhì)檢部和運(yùn)行部提出的要求是：一次僅能對(duì)1臺(tái)葉輪給煤機(jī)進(jìn)行改造，且不能影響其他葉輪給煤機(jī)的正常運(yùn)行。每臺(tái)葉輪給煤機(jī)給定的改造時(shí)間較為緊張。很顯然，采用方案2能滿足這個(gè)要求。

5 改造過程

選擇在一個(gè)長(zhǎng)假期間，在公司進(jìn)煤量較少的情況下，開始對(duì)葉輪給煤機(jī)進(jìn)行無線控制改造。

在正式動(dòng)工前，按照新的防塵要求，重新定做了葉輪給煤機(jī)控制柜，并按照葉輪給煤機(jī)以往的接線藍(lán)圖提前對(duì)柜內(nèi)電氣設(shè)備進(jìn)行了布線。不同的是，在葉輪給煤機(jī)控制柜和帶式輸送機(jī)端部的就地轉(zhuǎn)接箱內(nèi)，各新增了1臺(tái)無線調(diào)制解調(diào)器、1臺(tái)S7 200系列PLC、1套全向天線、1個(gè)RS232/485通信轉(zhuǎn)換器，以及所需的電源適配器，見圖3。

圖3 控制柜內(nèi)新增設(shè)備

在從站內(nèi)，將需要通過無線傳輸?shù)拈_關(guān)量信號(hào)和模擬量信號(hào)，接入從站S7-200 PLC輸入I/O模塊，通過通信轉(zhuǎn)換器將該P(yáng)LC與無線電調(diào)制解調(diào)器從站相連，由其進(jìn)行調(diào)制后，經(jīng)饋線、全向天線向外發(fā)射。當(dāng)以上信號(hào)經(jīng)主站調(diào)制解調(diào)器接收解調(diào)后，經(jīng)通信轉(zhuǎn)換器，送至主站S7-200 PLC ，由I/O模塊通過電纜輸出至輸煤程控，見圖4。

圖4 從站信號(hào)傳輸過程

與此同時(shí)，通過電纜將輸煤程控的指令信號(hào)送至主站 S7-200 PLC 輸入I/O模塊，通過通信轉(zhuǎn)換器將該P(yáng)LC與無線電調(diào)制解調(diào)器主站相連，由其進(jìn)行調(diào)制后，經(jīng)饋線、天線向外發(fā)射。當(dāng)以上信號(hào)經(jīng)從站接收并由調(diào)制解調(diào)器解調(diào)后，通過通信轉(zhuǎn)換器送至葉輪給煤機(jī)控制柜從站S7-200 PLC，經(jīng)I/O模塊輸出以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方控制，如圖5所示。

PLC與調(diào)制解調(diào)器之間的通信均建立在S7-200 CPU 224的Port0通信口，并利用Modbus RTU(遠(yuǎn)程終端單元)協(xié)議，通過S7-200的自由口通信模式實(shí)現(xiàn)傳輸。而調(diào)制解調(diào)器的設(shè)置，可用DB9與電腦串口數(shù)據(jù)線直連，利用“超級(jí)終端”軟件進(jìn)行。

除此之外，安裝時(shí)要求主、從站全向天線相互之間在可視范圍內(nèi)。就這樣，通過調(diào)制解調(diào)器實(shí)現(xiàn)了葉輪給煤機(jī)信號(hào)、指令的雙向傳輸。

圖5 主站信號(hào)傳輸過程

6 結(jié)語

葉輪給煤機(jī)改造后已運(yùn)行了多年。期間，未發(fā)生由葉輪給煤機(jī)控制系統(tǒng)引起的葉輪給煤機(jī)故障，熱控人員從繁雜的葉輪給煤機(jī)維護(hù)工作中得以解放出來。同時(shí)，再無須葉輪給煤機(jī)的控制電纜庫存，節(jié)省了備品備件的費(fèi)用。此次改造工作獲得了非常好的效果。

當(dāng)然，為確保葉輪給煤機(jī)持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，要求熱控專業(yè)人員每月對(duì)葉輪給煤機(jī)控制柜進(jìn)行吹掃，確保柜內(nèi)設(shè)施始終處于清潔狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 國(guó)家能源局.葉輪給煤機(jī)：DL/T 649—2014[S].北京：中國(guó)電力出版社，2015.

[2] 王元強(qiáng),羅峻.無線遙控技術(shù)在葉輪給煤機(jī)上的應(yīng)用[J].發(fā)電設(shè)備,2006,20(5):366-368.

[3] 黎論.無線控制在火電廠葉輪給煤機(jī)上的應(yīng)用[J].電工技術(shù),2013(10):37-38.