□范煥杰

一、設備系統(tǒng)概況

滄州華潤熱電有限公司一期工程兩臺300MW 機組，各設計安裝有五套冷一次風正壓中速磨直吹式制粉系統(tǒng)，每套制粉系統(tǒng)配有一臺上海大和衡器有限公司出產(chǎn)的GM -BSC22 -26型耐壓稱重式皮帶給煤機。給煤機安裝于12．6 米運轉(zhuǎn)層給煤機間內(nèi)，在給煤機的近旁設有給煤就地控制柜，用于實現(xiàn)以下主要功能:一是檢測計量給煤輸送量，并向DCS傳送給煤輸送量信號;二是實現(xiàn)就地啟、停給煤機及其清掃鏈，以及就地/遠方啟、停給煤機的切換功能;三是實現(xiàn)就地控制給煤輸送量，以及給煤輸送量的就地/遠方控制模式切換功能;四是給煤輸送量自動控制運算功能，接收來自DCS的給煤輸送量給定值，自動控制給煤輸送量;五是給煤機運行狀態(tài)的邏輯控制運算功能。

二、設備系統(tǒng)主要存在的問題

給煤控制器為精密電子儀表，其設計使用環(huán)境溫度上限為50℃。給煤機間為一密閉空間，且四周熱介質(zhì)管道密布。給煤機間下部布置有磨煤機;在給煤間內(nèi)，南部布置有輔汽聯(lián)箱，北部有磨煤機出口管道，東部有磨煤機消防蒸汽減溫減壓器，西部有主給水和過再熱減溫水管道，五臺給煤機及其控制柜位于給煤機間中部。在夏季高溫季節(jié)，給煤控制柜表面溫度實測高達47～48℃，給煤控制器的工作環(huán)境溫度業(yè)已達到了其允許上限，給煤控制器頻繁由稱重計量模式切換到容積計量模式，致使瞬時給煤量大幅波動，嚴重影響了鍋爐燃燒控制的穩(wěn)定可靠性，以及入爐煤量計量檢測的準確性。

三、給煤控制系統(tǒng)產(chǎn)生問題的原因分析

(一)給煤稱重計量模式。給煤機稱重系統(tǒng)由稱重傳感器、皮帶速度檢測器和稱重機架等組成，稱重傳感器檢測出的單位皮帶長度上的燃煤重量，與測速傳感器檢測出的皮帶速度的乘積，即為給煤機皮帶秤在稱重計量模式下檢測出的瞬時給煤量。

(二)給煤容積計量模式。給煤容積計量模式是在給煤稱重計量模式處于故障狀態(tài)時的一種異常狀態(tài)計量模式，如果稱重傳感器、皮帶速度檢測器或者是給煤控制器的A/D 轉(zhuǎn)換器等出現(xiàn)異常，給煤控制器會自動地由稱重計量模式切換到容積計量模式，并發(fā)出稱重故障警報，反之則切回稱重計量模式。在容積計量模式下，給煤量的計量檢測方式是:稱重計量模式發(fā)生故障前的煤流平均密度，同皮帶速度(當帶速度檢測發(fā)生故障時，則用皮帶驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速控制指令所對應的皮帶速度表示)的乘積。容積計量模式并不能保證煤量計量的準確性，預置的煤流密度往往與實際值有一定的出入，能產(chǎn)生較大的煤量檢測誤差。在容積計量模式下，給煤控制器仍會根據(jù)瞬時給煤量與其給定值的偏差，控制變頻器，調(diào)節(jié)輸送帶驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速。因此，當給煤控制器出現(xiàn)計量模式轉(zhuǎn)換時，瞬時給煤量將發(fā)生波動，進而引起燃料調(diào)節(jié)控制指令波動，從而破壞了鍋爐燃燒控制的穩(wěn)定性。

四、實施方案

保留給煤機皮帶秤稱體結(jié)構(gòu)和配置不變，取消CFC -300給煤控制器，改由DCS實現(xiàn)給煤量計量和控制功能。

(一)取消給煤控制器，由DCS實現(xiàn)檢測計量給煤量的功能。給煤量計量檢測涉及到兩類信號:取自稱重傳感器的稱重信號和取自輸送帶速度傳感器的帶速信號。因此，需要從稱重信號和帶速信號等兩個方面著手，在保障給煤量信號準確、可靠的前提下，由DCS實現(xiàn)檢測計量給煤量的功能。

1．由DCS實現(xiàn)給煤量信號檢測功能。

(1)為每臺給煤機設置獨立于DCS的專用稱重電源裝置。給煤機皮帶秤選用的是電阻應變式稱重傳感器。電阻應變式稱重傳感器由彈性元件、電阻應變片、檢測電路和傳輸電纜等四部分組成。電阻應變片粘貼在彈性元件上，當彈性元件受力變形時，應變片電阻隨之改變，稱重傳感器檢測電路將應變電阻變化量轉(zhuǎn)換為與外力成比例的電信號。惠斯登電橋具有抑制應變電阻受溫度影響、抑制側(cè)向力干擾，以及便于實現(xiàn)稱重傳感器補償?shù)葍?yōu)點，電阻應變式稱重傳感器均采用惠斯登電橋作為其檢測電路。為了獲取準確、可靠的稱重信號，需選用高精度、高穩(wěn)定性，以及能夠提供適宜橋路激勵電壓的供電電源。若橋路激勵電壓過高，則橋臂電流較大，會出現(xiàn)應變片自熱升溫現(xiàn)象，影響稱重信號的穩(wěn)定性;當橋臂電流超過允許值時，還會燒斷應變片。若橋路激勵電壓過低，則傳感器單位受力產(chǎn)生的橋路輸出電壓較小，傳感器的靈敏度較低;此外，橋路激勵電壓過低，也會降低稱重檢測回路抑制干擾的能力。橋路供電電源通常距離稱重傳感器較遠，而稱重傳感器輸入阻抗又較低(一般為400 歐姆左右)，橋路電源在電源饋線電阻上產(chǎn)生的電壓降不容忽視。為了確保獲得準確、可靠的稱重信號，從稱重傳感器激勵電源方面，應采取以下措施:一是選用高精度、高穩(wěn)定性的電源裝置;二是電源裝置的輸出電壓等級應等于推薦的稱重傳感器橋路激勵電壓，即10VDC;三是電源裝置應具有稱重傳感器橋路激勵電壓長線補償功能。

(2)為每臺給煤機的稱重信號單獨設置模擬量輸入子模件IMASI23。

(3)為每臺給煤機的帶速信號單獨設置頻率計數(shù)子模件IMFCS01。

2．由DCS實現(xiàn)給煤量檢測計量運算處理功能。

(1)在DCS操作站上，設立給煤機皮帶秤基本參數(shù)設置窗口，用于手動置入基本參數(shù)。一是給煤機輸送帶長度L(m)。二是給煤機皮帶秤的稱重跨距為l。三是給煤機驅(qū)動滾筒的直徑D。四是給煤機皮帶秤稱重系數(shù)k。

(2)給煤量計量檢測輸入信號的處理功能。經(jīng)由DCS輸入子模件輸入的稱重信號mv1、mv2和帶速脈沖信號p，經(jīng)過DCS控制器的運算處理、標度轉(zhuǎn)換后，可獲得皮帶秤兩個稱重傳感器的承載力f1和f2(kg)，以及給煤機驅(qū)動滾筒的轉(zhuǎn)速n(rpm):，(式中d 為旋轉(zhuǎn)編碼器的分辨率)。

由給煤機皮帶稱兩個稱重傳感器的承載力f1和f2(kg)，可計算出:在皮帶秤稱重跨距內(nèi)，稱重傳感器承載力的大小F，其近似等于兩個稱重傳感器承載力之和:F=f1+f2(kg)

(3)積算輸送帶的帶速。由給煤機驅(qū)動滾筒的轉(zhuǎn)速n(rpm)和驅(qū)動滾筒的直徑D(m)，可計算出輸送帶帶速v

v=60nDπ(m/h)

(4)皮帶秤稱重零點標定，即測定稱重段皮帶、稱架和稱重托輥等自重。皮帶秤稱重傳感器的承載力包括稱重段物料的加載力fm，以及皮帶、稱架和稱重托輥的加載力(f10，f20)。皮帶秤的稱重零點是指包括稱重段的皮帶、稱架和稱重托輥等稱體的皮重，皮帶秤稱重傳感器的承載力(f1，f2)減去稱重段皮帶、稱架和稱重托輥的加載力(f10，f20)，即為應檢測的物料凈重。皮帶秤的零點標定就是確定稱重段皮帶、稱架和稱重托輥自身重量的過程。在實際應用中，皮帶厚度和密度的不均勻、皮帶的張力變化、皮帶和稱架的抖動，都會導致空載下稱重傳感器的承載力(f10，f20)不斷變化。為此，需要用輸送帶空載運轉(zhuǎn)一周，稱重傳感器承載力的平均值作為皮帶秤的稱重零點。

為了提高皮帶秤零點標定的準確性，本方案以輸送帶空載運轉(zhuǎn)四整圈，稱重傳感器承載力的平均值作為皮帶秤的稱重零點F0。

(5)求取在稱重跨距內(nèi)，輸送物料作用在稱重傳感器上的凈加載力。由稱重傳感器的承載力F 和皮帶秤的稱重零點F0，計算出:在稱重跨距內(nèi)，燃煤作用在稱重傳感器上的加載力Fm

Fm=F-F0

(6)求取在稱重跨距內(nèi)，單位皮帶長度上的燃煤作用在稱重傳感器上的加載力。由稱重跨距內(nèi)的燃煤作用在稱重傳感器上的力Fm 和皮帶秤的稱重跨距l(xiāng)，經(jīng)過DCS控制器運算處理后，可計算出:在稱重跨距內(nèi)，單位皮帶長度上的燃煤作用在稱重傳感器上的加載力W。

(7)求取理論瞬時給煤量。根據(jù)在稱重跨距內(nèi)單位長度上的燃煤作用在稱重傳感器上的加載力W 和輸送帶帶速v，，經(jīng)過DCS控制器運算處理后，可計算出瞬時給煤量M

(8)求取理論給煤量累計值。由瞬時給煤量M，，經(jīng)過DCS控制器運算處理后，可計算出給煤量累計值G

(9)皮帶秤的鏈碼量程標定。在給煤量計算公式中，只考慮了重力對稱重傳感器的作用，而忽略了運轉(zhuǎn)中的輸送帶對稱重傳感器產(chǎn)生的切向應力、皮帶的彈性形變、皮帶張力、燃煤對皮帶的沖擊力、稱體的抖動，以及稱重跨度與實際值的差異等因素對給煤量計量檢測的影響。在標定皮帶秤的零點后，由DCS直接檢測出的瞬時給煤量及其累計值，與實測值存在一定偏差。為此，需要對皮帶秤進行物料荷重量程標定，以降低皮帶秤的計量誤差。皮帶秤量程標定，就是以標稱值為基準，與實測值進行比較，按比較結(jié)果，修改皮帶秤的稱重系數(shù)k。給煤機皮帶秤是動態(tài)衡器，稱重傳感器的承載力、皮帶重量、皮帶張力、皮帶承受的沖擊力和稱體的抖動幅度均是動態(tài)變化的，因此，應以相同時段內(nèi)的累計輸送量為基準，進行皮帶秤量程標定，累計時間越長、累積量越大，則量程標定越準確。滄州華潤熱電的給煤機皮帶秤配有1．6m 長、載荷P =100kg/m 的鏈碼標定裝置。因此，可以使用鏈碼進行給煤機皮帶秤的量程標定。為了提高皮帶秤量程標定的準確性，本方案采用輸送帶運轉(zhuǎn)四整圈，求取皮帶秤的稱重系數(shù)k。

式中，k:稱重系數(shù)。G:給煤機以最大帶速運轉(zhuǎn)，用鏈碼進行量程標定時，輸送帶運轉(zhuǎn)四整圈DCS顯示的累計給煤量。Gs:給煤機以最大帶速運轉(zhuǎn)，輸送帶運轉(zhuǎn)四整圈，與鏈碼標稱值對應的累計給煤量。

由稱重系數(shù)k，可計算出經(jīng)過鏈碼量程標定后的瞬時給煤量M 和累計給煤量G:

(10)皮帶秤的零點檢查功能。在進行零點標定時，應注意觀察皮帶秤稱重信號F 的變化情況。正常情況下，經(jīng)過預熱和磨合后，皮帶秤的皮重值的變化量應穩(wěn)定在一個較小范圍內(nèi)，其變化幅度不應超過稱重傳感器測量上限的2%，否則應檢查皮帶秤是否運行正常。零點標定后的皮帶秤，在輸送帶空載運行時，運轉(zhuǎn)四整圈后，其給煤累計量應等于或小于2kg，否則應重新進行零點檢查和標定。

(二)取消給煤控制器后，給煤機驅(qū)動電機、清掃鏈驅(qū)動電機等啟、?？刂乒δ艿膶崿F(xiàn)。

1．在給煤控制柜面板上。設立給煤機驅(qū)動電機和清掃鏈驅(qū)動電機就地/遠方啟停切換開關，以及給煤機啟、停操作按鈕和清掃鏈啟動操作開關，以實現(xiàn)給煤機啟、停DCS后備操作功能;在DCS上設立遠方啟、停給煤機和清掃鏈驅(qū)動電機的控制邏輯及控制面板。當給煤機或清掃鏈驅(qū)動電機的“就地/遠方啟?！鼻袚Q開關，處于“遠方”位時，就地啟、停按鈕不起作用，可通過DCS遠方啟、停給煤機或清掃鏈;當就地/遠方啟停切換開關，處于“就地”位時，DCS遠方啟、停給煤機或清掃鏈驅(qū)動電機不起作用，可通過給煤機控制柜上的啟、停按鈕，就地啟動、停運給煤機或清掃鏈。

2．給煤機啟停指令信號的接入方式。為提高系統(tǒng)可靠性，修改變頻器的設置，將原為長通型給煤機啟動指令信號改為脈沖型信號，并增設給煤機停止指令信號。將出自DCS，原接入給煤控制器的“給煤機遠方啟動”和“給煤機遠方停止”指令信號，經(jīng)新加設的給煤機遠方/就地切換開關，改接到給煤機變頻器開關量輸入通道。將新加設的“給煤機就地啟動”和“給煤機就地停止”指令信號，經(jīng)新加設的給煤機遠方/就地切換開關，接入給煤機變頻器開關量輸入通道。

3．清掃鏈啟停指令信號的接入方式。保持清掃鏈驅(qū)動電機原電氣控制方式不變。將原取出自給煤控制器的“清掃鏈啟動”指令信號，改為“清掃鏈遠程啟動”信號和“清掃鏈就地啟動”信號，經(jīng)新加設的清掃鏈“遠方/就地”操作切換開關，并聯(lián)接入清掃鏈驅(qū)動電機電氣控制回路。

4．在DCS上設立清掃鏈自動和手動啟停功能。在DCS上設立清掃鏈自動/手動控制邏輯和操作面板。在遠方啟、?？刂茽顟B(tài)下，當清掃鏈處于自動控制模式時，遠方啟動給煤機則聯(lián)啟清掃鏈，遠方停運給煤機則聯(lián)停清掃鏈;當清掃鏈處于手動控制模式時，可獨立于給煤機單獨遠方啟、停清掃鏈。

(三)取消給煤控制器后，給煤量控制功能的實現(xiàn)。

1．取消給煤控制器后，由DCS實現(xiàn)遠方及自動控制給煤量。在DCS上設立給煤量PID 調(diào)節(jié)器，以瞬時給煤量為被調(diào)量，以給煤機驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速控制指令作為控制輸出量，控制給煤機變頻器，實現(xiàn)給煤量自動控制功能。在DCS上設立給煤機驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速控制面板，實現(xiàn)給煤量手動控制，以及給煤量手動/自動控制無擾切換功能。轉(zhuǎn)速控制面板的控制輸出指令送至給煤機驅(qū)動電機變頻器作為其頻率給定值，控制給煤輸送帶驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)給煤量控制功能。

2．取消給煤控制器后。作為DCS后備操作的給煤量就地控制，以及遠方/就地無擾切換功能的實現(xiàn)。在給煤控制柜面板上，設立給煤量就地/遠方控制切換開關和用于就地控制給煤量的主令電位器，以便實現(xiàn)給煤量就地控制和遠方/就地無擾切換功能。

(四)實施方案的進一步優(yōu)化。為了取消給煤控制器，每臺機組的DCS需要添加5 塊IMASI23 模擬量輸入子模件和5 塊IMFCS01 頻率計數(shù)子模件，同時還需要定制5個稱重傳感器的專用供電電源裝置。這一方面會造成費用偏高，另一方面現(xiàn)有DCS機柜的模件安裝空間也不具備安裝10 塊IO 模件的條件。此外，定制的供電電源裝置存在可替換性較差的問題。為此，采用了以下解決方案:

1．利用魏德米勒ACT20P-BRIDGE-S 型壓力應變橋變送器。將mV 級稱重信號轉(zhuǎn)換為4～20mA 電流信號。壓力應變橋變送器的工作電源為通用的24VDC 直流電源，它不但能夠為稱重傳感器提供推薦的10VDC 橋路激勵電源，而且還具有稱重傳感器橋路激勵電壓長線補償功能。

2．利用魏德米勒WAS4 -PRO -Freq 型頻率變送隔離器。將輸送帶驅(qū)動滾筒轉(zhuǎn)速檢測旋轉(zhuǎn)編碼器的脈沖信號轉(zhuǎn)換為4～20mA 電流信號。頻率變送隔離器的工作電源為通用的24VDC直流電源，它還能夠為旋轉(zhuǎn)編碼器提供推薦的15VDC 激勵電源。

3．為每臺給煤機加設2 塊壓力應變橋變送器、1 塊頻率變送隔離器和1 塊24VDC 直流電源裝置。每臺給煤機的兩路稱重信號和一路帶速信號只需要1 塊IMFEC12 型4～20mA 模擬量輸入子模件，一臺機組的DCS只需要添加5 塊IMFEC12 型模擬量輸入子模件，就可以接收到全部給煤機的稱重信號和帶速信號。為了改善壓力應變橋變送器、頻率變送隔離器和24VDC直流電源裝置等電子器件的運行環(huán)境，在每臺機組給煤機間外加設一面控制柜用于集中安裝壓力應變橋變送器、頻率變送隔離器和24VDC 直流電源裝置。

［1］上海大和衡器有限公司．GM -BSC22 -26 型稱重式給煤機使用說明書

［2］上海大和衡器有限公司．CFC-300 給煤控制器使用說明書

［3］ABB Harmony 過程控制單元使用手冊

［4］ABB Power Generation Portal 使用手冊

［5］ABB Composer 使用手冊