摘 要：本文分析了電廠鍋爐制粉系統(tǒng)的稱重給煤機(jī)工作原理及過程，著重闡述了應(yīng)用羅克韋爾PowerFlex40變頻器實(shí)現(xiàn)對給煤機(jī)的驅(qū)動控制，實(shí)踐表明它在電廠工作環(huán)境對給煤機(jī)整體性能及驅(qū)動部分控制水平的提高起到了關(guān)鍵的作用。 關(guān)鍵詞：稱重式給煤機(jī)、失量控制、主燃料跳閘、傳動控制 一，引言 　　稱重式給煤機(jī)是專用于電力行業(yè)燃煤鍋爐制粉系統(tǒng)和其它行業(yè)工業(yè)鍋爐的煤粉連續(xù)定量供給，當(dāng)前電廠燃煤機(jī)組一般都采用中速磨煤機(jī)一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，每臺爐配6臺中速磨煤機(jī)和6臺給煤機(jī)，5臺運(yùn)行，1臺備用。給煤機(jī)能實(shí)現(xiàn)連續(xù)均勻地給煤、準(zhǔn)確可靠地計(jì)量，在整個(gè)給煤機(jī)運(yùn)行過程中，對物料進(jìn)行精確稱量，并顯示給煤量瞬時(shí)值、累計(jì)量并可根據(jù)鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的指令，自動無級、快速、準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)給煤機(jī)出力，使實(shí)際給煤量與鍋爐負(fù)荷相匹配。 　　給煤機(jī)一般采用全封閉圓筒式結(jié)構(gòu)，能在很大的負(fù)荷變動范圍內(nèi)改善鍋爐性能，使鍋爐溫度和壓力溫度的控制更為穩(wěn)定，使燃料與所需空氣量更為匹配。給煤機(jī)主要包括給煤機(jī)本體、傳動部分、各種安全保護(hù)裝置、測速裝置、稱重傳感器、流量積分控制器、安全回路控制器及調(diào)速控制器，其中的傳動控制包含驅(qū)動電機(jī)、測速裝置和變頻調(diào)速控制部分，它們的性能、保護(hù)功能和可靠性對給煤機(jī)整體性能起著至關(guān)重要的作用，它直接影響著鍋爐制粉安全可靠的運(yùn)行。給煤機(jī)作為燃煤鍋爐制粉系統(tǒng)主機(jī)設(shè)備與電廠的附機(jī)配套設(shè)備相比在功能安全性上有著更高、更嚴(yán)的要求。 二，給煤機(jī)工作原理 　　在燃燒控制過程中，稱重式給煤機(jī)通過進(jìn)口溜槽接受來自上部料倉的原煤，并通過皮帶輸送機(jī)向下一級磨煤機(jī)設(shè)備進(jìn)行輸送，安裝在輸送皮帶下的稱重橋架將煤炭的重量實(shí)時(shí)傳送給高精度應(yīng)變片式稱重傳感器，稱重傳感器測量皮帶上煤的單位長度的重量送入給煤機(jī)控制儀表，安裝在尾部滾筒上的測速傳感器實(shí)時(shí)測量皮帶速度，該速度脈沖輸出頻率正比于皮帶速度，同時(shí)送入儀表，速度信號和重量信號送入控制儀表進(jìn)行乘法運(yùn)算處理，計(jì)算產(chǎn)生出瞬時(shí)流量，同時(shí)完成對時(shí)間段中的瞬時(shí)流量積分，得出給煤的累計(jì)重量。儀表還將稱重托輥上煤的瞬時(shí)流量與設(shè)定的給煤流量進(jìn)行比較和PI調(diào)節(jié)，從而產(chǎn)生控制輸出信號到變頻器來改變給煤機(jī)的驅(qū)動速度，使給煤機(jī)上的煤炭流量隨給定要求而發(fā)生變化，接近并保持所設(shè)定的給煤流量，從而實(shí)現(xiàn)定量給煤的目的。另外在給煤機(jī)的進(jìn)出料口配有高溫隔離閘門，以防止熱風(fēng)的回流，為安全生產(chǎn)和檢修提供方便。 　　給煤機(jī)驅(qū)動采用電動機(jī)變頻調(diào)速方式，而交流變頻器以其調(diào)速精確、控制成熟、使用簡單、保護(hù)功能齊全等優(yōu)點(diǎn)逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的滑差調(diào)速控制裝置而在電廠給煤機(jī)上得到廣泛應(yīng)用。其工作原理如圖1所示 [align=center] 圖1 工作原理[/align] 三，給煤機(jī)驅(qū)動控制方案 　　1，Powerflex系列簡介 　　Allen-Bradley公司的Powerflex系列變頻器主要含Powerflex4和Powerflex7兩大系列，其中PowerFlex 4系列交流變頻器是PowerFlex家族中尺寸最小且高效率的成員，它設(shè)計(jì)緊湊、節(jié)省空間，給用戶提供了強(qiáng)大的電機(jī)轉(zhuǎn)速控制能力，其最大起動轉(zhuǎn)矩可達(dá)150%的電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩;可變的PWM允許變頻器在低頻下輸出更大的電流和轉(zhuǎn)矩，數(shù)字PID功能提高了應(yīng)用的靈活性，計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、基本邏輯和步序邏輯功能可以減少硬件設(shè)計(jì)成本并簡化控制方案。PowerFlex4系列變頻器包括三種產(chǎn)品PowerFlex4、PowerFlex40和PowerFlex400。它們是設(shè)備級速度控制的理想產(chǎn)品，提供多樣性應(yīng)用，滿足了全球OEM和最終用戶對于靈活性、節(jié)省空間和使用方便的要求。它們同樣可以作為機(jī)械工具、傳送機(jī)、水泵和物料處理系統(tǒng)中速度控制的廉價(jià)替代品，總之，Powerflex40系列高性能矢量變頻器的精巧設(shè)計(jì)可較理想地滿足給煤機(jī)高性能的傳動要求。另外Powerflex系列的前一代產(chǎn)品AB 1336 PLUS II變頻器在電力行業(yè)也得到了廣泛的應(yīng)用并具有很高的電力市場占有率和很好的口碑。 　　給煤機(jī)驅(qū)動電氣控制原理圖如下圖2所示： [align=center] 圖2 電氣控制原理圖[/align] 　　2，控制功能描述 　　Powerflex40是采用矢量轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的新一代交流變頻器，能實(shí)現(xiàn)在沒有編碼器或測速機(jī)反饋的條件下，精確控制鼠籠電機(jī)的速度和轉(zhuǎn)矩。可適用于：傳送帶;泵類;風(fēng)機(jī)類;攪拌器;提升機(jī);卷取機(jī);離心機(jī);擠壓機(jī)等場合。 　　矢量控制實(shí)現(xiàn)的基本原理是通過測量和控制異步電動機(jī)定子電流矢量，根據(jù)磁場定向原理分別對異步電動機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制異步電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的，無速度傳感器的矢量控制方式是基于磁場定向控制理論發(fā)展而來的，即使不在異步電動機(jī)中直接安裝磁通檢測裝置，也可以在通用變頻器內(nèi)部得到與磁通相應(yīng)的量，并由此得到了所謂的無速度傳感器的矢量控制方式。它的基本控制思想是根據(jù)輸入的電動機(jī)的銘牌參數(shù)，按照轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式分別對作為基本控制量的勵(lì)磁電流（或者磁通）和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行檢測，并通過控制電動機(jī)定子繞組上的電壓的頻率使勵(lì)磁電流（或者磁通）和轉(zhuǎn)矩電流的指令值和檢測值達(dá)到一致，并輸出轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)矢量控制。Powerflex40變頻器中已經(jīng)具備異步電動機(jī)參數(shù)自動檢測、自動辨識、自適應(yīng)功能，帶有這種功能的通用變頻器在驅(qū)動異步電動機(jī)進(jìn)行正常運(yùn)轉(zhuǎn)之前可以自動地對異步電動機(jī)的參數(shù)進(jìn)行辨識，并根據(jù)辨識結(jié)果調(diào)整控制算法中的有關(guān)參數(shù)，從而對普通的異步電動機(jī)進(jìn)行有效的矢量控制，改善異步電動機(jī)控制常數(shù)的調(diào)節(jié)及與機(jī)械系統(tǒng)匹配的適應(yīng)性控制性能的技術(shù)。 [align=center] 圖3 Powerflex40矢量控制結(jié)構(gòu)圖[/align] 　　稱重式給煤機(jī)其傳動部件主要由輸送皮帶和減速電機(jī)所組成，作為典型的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，采用無速度傳感器矢量控制可確保給煤機(jī)調(diào)速平穩(wěn)、精確，動態(tài)特性得到改善，有效地消除了機(jī)械滯后所引起的系統(tǒng)誤差，確保了在低速、小流量狀況下的穩(wěn)定性、高轉(zhuǎn)矩輸出和計(jì)量精度，并且大大延長了產(chǎn)品的生命周期，保證了給煤機(jī)長期可靠安全運(yùn)行，這些特性是以往給煤機(jī)所采用V/F控制方式所無法完成實(shí)現(xiàn)的。采用Powerflex40矢量控制技術(shù)的稱重式給煤機(jī)其特點(diǎn)主要表現(xiàn)如下： 　　●給煤機(jī)帶負(fù)荷啟動特性得到改善并實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)矩零轉(zhuǎn)速的平穩(wěn)啟動，完全滿足鍋爐制粉系統(tǒng)帶重載荷啟動的工藝要求，其自整定功能使Powerflex40交流變頻器能夠適應(yīng)不同種類電動機(jī)的特性，從而使其達(dá)到最佳的匹配效果。 　　●給煤機(jī)工作可靠性和穩(wěn)定性大大提高、機(jī)械及皮帶磨損降低至最小極限，延長了給煤機(jī)整體使用壽命。 　　●成熟的控制和功率器件技術(shù)使給煤機(jī)轉(zhuǎn)速跳躍、飛車故障和失速現(xiàn)象徹底杜絕，電磁兼容性能也得到很大改善，完全通過EMC電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)89/336/EEC和EN61800-3要求，對電機(jī)的綜合保護(hù)功能也有所增強(qiáng)完善。 　　●變頻器避免了因轉(zhuǎn)速忽快忽慢引起給煤機(jī)煤量不穩(wěn)定及撒煤堵煤現(xiàn)象，使給煤機(jī)控制速度響應(yīng)時(shí)間得以保障，特別是對給煤量的波動得以有效的控制（小于±0.5%），滿足了當(dāng)前火電市場超臨界機(jī)組和超超臨界機(jī)組的工藝要求。 　　●變頻器擁有更低的設(shè)備成本且技術(shù)成熟、使用簡單、各類功能齊全、操作靈活及維護(hù)容易。 　　●變頻系統(tǒng)可擴(kuò)充采用CIP通用工業(yè)協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)，并可保持今后其技術(shù)的先進(jìn)和領(lǐng)先地位。 　　3，選用理由及使用效果 　　當(dāng)前國內(nèi)市場給煤機(jī)投標(biāo)中，其標(biāo)書技術(shù)規(guī)格往往對變頻器只關(guān)注品牌，而忽視其型號、指標(biāo)及功能等細(xì)節(jié)，標(biāo)書起草者缺乏對產(chǎn)品的深度了解，又加上價(jià)格因素高于技術(shù)評標(biāo)因素，導(dǎo)致大多數(shù)給煤機(jī)供貨商所配套變頻器為不完全具備"電源瞬停再啟動"功能，一般電廠給煤機(jī)的供電電源都帶有電源瞬停切換的系統(tǒng)，當(dāng)停電切換時(shí)間較長時(shí)，運(yùn)行中的變頻器因"低電壓運(yùn)行"故障信號而引起給煤機(jī)停機(jī)，此刻會引發(fā)鍋爐主燃料跳閘（MFT）動作，因此，應(yīng)明確配套的變頻器需具有完善的"電源瞬停再啟動"和"電源瞬停延時(shí)時(shí)間設(shè)定"等功能，再根據(jù)實(shí)際電源停電切換時(shí)間進(jìn)行設(shè)定，同時(shí)也需對給煤機(jī)的控制系統(tǒng)的內(nèi)部邏輯和控制回路作相應(yīng)的連鎖，以避免由其在瞬時(shí)停電切換時(shí)引發(fā)鍋爐MFT動作，造成不必要的停機(jī)。 　　另外，當(dāng)前電廠的電網(wǎng)電壓在高負(fù)荷下也極不穩(wěn)定，電壓的波動會導(dǎo)致變頻器在使用中產(chǎn)生低壓保護(hù)跳閘問題，這種跳閘會因?yàn)樽冾l器的保護(hù)設(shè)置不同而表現(xiàn)為過流保護(hù)或低壓保護(hù)，但其原因都是因?yàn)殡娋W(wǎng)低電壓引起的。低電壓通常都是短時(shí)的，主要是因?yàn)殡娋W(wǎng)晃電時(shí)間過長，引起電網(wǎng)晃電的原因很多，如主電網(wǎng)側(cè)的電網(wǎng)波動、負(fù)荷不平衡、電力切換、雷擊等原因，負(fù)載側(cè)的大型設(shè)備啟動和應(yīng)用、線路過載等原因。電廠給煤機(jī)變頻器在遇到廠用電壓瞬時(shí)低于變頻器的低電壓保護(hù)值（根據(jù)變頻器的型號和輸入工作電壓不同該值也不同）時(shí)停機(jī)，從而導(dǎo)致給煤機(jī)也同時(shí)停機(jī)，同時(shí)會給FSSS（鍋爐安全監(jiān)控系統(tǒng)）發(fā)出給煤機(jī)停止信號，這樣也會導(dǎo)致FSSS的MFT動作。因?yàn)榻o煤機(jī)變頻器低壓保護(hù)跳閘而引起的非計(jì)劃停爐，給電廠帶來很大的經(jīng)濟(jì)損失，也是目前電廠面臨的比較大的問題，只有很好的解決該問題才能保證電廠安全、可靠、高效的正常運(yùn)行。 　　針對以上導(dǎo)致給煤機(jī)意外停機(jī)的兩大因素，在北美變頻器市場穩(wěn)居第一的品 　　牌—羅克韋爾Powerflex系列為此提供了全面的解決方案，Powerflex40變頻器在其給煤機(jī)應(yīng)用上提供了以下完善的保護(hù)功能和指標(biāo)： 　　●電機(jī)保護(hù)：150%持續(xù)60秒;200%持續(xù)3秒; 　　●過流保護(hù)：額定200%;瞬時(shí)300%; 　　●過電壓保護(hù)：810V直流母線電壓，等同于575V交流輸入; 　　●低電壓保護(hù)：390V直流母線電壓，等同于275V交流輸入; 　　●控制尖峰通過時(shí)間：0.5秒～2秒; 　　●無故障尖峰通過時(shí)間：100毫秒; 　　●電子式過載保護(hù)：10級，具有靈敏速度響應(yīng); 　　●其它：控制線路掉電保護(hù);接地短路保護(hù);瞬間掉電保護(hù);輸出短路保護(hù);電機(jī)過熱保護(hù)等; 　　以上功能、數(shù)據(jù)指標(biāo)和應(yīng)用表明：Powerflex40變頻器完全滿足于給煤機(jī) 　　和火電廠苛刻的工藝使用要求，另外PowerFlex40自帶基本邏輯控制功能也為給煤機(jī)連鎖控制帶來了極大的靈活性，實(shí)踐證明羅克韋爾Powerflex系列產(chǎn)品在給煤機(jī)中應(yīng)用的可靠性和靈活性，在電力行業(yè)奠定了良好的形象基礎(chǔ)，取得了寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也為羅克韋爾自動化與驅(qū)動產(chǎn)品在該行業(yè)深耕開啟了廣闊的市場空間。 四，變頻器參數(shù)及調(diào)試步驟 　　Powerflex40變頻器操作及調(diào)試主要有三種途徑來完成：本機(jī)操作面板、PC機(jī)操作和DeviceNet通訊;其中通過本機(jī)操作面板來設(shè)置和調(diào)試為最常用的方法，它的顯示采單信息說明如下圖所示： [align=center] 圖4 操作面板菜單說明[/align] 　　其中變頻器參數(shù)構(gòu)成分為：顯示組（d），基本編程組（P），高級編程組（A）三大類，故障組（F）為變頻器故障代碼顯示組。同時(shí)Powerflex40變頻器也可通過裝有DriveExplorer 和DriveExecutive 軟件的PC機(jī)用于編程、監(jiān)視和控制變頻器。 　　變頻器參數(shù)的合理設(shè)置對其應(yīng)用特性的影響至關(guān)重要，因此對參數(shù)深入了解和實(shí)踐更顯重要，針對變頻器在給煤機(jī)上的使用特點(diǎn)我們總結(jié)了以下參數(shù)設(shè)置一覽表供參考： [align=center] 圖5 PF40變頻器參數(shù)設(shè)定一覽表[/align] 　　在對給煤機(jī)的出廠調(diào)試過程中，我們針對變頻器部分做以下內(nèi)容的調(diào)試： 　　1） 變頻器的轉(zhuǎn)速給定信號4～20mA由控制柜上的給煤機(jī)二次儀表進(jìn)行調(diào)整，更改二次儀表的控制輸出的模擬信號值，與變頻器顯示板上顯示的頻率變化進(jìn)行核對，確認(rèn)兩者一致并且線性。例如在變頻器設(shè)定最大頻率為50Hz的情況下，調(diào)整二次儀表控制輸出的4～20mA信號為50%，則變頻器面板顯示的頻率數(shù)為25Hz，并檢查變頻器模擬輸出4～20mA信號，確認(rèn)也與二次儀表的控制輸出的模擬信號相一致; 　　2） 通過二次儀表的操作，啟動變頻器，在給煤機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，監(jiān)視給煤機(jī)主電機(jī)電流，然后通過更改二次儀表的控制輸出信號，將變頻器轉(zhuǎn)速信號設(shè)定為5Hz，進(jìn)行低頻條件下的電流和轉(zhuǎn)距輸出測試，確認(rèn)變頻器低速運(yùn)行不會因?yàn)檫^載跳閘以及設(shè)定的變頻器內(nèi)部參數(shù)-電流保護(hù)值的合理性，在最低速運(yùn)行通過之后，按5Hz/次上升頻率直至最大頻率，檢查變頻器電流及電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)是否正常和流量的波動幅度，來確認(rèn)給煤機(jī)控制和運(yùn)轉(zhuǎn)情況的正常; 　　3） 檢查變頻器故障報(bào)警及正常運(yùn)行的繼電器輔助接點(diǎn)信號輸出有無異常; 　　4） 通過外部調(diào)壓器調(diào)整給煤機(jī)控制柜的交流動力電源，先慢慢升高電壓，變頻器開始工作的電壓值為啟動工作電壓;然后慢慢降低電壓，變頻器停止工作的電壓值為低壓保護(hù)電壓，確認(rèn)變頻器滿足在一定范圍內(nèi)的電源電壓波動下設(shè)備正常運(yùn)行的設(shè)計(jì)要求。再根據(jù)變頻器在最低、最高和中間速度值的三種條件下對給煤機(jī)進(jìn)行電源瞬停再啟動試驗(yàn)，以得出變頻器在輸出不同轉(zhuǎn)距和慣量前提下的瞬停臨界間隔時(shí)間，以供DCS邏輯組態(tài)連鎖控制，確保給煤機(jī)的可靠安全運(yùn)行; 五，Powerflex變頻器使用體會 　　1，功能強(qiáng)大可靠穩(wěn)定 　　經(jīng)過多年的給煤機(jī)實(shí)踐應(yīng)用進(jìn)一步證明：對于速度和扭矩要求十分嚴(yán)格的皮帶輸送類負(fù)載，Powerflex系列變頻器都以其卓越性能表現(xiàn)了驅(qū)動靈活，調(diào)節(jié)方便，工作十分穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)并具備極高的性能價(jià)格比。 　　2，使用簡單維護(hù)方便 　　Powerflex系列中不同型號的變頻器具有相同的操作性，可以使用相同的人機(jī)接口操作面板或基于PC的軟件來設(shè)置編程、監(jiān)視、控制和診斷。各類信息按不同種類組分類，并配以向?qū)降奶崾?，使變頻器參數(shù)設(shè)置、參數(shù)備份和狀態(tài)監(jiān)控等變得十分簡單方便。 　　3，故障診斷方便透明。 　　通過操作面板或網(wǎng)絡(luò)不但可以監(jiān)控和清除故障，還可以查看故障和報(bào)警的歷史記錄信息，對于故障分析十分有幫助。 　　4，結(jié)構(gòu)緊湊環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng) 　　Powerflex系列變頻器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊，安裝方式選擇靈活，大大節(jié)省了安裝空間，多種封裝的選擇能滿足電廠高溫、多粉塵的環(huán)境場合。 　　5，客服支持網(wǎng)絡(luò)完善 　　羅克韋爾自動化完善的客服支持網(wǎng)絡(luò)為我們合理的選型和調(diào)試支持提供了極大的方便，從而節(jié)省了調(diào)試、集成、維護(hù)和系統(tǒng)優(yōu)化的時(shí)間和投資。 　　6，強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)解決方案 　　Powerflex系列變頻器選配不同的通訊適配卡，可全面支持符合CIP協(xié)議的DeviceNet、 ControlNet、EtherNet/IP開放式網(wǎng)絡(luò)，為構(gòu)造數(shù)字化透明電廠提供了強(qiáng)有力的解決方案。 六，結(jié)束語 　　提高給煤機(jī)的安全經(jīng)濟(jì)可靠運(yùn)行，對燃煤鍋爐制粉系統(tǒng)能否正常運(yùn)行、保證燃煤正?？煽枯斔椭陵P(guān)重要，而給煤機(jī)的可靠運(yùn)轉(zhuǎn)，取決于變頻器驅(qū)動控制部分的可靠性，除了選用合適型號的變頻器、選擇合理的控制方式、設(shè)置適用的參數(shù)外，對變頻器的日常檢修維護(hù)工作也十分重要，對于變頻器安裝在多粉塵、溫差大、濕度低的工作環(huán)境，日常維護(hù)工作更應(yīng)重視，避免當(dāng)前重品牌輕維護(hù)的現(xiàn)象，使變頻器在其生命周期內(nèi)發(fā)揮應(yīng)有的作用。自2005年開始至今，我公司所配套Powerflex系列變頻器的稱重式給煤機(jī)工作狀況良好，運(yùn)行穩(wěn)定，大大提高了給煤機(jī)控制精度和穩(wěn)定性，并將非人為停機(jī)因素降至最低，在電廠實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果和回報(bào)。 主要參考文獻(xiàn)： 　?。?） 《Powerflex40變頻器用戶手冊》 Rockwell Automation, Publication 22B-UM001C-ZH November 2005 　?。?） 《艾倫-布拉德利 自動化系統(tǒng)產(chǎn)品目錄》 Rockwell Automation Publication B112-ZH March 1999 　　（3） 《Powerflex系列變頻器培訓(xùn)教材》東北大學(xué)羅克韋爾自動化實(shí)驗(yàn)室編