基于PLC和变频器在给煤机控制系统中的应用

何伟光

(神华宁夏煤业集团太西炭基工业有限公司，宁夏 石嘴山 753000)

神宁太西炭基工业有限公司热动力厂属于企业自备发电厂，现有5台工业锅炉，每台锅炉燃烧系统由四台给煤机向炉膛输送煤粉供锅炉燃烧，给煤机的动力由电磁调速电机供给。由于电磁调速电机电枢与磁极的间隙很小，极细的煤粉在异步电机散热风扇及电枢旋转产生的轴流的带动下流入电磁离合器，使磁极与电枢连为一体，造成机械负载高速旋转产生“飞车”现象。“飞车”发生后调速控制装置无法对电磁转差离合器进行控制，给煤机高速旋转使得大量的煤粉进入炉膛燃烧，导致炉膛正压燃烧、汽包压力增加，严重威胁锅炉的本体及发电系统安全运行，有必要对现有给煤机控制系统进行改造。

1.控制方案和系统结构

给煤机电动机变频调速系统的硬件结构主要由上位工控机、PLC和四台变频器构成。

1.1 模块功能

上位机的工控机为研华IP610，主要功能是向管理人员及操作人员提供诸如工艺流程图显示、动态数据画面显示、报表显示、窗口技术等多种功能，为PLC提供良好的人机界面。

PLC为三菱公司的FXON-24MR，是整个系统控制的核心处理器，是PC指令和按钮开关指令的执行中枢和变频器指令触发元件。

PLC主机上接有RS-485通讯模块与PC机进行通讯，完成人机对话。采用PLC自带的FXON-485ADP通讯适配器作为通讯主站使用。

变频器选用日本三菱公司生产的FR-A044，通过RS-485网络通讯方式，能够实现被控对象的启动、停止和速度变化。

FR-A044变频器与PLC的连接单元为FRCU03，其具有RS-422和RS-485网络通信功能，是变频器的网络接口，可以实现变频调速器的运行控制、参数设定和状态监控。

1.2 控制方案

系统由1台上位机和PLC通过多分支网络来控制4台给煤机的变频器，4台给煤机变频器共有4个子站，每个子站设置一个独立的站号，其站号需要通过参数设定模块进行设定。当设备开启后，PLC通过FXON-485ADP模块发出指定命令给各子站，各子站比较站号地址是否与本站站号一致，如果一致，则对该命令进行处理，并返回应答信息，如果不一致，则对该命令不进行处理，这样每次只有一个子站与主站交换信息，进行控制。系统能够实现四台给煤机电动机的如下状态的控制:启动、停止、加速、减速。可以由上位机或外部按钮实现上述功能，两种开关量输入方式互为冗余备用，以提高控制系统的可靠性。

2.系统软件设计

2.1 上位监控系统设计

这里上位监控系统通过全中文自动化控制组态软件MCGS进行设计，其具有数据采集、动画显示、设备控制与输出、流程控制、双机热备、工程报表、网络数据传输、历史数据及曲线等功能，支持国内外几乎所有主流设备的数据采集与传输。本系统监控窗口画面的设计以操作方便、实用为原则，能实现实时监视给煤机电动机的电压、转速、电流以及运行状态等，储存和查询历史数据，能够通过曲线图形或报表实现数据管理功能，具有远程操作和自动报警功能。设置系统管理员和系统操作员两个不同的权限级别，系统管理员具有修改系统参数、实时监控、画面组态、系统运行和退出、用户管理的权限，系统操作员只有实时监控、修改参数、退出系统的权限。

2.2 PLC与变频器通讯设置

2.3 PLC的编程

要实现变频器的控制，通过编写相应的程序实现PLC与变频器之间的信息交互，PLC程序完成FXON-485ADP通讯适配器的初始化、控制命令字的组合、代码的转换及变频器应答信息的处理等待等工作。PLC梯形图如图所示，梯形图中，由起始脉冲M8002初始化FXON-485ADP的通讯协议，然后再进行启动和停止信号的处理。D127-D149为通讯发送缓冲区设置，D150-D160为接受缓冲区，1#给煤机启动由X0的上升沿控制，停止由X0的下降沿控制，2#给煤机启动由X1上升沿控制，停止由X1的下降沿控制，依次类推3#给煤机由X2上升沿、下降沿控制，4#给煤机由X3上升沿、下降沿控制。以1#给煤机为例，当X0的上升沿触发后，M50闭合，1#变频器的站号读入D130，运行命令字读入D135，ENQ、写运行命令的控制字和等待时间等由编程器事先读入D131—D133;接着求校验和并读入D136、D137，最后置M8122允许RS发送控制信息。变频器收到信号后立刻返回应答信息，应答信息被FXON-485ADP收到触发M8132，PLC根据实际情况作出相应的处理后完成一个控制过程。

图 PLC梯形图

3.结束语

本控制系统运用上位机和PLC进行控制，采用变频器的通讯功能，在硬件上增加一条RS485通讯电缆，完成变频器的启动、停止、频率设定，实现了对四台电动机同步运行。系统具有控制方式灵活、精度高、程序开发简单等优点，方便了管理员和操作员的远程监控和现场操作控制，降低了硬件成本。

［1］袁任光.可编程序控制器(PC)应用技术与实例［M］.广州:华南理工大学出版社，2003.

［2］廖常初.FX系列PLC编程及应用［M］.北京:机械工业出版社，2007.