一，引言

　　称重式给煤机是专用于电力行业燃煤锅炉制粉系统和其它行业工业锅炉的煤粉连续定量供给，当前电厂燃煤机组一般都采用中速磨煤机一次风机正压直吹式制粉系统，每台炉配6台中速磨煤机和6台给煤机，5台运行，1台备用。给煤机能实现连续均匀地给煤、准确可靠地计量，在整个给煤机运行过程中，对物料进行精确称量，并显示给煤量瞬时值、累计量并可根据锅炉燃烧控制系统的指令，自动无级、快速、准确的调节给煤机出力，使实际给煤量与锅炉负荷相匹配。

　　给煤机一般采用全封闭圆筒式结构，能在很大的负荷变动范围内改善锅炉性能，使锅炉温度和压力温度的控制更为稳定，使燃料与所需空气量更为匹配。给煤机主要包括给煤机本体、传动部分、各种安全保护装置、测速装置、称重传感器、流量积分控制器、安全回路控制器及调速控制器，其中的传动控制包含驱动电机、测速装置和变频调速控制部分，它们的性能、保护功能和可靠性对给煤机整体性能起着至关重要的作用，它直接影响着锅炉制粉安全可靠的运行。给煤机作为燃煤锅炉制粉系统主机设备与电厂的附机配套设备相比在功能安全性上有着更高、更严的要求。

二，给煤机工作原理

　　在燃烧控制过程中，称重式给煤机通过进口溜槽接受来自上部料仓的原煤，并通过皮带输送机向下一级磨煤机设备进行输送，安装在输送皮带下的称重桥架将煤炭的重量实时传送给高精度应变片式称重传感器，称重传感器测量皮带上煤的单位长度的重量送入给煤机控制仪表，安装在尾部滚筒上的测速传感器实时测量皮带速度，该速度脉冲输出频率正比于皮带速度，同时送入仪表，速度信号和重量信号送入控制仪表进行乘法运算处理，计算产生出瞬时流量，同时完成对时间段中的瞬时流量积分，得出给煤的累计重量。仪表还将称重托辊上煤的瞬时流量与设定的给煤流量进行比较和PI调节，从而产生控制输出信号到变频器来改变给煤机的驱动速度，使给煤机上的煤炭流量随给定要求而发生变化，接近并保持所设定的给煤流量，从而实现定量给煤的目的。另外在给煤机的进出料口配有高温隔离闸门，以防止热风的回流，为安全生产和检修提供方便。

　　给煤机驱动采用电动机变频调速方式，而交流变频器以其调速精确、控制成熟、使用简单、保护功能齐全等优点逐步代替传统的滑差调速控制装置而在电厂给煤机上得到广泛应用。其工作原理如图1所示

图1 工作原理

三，给煤机驱动控制方案

　　1，Powerflex系列简介

　　Allen-Bradley公司的Powerflex系列变频器主要含Powerflex4和Powerflex7两大系列，其中PowerFlex 4系列交流变频器是PowerFlex家族中尺寸比较小且高效率的成员，它设计紧凑、节省空间，给用户提供了强大的电机转速控制能力，其比较大起动转矩可达150%的电机额定转矩;可变的PWM允许变频器在低频下输出更大的电流和转矩，数字PID功能提高了应用的灵活性，计时器、计数器、基本逻辑和步序逻辑功能可以减少硬件设计成本并简化控制方案。PowerFlex4系列变频器包括三种产品PowerFlex4、PowerFlex40和PowerFlex400。它们是设备级速度控制的理想产品，提供多样性应用，满足了全球OEM和比较终用户对于灵活性、节省空间和使用方便的要求。它们同样可以作为机械工具、传送机、水泵和物料处理系统中速度控制的廉价替代品，总之，Powerflex40系列高性能矢量变频器的精巧设计可较理想地满足给煤机高性能的传动要求。另外Powerflex系列的前一代产品AB 1336 PLUS II变频器在电力行业也得到了广泛的应用并具有很高的电力市场占有率和很好的口碑。
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　　给煤机驱动电气控制原理图如下图2所示：

图2 电气控制原理图

　　2，控制功能描述

　　Powerflex40是采用矢量转矩控制技术的新一代交流变频器，能实现在没有编码器或测速机反馈的条件下，精确控制鼠笼电机的速度和转矩。可适用于：传送带;泵类;风机类;搅拌器;提升机;卷取机;离心机;挤压机等场合。

　　矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的，无速度传感器的矢量控制方式是基于磁场定向控制理论发展而来的，即使不在异步电动机中直接安装磁通检测装置，也可以在通用变频器内部得到与磁通相应的量，并由此得到了所谓的无速度传感器的矢量控制方式。它的基本控制思想是根据输入的电动机的铭牌参数，按照转矩计算公式分别对作为基本控制量的励磁电流（或者磁通）和转矩电流进行检测，并通过控制电动机定子绕组上的电压的频率使励磁电流（或者磁通）和转矩电流的指令值和检测值达到一致，并输出转矩，从而实现矢量控制。Powerflex40变频器中已经具备异步电动机参数自动检测、自动辨识、自适应功能，带有这种功能的通用变频器在驱动异步电动机进行正常运转之前可以自动地对异步电动机的参数进行辨识，并根据辨识结果调整控制算法中的有关参数，从而对普通的异步电动机进行有效的矢量控制，改善异步电动机控制常数的调节及与机械系统匹配的适应性控制性能的技术。
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图3 Powerflex40矢量控制结构图

　　称重式给煤机其传动部件主要由输送皮带和减速电机所组成，作为典型的恒转矩负载，采用无速度传感器矢量控制可确保给煤机调速平稳、精确，动态特性得到改善，有效地消除了机械滞后所引起的系统误差，确保了在低速、小流量状况下的稳定性、高转矩输出和计量精度，并且大大延长了产品的生命周期，保证了给煤机长期可靠安全运行，这些特性是以往给煤机所采用V/F控制方式所无法完成实现的。采用Powerflex40矢量控制技术的称重式给煤机其特点主要表现如下：

　　●给煤机带负荷启动特性得到改善并实现高转矩零转速的平稳启动，完全满足锅炉制粉系统带重载荷启动的工艺要求，其自整定功能使Powerflex40交流变频器能够适应不同种类电动机的特性，从而使其达到比较佳的匹配效果。

　　●给煤机工作可靠性和稳定性大大提高、机械及皮带磨损降低至比较小极限，延长了给煤机整体使用寿命。

　　●成熟的控制和功率器件技术使给煤机转速跳跃、飞车故障和失速现象彻底杜绝，电磁兼容性能也得到很大改善，完全通过EMC电磁兼容标准89/336/EEC和EN61800-3要求，对电机的综合保护功能也有所增强完善。

　　●变频器避免了因转速忽快忽慢引起给煤机煤量不稳定及撒煤堵煤现象，使给煤机控制速度响应时间得以保障，特别是对给煤量的波动得以有效的控制（小于±0.5%），满足了当前火电市场超临界机组和超超临界机组的工艺要求。

　　●变频器拥有更低的设备成本且技术成熟、使用简单、各类功能齐全、操作灵活及维护容易。

　　●变频系统可扩充采用CIP通用工业协议的网络，并可保持今后其技术的先进和领先地位。

　　3，选用理由及使用效果

　　当前国内市场给煤机投标中，其标书技术规格往往对变频器只关注品牌，而忽视其型号、指标及功能等细节，标书起草者缺乏对产品的深度了解，又加上价格因素高于技术评标因素，导致大多数给煤机供货商所配套变频器为不完全具备"电源瞬停再启动"功能，一般电厂给煤机的供电电源都带有电源瞬停切换的系统，当停电切换时间较长时，运行中的变频器因"低电压运行"故障信号而引起给煤机停机，此刻会引发锅炉主燃料跳闸（MFT）动作，因此，应明确配套的变频器需具有完善的"电源瞬停再启动"和"电源瞬停延时时间设定"等功能，再根据实际电源停电切换时间进行设定，同时也需对给煤机的控制系统的内部逻辑和控制回路作相应的连锁，以避免由其在瞬时停电切换时引发锅炉MFT动作，造成不必要的停机。

　　另外，当前电厂的电网电压在高负荷下也极不稳定，电压的波动会导致变频器在使用中产生低压保护跳闸问题，这种跳闸会因为变频器的保护设置不同而表现为过流保护或低压保护，但其原因都是因为电网低电压引起的。低电压通常都是短时的，主要是因为电网晃电时间过长，引起电网晃电的原因很多，如主电网侧的电网波动、负荷不平衡、电力切换、雷击等原因，负载侧的大型设备启动和应用、线路过载等原因。电厂给煤机变频器在遇到厂用电压瞬时低于变频器的低电压保护值（根据变频器的型号和输入工作电压不同该值也不同）时停机，从而导致给煤机也同时停机，同时会给FSSS（锅炉安全监控系统）发出给煤机停止信号，这样也会导致FSSS的MFT动作。因为给煤机变频器低压保护跳闸而引起的非计划停炉，给电厂带来很大的经济损失，也是目前电厂面临的比较大的问题，只有很好的解决该问题才能保证电厂安全、可靠、高效的正常运行。

　　针对以上导致给煤机意外停机的两大因素，在北美变频器市场稳居第一的品

　　牌罗克韦尔Powerflex系列为此提供了全面的解决方案，Powerflex40变频器在其给煤机应用上提供了以下完善的保护功能和指标：

　　●电机保护：150%持续60秒;200%持续3秒;

　　●过流保护：额定200%;瞬时300%;

　　●过电压保护：810V直流母线电压，等同于575V交流输入;

　　●低电压保护：390V直流母线电压，等同于275V交流输入;

　　●控制尖峰通过时间：0.5秒～2秒;

　　●无故障尖峰通过时间：100毫秒;

　　●电子式过载保护：10级，具有灵敏速度响应;

　　●其它：控制线路掉电保护;接地短路保护;瞬间掉电保护;输出短路保护;电机过热保护等;

　　以上功能、数据指标和应用表明：Powerflex40变频器完全满足于给煤机

　　和火电厂苛刻的工艺使用要求，另外PowerFlex40自带基本逻辑控制功能也为给煤机连锁控制带来了极大的灵活性，实践证明罗克韦尔Powerflex系列产品在给煤机中应用的可靠性和灵活性，在电力行业奠定了良好的形象基础，取得了宝贵的实践经验，同时也为罗克韦尔自动化与驱动产品在该行业深耕开启了广阔的市场空间。
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四，变频器参数及调试步骤

　　Powerflex40变频器操作及调试主要有三种途径来完成：本机操作面板、PC机操作和DeviceNet通讯;其中通过本机操作面板来设置和调试为比较常用的方法，它的显示采单信息说明如下图所示：

图4 操作面板菜单说明

　　其中变频器参数构成分为：显示组（d），基本编程组（P），高级编程组（A）三大类，故障组（F）为变频器故障代码显示组。同时Powerflex40变频器也可通过装有DriveExplorer 和DriveExecutive 软件的PC机用于编程、监视和控制变频器。

　　变频器参数的合理设置对其应用特性的影响至关重要，因此对参数深入了解和实践更显重要，针对变频器在给煤机上的使用特点我们总结了以下参数设置一览表供参考：

图5 PF40变频器参数设定一览表

　　在对给煤机的出厂调试过程中，我们针对变频器部分做以下内容的调试：

　　1） 变频器的转速给定信号4～20mA由控制柜上的给煤机二次仪表进行调整，更改二次仪表的控制输出的模拟信号值，与变频器显示板上显示的频率变化进行核对，确认两者一致并且线性。例如在变频器设定比较大频率为50Hz的情况下，调整二次仪表控制输出的4～20mA信号为50%，则变频器面板显示的频率数为25Hz，并检查变频器模拟输出4～20mA信号，确认也与二次仪表的控制输出的模拟信号相一致;

　　2） 通过二次仪表的操作，启动变频器，在给煤机正常运转的情况下，监视给煤机主电机电流，然后通过更改二次仪表的控制输出信号，将变频器转速信号设定为5Hz，进行低频条件下的电流和转距输出测试，确认变频器低速运行不会因为过载跳闸以及设定的变频器内部参数-电流保护值的合理性，在比较低速运行通过之后，按5Hz/次上升频率直至比较大频率，检查变频器电流及电机运行状态是否正常和流量的波动幅度，来确认给煤机控制和运转情况的正常;

　　3） 检查变频器故障报警及正常运行的继电器辅助接点信号输出有无异常;

　　4） 通过外部调压器调整给煤机控制柜的交流动力电源，先慢慢升高电压，变频器开始工作的电压值为启动工作电压;然后慢慢降低电压，变频器停止工作的电压值为低压保护电压，确认变频器满足在一定范围内的电源电压波动下设备正常运行的设计要求。再根据变频器在比较低、比较高和中间速度值的三种条件下对给煤机进行电源瞬停再启动试验，以得出变频器在输出不同转距和惯量前提下的瞬停临界间隔时间，以供DCS逻辑组态连锁控制，确保给煤机的可靠安全运行;

五，Powerflex变频器使用体会

　　1，功能强大可靠稳定

　　经过多年的给煤机实践应用进一步证明：对于速度和扭矩要求十分严格的皮带输送类负载，Powerflex系列变频器都以其卓越性能表现了驱动灵活，调节方便，工作十分稳定可靠等特点并具备极高的性能价格比。

　　2，使用简单维护方便

　　Powerflex系列中不同型号的变频器具有相同的操作性，可以使用相同的人机接口操作面板或基于PC的软件来设置编程、监视、控制和诊断。各类信息按不同种类组分类，并配以向导式的提示，使变频器参数设置、参数备份和状态监控等变得十分简单方便。

　　3，故障诊断方便透明。

　　通过操作面板或网络不但可以监控和清除故障，还可以查看故障和报警的历史记录信息，对于故障分析十分有帮助。

　　4，结构紧凑环境适应性强

　　Powerflex系列变频器结构设计紧凑，安装方式选择灵活，大大节省了安装空间，多种封装的选择能满足电厂高温、多粉尘的环境场合。

　　5，客服支持网络完善

　　罗克韦尔自动化完善的客服支持网络为我们合理的选型和调试支持提供了极大的方便，从而节省了调试、集成、维护和系统优化的时间和投资。

　　6，强大的网络解决方案

　　Powerflex系列变频器选配不同的通讯适配卡，可全面支持符合CIP协议的DeviceNet、 ControlNet、EtherNet/IP开放式网络，为构造数字化透明电厂提供了强有力的解决方案。

六，结束语

　　提高给煤机的安全经济可靠运行，对燃煤锅炉制粉系统能否正常运行、保证燃煤正常可靠输送至关重要，而给煤机的可靠运转，取决于变频器驱动控制部分的可靠性，除了选用合适型号的变频器、选择合理的控制方式、设置适用的参数外，对变频器的日常检修维护工作也十分重要，对于变频器安装在多粉尘、温差大、湿度低的工作环境，日常维护工作更应重视，避免当前重品牌轻维护的现象，使变频器在其生命周期内发挥应有的作用。自2005年开始至今，我公司所配套Powerflex系列变频器的称重式给煤机工作状况良好，运行稳定，大大提高了给煤机控制精度和稳定性，并将非人为停机因素降至比较低，在电厂实际应用中取得了良好的效果和回报。
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