摘要：本文主要介绍了习水发电厂给煤机流量计基于PLC改造的设计，文中说明了如何使用PLC实现给煤机流量计的功能。
关键词：给煤机流量积算仪、PLC、流量计、TD400C
1引言
习水发电厂原给煤机流量积算仪使用美国拉姆齐公司MINI11-101F积算器，共计8台，因MINI11-101F积算器因使用时间长，各积算器逐渐损坏，而且进口设备价格较高，经咨询和讨论决定将其改为徐州拉姆齐公司国产SHT-08积算器。在使用过程中发现国产SHT-08积算器由于设计和制造等原因，经常发生显示不准、输入输出板损坏、校验不准等故障。现将其改造为以西门子S7 200PLC为核心的积算器。本设计采用西门子S7 200系列小型控制器CPU224为中央处理器模块，AI/AO模块采用EM235，使用TD400C作为积算器显示单元。
2给煤机流量积算器设计
2.1 给煤机流量积算器的设计原理
给煤机流量积算仪的工作原理是测量皮带上单位长度的煤重q（kg/m）和皮带的行进速度V（m/s）两者相乘得出实际的给煤率。把实际的给煤率对时间t（s）进行积分，得到实际的给煤量。
W=
=
（1）
其中：t0、t1是煤从x0到x1通过的时间，qv为给煤率。
2.2 给煤机流量积算器构成
改造后的给煤机流量积算器主要由西门子S7 200系列控制器CPU224、AI/AO模块EM235、显示单元TD400C、开关电源明纬 D-50F构成。
2.3 给煤机流量积算器设计方法
给煤机流量积算器通过CPU及AI/AO模块采集称重传感器信号和速度传感器信号，CPU将处理过的称重传感器信号和速度传感器信号按照公式（1）进行计算就可得到给煤机的瞬时流量。
2.3.1 给煤机流量积算器各参数检测、处理。
2.3.1.1 速度传感器信号
习水发电厂给煤机皮带速度采用编码器测量，通过定义PLC高速计数器来采集编码器信号，高速计数器的定义需根据编码器的测量方式进行。本设计采用HSC0高速计数器采集编码器信号来计算皮带速度。
需要注意的是不同的CPU高速计数器的数量不同，不同高速计数器的输入端子也是不同的，一旦选定高速计数器并做好该高速计数器的定义后，对应的输入端子就只能划给该高速计数器使用，不能用作他途。例如本设计定义HSC0采用模式0进行计数，那么输入端子I0.0就被分配给HSC0使用，即I0.0只能接编码器的脉冲信号，不能连接其他信号。
2.3.1.2 称重传感器信号
称重传感器的输入电压、灵敏度、传感器个数、输出信号都是设计的重要参数。称重传感器的信号由AI/AO模块（EM235）采集，AI/AO模块（EM235）采集称重传感器的信号时，称重传感器的输入电压基准应与AI/AO模块的输入电压基准一致，否则测量的称重传感器输出信号将出现较大偏差。
称重传感器的满量程=称重传感器的输入电压×称重传感器的灵敏度，称重传感器的输入电压一般在9到12VDC，灵敏度恒定不变。所以影响称重传感器量程的只有称重传感器的输入电压。在计数精度要求不高的情况下，电源模块选定后，称重传感器的输入电压可用仪表测量后在程序编辑时直接输入，本设计就是采用此方法。在计数精度要求较高时，称重传感器的输入电压应采用专门的测量模块进行实时测量，确保电源模块输出电压发生变化时不影响流量的计算。
2.3.1.3 给煤机皮带参数
给煤机皮带的长度、校验时皮带的实际速度、皮带的有效称量长度都是设计中需要应用的参数。
皮带的长度：皮带长度需要就地实际测量，因受现场条件的制约，皮带长度的测量有较大误差，所以在测量皮带长度时应尽量精确测量，并按照多次测量取平均值的方法进行，减小测量误差。
皮带的实际速度：皮带的速度主要是测量校验时皮带的实际速度。皮带的实际速度=皮带长度/皮带运行一周的时间，也需按照多次测量取平均值的方法进行。
皮带的有效称量长度：对于单托辊皮带秤，皮带的有效称量长度=前后两秤端托辊距离L的一半。
滚筒直径：滚筒直径是计算给煤机瞬时速度的重要参数，根据厂家图纸或者进行实际测量获得。
2.3.2 零位、满度设计
2.3.2.1 零位设计
给煤机皮带秤零位受使用环境的影响有较大变化，不能长时间保持恒定不变，因此需要定期进行校准。本设计采用计算皮带空载运行一段时间的平均值来作为零位。
值得一提的是，皮带秤静态零位与称重传感器安装时的工艺有很大的关系。建议在安装时称重传感器的输出电压在0到1mv之间，这样可以避免安装较松，传感器称重传感器零位电压误差较大的情况，又可以避免安装过紧，传感器长时间保持一固定形变而不能恢复造成传感器损坏的情况，同时还可以获得较宽的量程变化带，避免煤量过多造成超量程。
2.3.2.2 满度设计
本设计中给煤机满度采用加载链码以最大速度运行时重量的时间积分来计算。
满度计算中皮带的实际运行速度是满度计算的误差影响最大的因素，因皮带的实际运行速度采用手工测量，误差较大，所以皮带的实际运行速度应按照多次测量取平均值的方法进行，尽量减小实际运行速度误差带来的满度计算的误差。
2.4 给煤机流量积算器的实现方法
2.4.1重量的计算方法：
Mt=
（kg）（2）
其中：Mt为t时刻皮带上煤的重量，kg；
M为称重传感器的最大量程，kg；
S为称重传感器的灵敏度，mV/V；
U为称重传感器的电源电压
St为称重传感器t时刻的输出信号，mV；
S0为零位输出信号，mV；
2.4.2速度的计算方法：
Vt=
D（m/s）（3）
其中：Vt为皮带t时刻的速度；
Ht为t时间内编码器的脉冲数；
P为编码器单位脉冲数；
D为滚筒直径；
2.4.3 瞬时流量的计算方法
Qt=Mt
Vt（kg/s）（4）
公式（4）计算的瞬时流量为理论计算值，实际运行工程中因皮带跑偏、振动、速度偏差等环境因素将造成测量偏差，所以瞬时流量需要进行修正，修正系数在校验满度时获得。修正后的给煤机瞬时流量如下：
Q=Qt×C
其中：C为修正系数；
2.5 给煤机流量积算器显示单元设计
本设计采用TD400C作为显示模块，主要包括流量显示、参数设置、校验。
流量显示：流量显示画面显示瞬时流量、称重传感器信号、速度传感器信号。
参数设置：参数设置菜单主要用来设置积算器计算所需参数，如速度传感器单位脉冲数、称重传感器灵敏度、皮带长度、滚筒直径等。
校验菜单：主要是进行零位和满度校验
2.6程序设计
3. 结论
给煤机流量积算器是给煤机的重要配套设备，流量的正确显示对给煤机系统的控制有着重要的作用。本设计除硬件需要采购外，其余软件设计、现场施工全部由热控自主进行。同MINI11-101F积算器相比更简单、实用，比SHT-08积算器更稳定、准确。而且增加了称重传感器信号、速度传感器信号显示单元，更加方便的查找故障原因。
参考文献：
[1] 国家能源局 DL\T513-2016 电子称重式给煤机 中国电力出版社 2016-08 第一版 共7页
[2] 国家能源局 DL/T337-2010 给煤机故障诊断及煤仓自动疏松装置 中国电力出版社 2011年4月1日 第一版 共6页
[3] 科技应用 电子皮带秤秤架结构与刚度计算 2001.3 第30卷第2期总113期 共5页
论文作者:黄俊
论文发表刊物:《电力设备》2018年第31期
论文发表时间:2019/5/5
标签：传感器论文; 称重论文; 皮带论文; 流量论文; 给煤机论文; 测量论文; 信号论文; 《电力设备》2018年第31期论文;