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本文介紹了由單片機(jī)稱重顯示儀表及工控機(jī)組成的自動(dòng)化配煤控制系統(tǒng)的特性及其在大連北方熱電廠生產(chǎn)應(yīng)用中的具體情況，并針對(duì)實(shí)際應(yīng)用中所暴露出的不足提出了解決方案．
隨著智能稱重配料儀表及工控機(jī)的發(fā)展，工控機(jī)及單片機(jī)系統(tǒng)的組合在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)控制中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛．單片機(jī)系統(tǒng)組成的智能儀表穩(wěn)定性好、功能強(qiáng)大、適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)的惡劣環(huán)境，并能與計(jì)算機(jī)進(jìn)行可靠的通訊．而工控機(jī)本身不但有普通計(jì)算機(jī)的各種優(yōu)點(diǎn)，而且比普通計(jì)算機(jī)適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)的惡劣環(huán)境，運(yùn)行更穩(wěn)定，使用壽命更長(zhǎng)．
1，概述
大連某股份有限公司即改制前的瓦房店熱電廠，是瓦房店市的集中供熱部門．設(shè)計(jì)3臺(tái)液態(tài)排渣的立式旋風(fēng)爐．由于是液態(tài)排渣，燃煤中要摻混一定比例的石灰石，同時(shí)為了達(dá)到鍋爐燃燒的最佳工況及降低燃煤的成本，需要幾種煤種相配，這樣就形成了一個(gè)多種物料配比的生產(chǎn)過(guò)程．
電廠的生產(chǎn)初期，完全由人工來(lái)完成上述的配比過(guò)程，這樣不可避免地產(chǎn)生較大的物料配比誤差．物料配比不均直接導(dǎo)致鍋爐燃燒的不穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)造成前置爐脫火，不僅降低了鍋爐的熱效率，對(duì)安全生產(chǎn)也構(gòu)成了威脅．為了徹底解決這種落后的生產(chǎn)狀況，大連某股份公司與大連理工大學(xué)合作對(duì)燃料配煤系統(tǒng)進(jìn)行了自動(dòng)化改造，并在實(shí)際應(yīng)用中取得了成功．計(jì)算機(jī)自動(dòng)化配煤控制系統(tǒng)的應(yīng)用，保證了物料配比的精度、保障了鍋爐燃燒的安全與穩(wěn)定，為大連某股份公司成功摻燒無(wú)煙煤打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)．現(xiàn)在大連某股份公司無(wú)煙煤摻燒配比可達(dá)到70％以上，降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)計(jì)算機(jī)自動(dòng)配煤系統(tǒng)也減輕了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度．
2，配煤系統(tǒng)的組成及控制原理
2．1系統(tǒng)方框圖
整個(gè)系統(tǒng)由3大部分組成，某公司的6809單片機(jī)系統(tǒng)組成的稱重儀表部分完成對(duì)各種物料瞬時(shí)流量、流速、累計(jì)重量的采集、計(jì)算任務(wù)；工控機(jī)是主要的人機(jī)界面，提供運(yùn)行人員操作的平臺(tái)，是自動(dòng)化配煤控制系統(tǒng)的核心；振動(dòng)給料系統(tǒng)完成物料的供給，是整個(gè)控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)．如圖1所示．
2．2，工控機(jī)的硬件組成
工控機(jī)主機(jī)箱選用研華IPC610，是專為在沖擊、振動(dòng)、高溫等惡劣環(huán)境下工作而設(shè)計(jì)的，更能適應(yīng)惡劣的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，支持14槽ISA或ISA／PCI底板．工控機(jī)主板選用研華PCA6179，支持S0cket370PⅢ處理器，CPU選用PⅢ450．通信接口板選用研華4端口RS一232通信卡PCL746，模擬量輸出板選用研華PCL一726，具有6路12位分辨率的D／A轉(zhuǎn)換卡．
2．3，稱重儀表與工控機(jī)之間通訊的實(shí)現(xiàn)
配煤系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于稱重儀表與工控機(jī)之間的通訊．工控機(jī)要完成高精度的物料配比控制，必須實(shí)時(shí)采集皮帶秤運(yùn)行的狀態(tài)，由單片機(jī)系統(tǒng)組成的稱重儀表完成對(duì)皮帶運(yùn)行參數(shù)的采集任務(wù)，參數(shù)包括：皮帶運(yùn)行速度、物料的瞬時(shí)重量．稱重儀表根據(jù)采集到的重量與速度數(shù)據(jù)算出物料的瞬時(shí)流量，并得到整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中物料的累計(jì)流量．在稱重儀表內(nèi)部設(shè)有一套獨(dú)立的單片機(jī)RS一232C串行通信系統(tǒng)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)232串行口實(shí)現(xiàn)與外部設(shè)備互連通信．單片機(jī)采用定時(shí)中斷方式，每250ms與工控機(jī)的RS一232串行口之間進(jìn)行一次通信．通信協(xié)議規(guī)定：通信波特率為9600，數(shù)據(jù)格式用8位數(shù)據(jù)，1個(gè)停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)．單片機(jī)發(fā)送的每組數(shù)據(jù)為12字節(jié)，第一字節(jié)為狀態(tài)字節(jié)，僅當(dāng)此字節(jié)最高位為1時(shí)表明本組數(shù)據(jù)有效，隨后字節(jié)為有效的數(shù)據(jù)并以ASCⅡ碼表示．在工控機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中，通過(guò)對(duì)某公司提供的簡(jiǎn)化windows下串行通信編程的ActiveX控件MicrosoftCommunicationsControl(以下簡(jiǎn)稱MSComm)來(lái)編程響應(yīng)COM口的通信，MSComm控件為應(yīng)用程序提供了通過(guò)串行接口收發(fā)數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)便方法．
2．4，控制輸出與振動(dòng)給料機(jī)非線性特性的處理
振動(dòng)給料機(jī)的一定振幅對(duì)應(yīng)一定比例的下煤流量，它的控制電流與其振幅之間以及振幅與下煤量之間都是非線性的特性關(guān)系，所以工控機(jī)的控制輸出與下煤量之間也是一個(gè)非線性的對(duì)應(yīng)關(guān)系．為了找到最佳的對(duì)應(yīng)曲線，在控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中首先利用數(shù)學(xué)方法求出二者最佳的擬和系數(shù)，再由這些擬和系數(shù)算出對(duì)應(yīng)的曲線方程．有了這樣的一個(gè)曲線方程后，在需要執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生一定的給料振幅時(shí)，即可通過(guò)這個(gè)曲線方程求出對(duì)應(yīng)的控制輸出．
2．5，開(kāi)發(fā)語(yǔ)言及控制規(guī)則
計(jì)算機(jī)自動(dòng)配煤系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)工具選用微軟面向?qū)ο蟮腣isualBasic5企業(yè)板，數(shù)據(jù)庫(kù)使用MicrosoftAccess97，為了滿足生產(chǎn)中物料配比的精度要求，系統(tǒng)的控制采用模糊控制，控制目標(biāo)包括：各種物料的瞬時(shí)流量、累計(jì)流量、煤與石灰石比例及常煙煤與無(wú)煙煤比例．系統(tǒng)初始化時(shí)，首先根據(jù)各種物料之間的目標(biāo)比例及單位時(shí)間內(nèi)的上煤總量計(jì)算出各種物料的目標(biāo)瞬時(shí)流量及目標(biāo)累計(jì)流量作為系統(tǒng)控制的目標(biāo)，系統(tǒng)進(jìn)入控制運(yùn)行后，通過(guò)不斷地判斷實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)與控制目標(biāo)的誤差大小來(lái)不斷修正控制輸出的量．主要控制規(guī)則如下：
①瞬時(shí)流量嚴(yán)重超上限，進(jìn)行流量大調(diào)；
②累計(jì)流量超上限，進(jìn)行累計(jì)流量調(diào)節(jié)；
③瞬時(shí)流量輕微超限，流量微調(diào)；
④瞬時(shí)流量超限，尚未達(dá)到嚴(yán)重上限，小量調(diào)節(jié)；
⑤瞬時(shí)流量超限同時(shí)，累計(jì)流量超限，合并調(diào)節(jié)．
根據(jù)上面的幾點(diǎn)規(guī)則，按一定的比例運(yùn)算關(guān)系，系統(tǒng)將分別得出各個(gè)物料的控制輸出量，從而達(dá)到控制其對(duì)應(yīng)給料機(jī)的振動(dòng)振幅，來(lái)改變給料機(jī)的給料量，這樣就能夠精確地控制各種物料按一定的比例關(guān)系進(jìn)行配比．
2．6，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制原理
1)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，其控制輸出信號(hào)為1～5V的電壓信號(hào)，此信號(hào)在接線端子板上接入一個(gè)5MQ以上的電阻．控制輸出的電壓信號(hào)經(jīng)屏蔽信號(hào)線接入“手動(dòng)／自動(dòng)”轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，經(jīng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)后再接入振動(dòng)給料機(jī)的控制器中．控制器主要有2大部分功能，一部分完成移相脈沖的生成，另一部分完成輸出電壓的控制．移相脈沖由單片移相觸發(fā)集成電路產(chǎn)生，移相控制電壓就是工控機(jī)輸出的電壓信號(hào)，移相脈沖產(chǎn)生后，經(jīng)耦合變壓器接入可控硅的觸發(fā)控制極，來(lái)控制可控硅的導(dǎo)通．這樣根據(jù)控制信號(hào)的變化，可控硅的導(dǎo)通角也發(fā)生同步變化，達(dá)到控制輸出的目的．原理圖如圖2．2)由可控硅輸出半波整流的控制電壓接人生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的振動(dòng)給料機(jī)電磁線圈，由電磁線圈及銜鐵組成的激磁機(jī)構(gòu)在可控硅輸出電壓的控制下，產(chǎn)生強(qiáng)度可變的脈沖磁場(chǎng)并帶動(dòng)給料機(jī)產(chǎn)生一定振幅的振動(dòng)，這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)物料流量的控制．
2．7，系統(tǒng)的報(bào)警機(jī)制及異常處理
系統(tǒng)在運(yùn)行中，總不可避免地要出現(xiàn)各種異常情況，為了保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全，在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中給出了預(yù)定的各種報(bào)警條件，如給料機(jī)不下煤、皮帶不轉(zhuǎn)、誤差過(guò)大、控制輸出超上限、皮帶總流量超上限等等．在這些非正常情況下，系統(tǒng)將給出聲光報(bào)警，同時(shí)做出相應(yīng)的調(diào)整或自動(dòng)轉(zhuǎn)為監(jiān)控狀態(tài)等待人工干預(yù)．
3，生產(chǎn)應(yīng)用中的性能指標(biāo)及其優(yōu)越性
經(jīng)過(guò)實(shí)際生產(chǎn)中的不斷改進(jìn)，整個(gè)系統(tǒng)的誤差小于0．3％．計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制配煤系統(tǒng)的運(yùn)行，標(biāo)志著大連某股份公司配煤工作實(shí)現(xiàn)了安全、高精確、配比根據(jù)實(shí)際需要隨時(shí)可調(diào)的燃料上煤生產(chǎn)．同時(shí)，這套系統(tǒng)也為公司的建廠初期試燒無(wú)煙煤工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為企業(yè)節(jié)省了大量的資金．
4，運(yùn)行中暴露出的問(wèn)題及解決方案
經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行考驗(yàn)，證實(shí)了燃料配煤控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性，但是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的運(yùn)行也暴露出了一些問(wèn)題，比如：系統(tǒng)受天氣或物料干濕度的影響時(shí)配比會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，機(jī)械系統(tǒng)經(jīng)過(guò)檢修或是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行而發(fā)生特性改變時(shí)控制系統(tǒng)將很難控制等．這些問(wèn)題的產(chǎn)生在一定程度上制約了系統(tǒng)的安全運(yùn)行，針對(duì)這些問(wèn)題在系統(tǒng)的改進(jìn)中給出了解決方案，一是加強(qiáng)機(jī)械系統(tǒng)的檢修質(zhì)量，保證機(jī)械機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性；二是通過(guò)對(duì)軟件的修改讓系統(tǒng)更智能化，將人工的思想寫入程序中使其更具有自適應(yīng)能力，能夠自動(dòng)學(xué)習(xí)并采集各種非正常運(yùn)行環(huán)境下的人工控制的各種參數(shù)，并加以優(yōu)化作為相同工況下自動(dòng)控制的依據(jù)．經(jīng)過(guò)這樣的修正，系統(tǒng)提高了適應(yīng)生產(chǎn)環(huán)境的能力，增強(qiáng)了穩(wěn)定性．
5，結(jié)束語(yǔ)
計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制配煤系統(tǒng)在大連某股份有限公司得到了成功的應(yīng)用，從這一典型應(yīng)用中可以看出計(jì)算機(jī)技術(shù)在生產(chǎn)實(shí)踐中的重要性及其給企業(yè)帶來(lái)的巨大效益．同時(shí)也總結(jié)出只有不斷提高員工的技術(shù)水平才能在高科技的應(yīng)用中發(fā)揮其巨大的潛能，隨著科技的不斷發(fā)展，人員素質(zhì)的不斷提高，人們對(duì)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)認(rèn)識(shí)的不斷加深，在電廠的燃料生產(chǎn)中，計(jì)算機(jī)自動(dòng)化配煤系統(tǒng)一定會(huì)得到更廣泛、更成熟的應(yīng)用．

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