在热电厂的工业生产过程中，物料都需要被进行连续的、高精度的定量计量，以保证稳定的生产过程或者精确的物料配比，计量准确和计量精度的稳定是各热电厂燃煤系统能否正常运行的关键，所以给煤机的控制性能就显得尤为重要。称重式给煤机是一种可均匀、连续、定量地给煤设备，并且可以在给煤过程中对煤连续称重, 同时根据燃烧系统需求的煤量信号，随时调节给煤量。因此称重给煤机广泛适用于各行业的工业锅炉的连续给煤，针对称重给煤机给煤量过多会加大皮带电机负荷，增加皮带磨损程度，和增加设备故障发生机率，影响生产效率；给煤机给煤量过少又会降低生产效率，影响效益的问题，提出改造方案，进行技术改造。
可编程控制器PLC因具有可靠性高、易集中控制的优点，使其在工业控制中得到广泛应用。本设计用S7-200PLC和MCGS昆仑组态监控软件实现给煤机监控系统的改造设计、调试等。通过上位机的监控画面，我们可以对现场的给煤机运行状况一目了然。
本次毕业论文设计的意义是基于PLC给煤机控制系统的改造设计，随着我国近几年经济的发展，现代化工业水平也在不断提升，自动化水平不断提高，在确保安全生产和质量的前提下，经济、环保、节能的问题越来越受到人们的关注。我国的燃煤需求量非常高，而且煤炭价格在近几年来不断上涨，在有些火电厂输煤过程中，由于节能设备的不完备，造成了对生产原料的极大浪费，直接影响热电厂的经济效益。
改造后的控制系统目的是采用PLC，称重传感器来检测，变频电动机来执行，人机界面来监控，以提高系统的控制精度和稳定性，开发人机界面程序，增强系统的可扩展性，为企业创造良好的经济效益。
给煤机是一个技术含量及集成化很高的设备，在新设备的开发发展中，人们不断将在各个领域研究的成果融合进来，随着材料科学、制造工艺、信息技术、计算机技术等各方面的进步，每一轮产品都有新的技术植入，零部件更新的越来越快、新设备换代周期也越来越短，特别是大型给煤机的开发，并没有成熟经验可以学习和借鉴，也不能允许设计中出现任何的失误，因此必须借助各种技术的融合，来提高设计的效率和设计的质量，提升企业自主创新的能力和市场竞争能力。液压件、电气控制、发动机等给煤机配套产品已成为我国发展给煤机的瓶颈，在这方面人们有深刻体会，我国给煤机产业要在第一个十年高速发展的基础上更加注重发展的质量，给煤机产业的工业结构调整虽然已有一定进展，但总体而言，不合理的工业产业结构现象仍是很严重。平稳飞速发展的基本前提基本趋势不会改变，给煤机产品市场需求总量仍会保持持续的增长，但简单来讲，需求的增长速度将会比过去十年缓慢。
国外已大量采用称重式给煤机控制系统，针对我国火力发电厂锅炉辅机—给煤机制造的落后情况，我国从上个世纪90年代起相继从西方国家引进了称重式给煤机，沈阳华电电站装备有限公司、沈阳斯道克电力设备有限公司、上海发电设备成套设计研究所等公司以共计千台以上的设计、制造、安装运行业绩为引进及消化吸收国外技术作出了重要贡献。
目前，机组已经从早期的手动控制、自动控制，局部控制发展到现在的自动控制，从就地控制发展到现在的集中控制。过去，运行人员只能通过手动操作执行机构，人工记录报告，如今，现代化大型机组普遍采用计算机控制、大屏幕显示和高分辨率的监视操作，从而将复杂的机组运行参数做集中处理，并以图表、文字的形式实时显示，给运行人员提供操作指导。实现在线校准称重给煤机利用实时在线技术，在给煤机运行过程中，实现了自动在线标定、在线比对、在线调零，使给煤机运行的可靠性、稳定性得到了大大的提高。
（1）老式给煤机附近堆积粉尘较多，控制柜内阁没有密封装置，造成接点积灰、磨损、老化和松动问题，使得控制系统的故障常常发生，导致现场维护量增大。控制柜内强电和弱电导线绞接在一起，出现故障时查找点非常困难。
（2）煤机输煤系统调速不稳定，能源消耗大，效率低，且离合器中心轴承容易损坏，更换起来困难。而且经常出现飞转现象，严重影响锅炉的正常运转，并造成电能的浪费和材料配件的损耗，同时对检修维护工作造成极大的困难。
（3）运行人员无法实施远程操控和监控。如果发生故障不能实现远程报警和自动停止。
变频器是利用电力半导体器件的开关函数频率转换到另一个频率的电力控制装置，可以实现交流异步电机的软起动和变频调速、提高操作精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护和其他功能。电力和微电子产业的持续发展，使得大功率晶体管不断改进、电源模块技术，变频设备控制和检测的方向不断智能化、数字化、多样化发展，使用范围更广范，操作越来越简单，控制精度越来越高。
给煤机的调速在热电厂锅炉给煤系统中占一定地位，它直接影响着锅炉系统的安全、稳定、连续运行。如果给煤不及时，导致锅炉出力不足从而影响锅炉燃烧的效率；如果给煤量过度不仅会造成给煤下料口堵塞，有时还会造成锅炉结焦，灭火甚至停炉的现象。因此，具有良好调速性能的给煤调节系统是保证锅炉安全运行的基础。变频器是利用电力半导体器件通断作用将工频电源变换为另一个频率的电能控制的装置，能够实现对交流异步电机的软启动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流、过压、过载保护等功能。随着电力和微电子产业的不断进步，大功率晶体管、大功率模块技术的不断提高，变频装置在控制、检测方面不断地向智能化、数字化、多元化方向发展，使用范围越来越广，控制精度越来越高，操作也越来越简单。
变频器的特点有：
（1） 功率大、适应范围广。
（2） 操作灵活、方便直观。
（3） 抗振性强。
（4） 密封性能良好。
可编程控制器主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成。它应用面广、功能强大、使用方便的优点，广泛应用在机械设备和生产过程的系统控制中。为了向国外无人化监控管理方向发展，以达到减员增效和提高管理水平的目的，输煤系统采用PLC控制。可编程序控制器采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。是一种用程序来改变控制功能的工业控制计算机，其应用领域包括数字量逻辑控制、运动控制、闭环过程控制、数据处理等。在热电厂高温，灰尘的恶劣环境下，将PLC应用在给煤机的控制中，不但可以确保系统正常运行，而且它维护量小，价格便宜，易于编程，且有一定的抗干扰能力。鉴于电厂输煤系统的重要性，现在更多的给煤机设备链实现通过使用PLC控制以确保其可靠性和特殊性,计算机和PLC工业控制计算机上互相配合,共同完成煤炭供料系统的监控功能。
MCGS是一套基于Windows操作系统可用来快速构造和生成上位机监控系统的组态软件包，他为用户提供了从设备驱动、数据采集到数据处理、流程控制、动画显示、报表输出等解决实际工程问题的完整方案和操作工具。MCGS组组态软件具有多任务、多线程功能，其系统框架采用C++编程，通过OLE技术向用户提供VB编程接口，提供丰富的设备驱动构件、动画构件、策略构件，用户可随时方便的扩展系统的功能。
本文改造设计以称重式给煤机为例，皮带式称重给煤机是一种封闭的给煤机，装有链式清理刮板，用来保证给煤机的安全运行。在给煤机内配备几米长的输送皮带，在输送机位于给煤机进料口与驱动滚筒之间安装了单托辊或者双托辊称重机构构成称重跨距。
图3.1 给煤机工作图片
图3.2 给煤机控制系统组成
称重机构构成称重跨距，图3.3是一个典型的单托辊皮带秤，它由3 个托辊组成，托辊1 和托辊3 固定在机座上，托辊2 悬挂在高精度称重传感器上为称重托辊，当被输送的煤通过该称重跨距时，称重传感器会产生一个与载荷重量成正比的电压信号，该信号经屏蔽电缆送给电气控制系统，同时安装在皮带头部驱动滚筒上的测速传感器，将皮带的速度以脉冲信号的形式送给电气系统，电气系统可自动控制给煤机及清扫电机的起停，同时根据燃烧系统的要求通过变频器控制输送皮带的速度以调节给煤率。在给煤机出口设有煤闸门可以自动控制煤闸门的开启或关闭，并设有闸门故障报警，为了使给煤系统安全可靠运行, 在进煤口安装 1 个煤流监视器，在出煤口安装1 个堵煤传感器，可监测堵煤及断煤信号，另有电机故障、清扫刮板故障、温度报警信号装置以及故障连锁停机保护等。
图3.3称重式给煤机单辊皮带秤示意图
称重给煤机要有封闭箱体、输送系统、清扫系统、计量系统、温控等保护系统，电动砸门与电气控制系统组成。并可根据实现方案进行扩展。
具体的称重原理：经称重传感器测得的原煤重量与经速度传感器测得的皮带速度相乘所得的值一方面经过积分器积分得出累积煤量，另一方面与DCS控制的锅炉所需煤量比较，得出的进给率偏差经常规PID控制调节，所得的值输送到变频器，变频器接受远方模拟量端子输入控制，也就是说PLC输出模拟量转速控制信号到变频器，由变频器来完成变频控制给煤机电机，最后电机调节皮带转速，进而调整燃烧所需要的煤量，同时也实现发电功率调节。称重给煤机的称重原理图如图3.4所示。
图3.4称重给煤机的称重原理图
（1） 起停控制
根据DCS 远方命令，可以实现给煤机运行的操作启动和停止、出煤闸门的开启和关闭控制。在手动方式下，反转按键使皮带反转用于反转卸煤。恒速按键使皮带恒速运行用于检修和测试。
对给煤电机及调速系统运行状态进行实时监控。当发生各种故障时，可发出相应报警信号，并做相应的停机控制，实现保护功能。当磨煤机故障或出煤口闸门故障时能实现自动联锁停给煤机。可参与实现制粉系统的顺序逻辑控制。对出口闸门的打开和关闭过程进行逻辑判断，以确定开或关的过程是否正常，并进行闸门故障的报警输出和控制。
（2） 输送皮带速度调节
给煤机的给煤量控制由DCS系统远信号（4-20 mA）给定，并通过变频调速来实现输送皮带的速度控制。控制系统向DCS 控制中心发送煤流量(4-20mA）信号和输送带速度（4-20mA）信号。
（3） 给煤机系统运行状态监视
实时监视给煤系统的运行状态，可通过电缆或通信方式向DCS 控制中心上传给煤机各种运行和报警信号，就地柜上也有运行和报警指示。如有任何一个故障开始报警，必须在就地柜上复归。如果报警信号复归不了，就说明报警故障来源没有消失。如发生严重故障，如电机故障、联锁停机、出口堵煤时，报警的同时要停止给煤机。
（4） 清扫链起停控制
链条清扫电机随给煤机启动的同时启动，并可以通过转换开关手动进行控制。当清扫装置安全销动作时会有报警信号，当清扫电机过电流时，对应保护会停止清扫电机的运行。
（5） 通信接口
双路485 通信接口，采用通用的MODBUS 协议，可以和DCS 系统联网运行。并具有双路冗余提高通信系统的可靠性。
（6） 故障记录功能
可以动态保存最近10 次故障的详细记录，失电且不丢失数据，包括故障的性质和故障发生时间，最近10次停运发生的时间。
