概述
锅炉制粉系统为负压式制粉系统，配备2台中储式钢球磨煤机，自机组投产以来，其制粉系统一直为手动操作，给煤量以及磨煤机入口冷风挡板、热风挡板开度均为手动调整。
为了提高机组自动投入率，先后对制粉系统控制方式进行了多次改进，例如，为了克服磨煤机出口温度与入口负压控制相互影响的问题，采用计算机解耦控制方案，由于没有完善的磨煤机负荷自动控制系统，投入效果不好；为了完善磨煤机负荷自动控制系统，加装磨煤机料位控制系统，音频传感器在高料位时，感测声音不灵敏，存在较大迟延，很难投入自动控制方式。
随着机组DCS改造，完善IA＇S系统硬件构成，进行系统升级，磨煤机出口温度控制与入口负压控制方案如图1。该方案虽然通过函数PT_TE_FX，考虑了出口温度控制与入口负压控制的解耦关系，投入自动控制方式以后，运行反映效果不好。
(a) PULV_A控制功能
(b) PULVA_LGIC控制逻辑
图1 磨煤机热风挡板
1 存在问题
制粉系统不能够投入自动方式，存在以下弊端，1）运行人员需要时刻监视磨煤机差压、出口温度、电流等参数，监视操作强度大，2）无磨煤机料位监视手段，磨煤机出入口差压对磨煤机内部真实料位情况反映不灵敏，运行人员仅仅凭借经验，粗略判断磨煤机料位情况，实际操作过程中，影响磨煤机出入口差压的因素不仅包括存煤量，还包括通风量、煤粉浓度等因素，因此，造成磨煤机满磨、冒粉等现象时有发生，磨煤机经常处于低料位，导致制粉出力偏低，磨煤单耗升高，3）磨煤机入口负压波动大，4）随着给煤量、煤质、负荷变化，磨煤机出口温度波动幅度大，不能够实现准确控制，5）挡板执行机构为ZKJ型，控制性能不好。
2 改进思路
通过对锅炉磨煤机加装料位检测及制粉自动控制系统，实现磨煤机料位准确测量和制粉系统自动控制，以磨煤机入口负压、出口温度、磨煤机料位为控制对象，通过风、煤分别控制，相互配合协调，构成3个控制单元，即磨煤机料位、入口负压、出口温度自动控制单元，3个控制单元构成完整的控制系统，实现中间储仓式制粉系统自动控制，其硬件包括料位测量系统，MCS柜和监控站以及相应的现场设备组成，如图2。
图2 磨煤机自动控制系统框图
料位测量系统通过综合分析磨煤机筒体上以及轴承座上的振动频谱信号，输出（4~20）mA DC标准料位信号，每台磨煤机的料位测量单元包括筒体上的料位空间遥测装置、出粉端轴承座上的振动传感辅助测点以及磨煤机附近安装的料位检测柜，筒体上的遥测装置与料位检测柜之间，以无线通讯方式进行信号传输，轴承座上的辅助测点与料位检测柜之间，通过电缆传输信号，磨煤机控制柜以RS485串口通讯方式，从DCS采集模拟量和数字量信号，以硬接线方式，为每一套制粉系统输出给煤机、冷风挡板及热风挡板控制指令，为了改善挡板执行机构性能，由ZKJ型改为专业型SIPOS智能执行机构。
3 技术方案
3.1磨煤机料位自动控制
影响磨煤机料位的因素包括通风量、给煤量、水分、煤质、钢球装载量、钢球及波浪瓦磨损程度，因此，磨煤机料位控制的任务是在保证磨煤机入口负压和出口温度正常的基础上，始终保持最大给煤量，使磨煤机进煤和出粉始终保持平衡状态，如图3。
通过安装在磨煤机筒体和轴承座上的2个振动采集器，测量磨煤机料位信号，另外，将分离器出口负压和磨煤机出入口差压信号引入磨煤机料位控制系统中，3路信号经过综合处理以后，输出指令控制给煤机的给煤量，实现磨煤机料位自动控制，正常工况下，根据磨煤机料位进行优化控制，以最大出力为控制目标，通过对料位跟踪控制，实现制粉系统长期稳定运行。
图3磨煤机料位自动控制
3.2 磨煤机入口负压自动控制
制粉系统通风量随着磨煤机存煤量、热风量、冷风量、再循环风量的变化而变化，磨煤机入口负压自动控制的任务如下，当系统风量发生改变时，始终能够保持制粉系统进风量和出风量平衡，正常情况下，磨煤机入口负压一般控制在-350Pa左右，通过控制热风挡板，实现磨煤机入口负压自动控制。
把磨煤机入口负压目标值设为定值，磨煤机入口负压测量值作为测量信号，通过控制热风挡板、冷风挡板和再循环风挡板开度，减小磨煤机入口负压目标值和测量值之间的偏差，入口负压实际设定值根据出口温度进行修正，温度升高以后，增大负压设定值，以减小热风挡板开度。
3.3磨煤机出口温度自动控制
制粉系统出口温度受给煤量、煤的干湿度、磨煤机料位、热风量、冷风量、再循环风量的变化而变化，自动控制的任务是始终能够保持磨煤机出口温度在规定的范围内，通过控制热风挡板、冷风挡板开度，实现磨煤机出口温度自动控制，如图4。
(a) 磨煤机出口温度控制
(b) 磨煤机冷风挡板控制
图4 磨煤机出口温度和入口负压自动控制
把磨煤机出口温度目标值设为定值，磨煤机出口温度作为测量信号，通过控制热风挡板、冷风挡板开度，减小出口温度目标值和测量值之间的偏差，出口温度高于设定高限值以后，开大冷风，同时，适当增大入口负压设定值，减小热风量。
4 异常工况时的自动控制逻辑
4.1断煤工况时的自动控制
当发生断煤工况时，给煤量低于5t/h并且持续10s以后，热风挡板逐渐关小到20%，冷风挡板开到100%，同时，如果出口温度高于72℃，热风挡板也逐渐关小到20%，冷风挡板开度100%，保证出口温度在安全范围内，断煤消除以后，或者出口温度低于72℃以后，热风挡板由于对入口负压进行跟踪，逐渐恢复到正常工况。
4.2 满磨工况时的自动控制
当料位高于设定值高限时，由于给煤机跟踪料位信号，给煤量自动减小，如果料位超过高限75%时，给煤机转速逐渐减到0；当粗粉分离器出口负压低于-4.5kPa时，给煤机转速开始按比例降低，当粗粉分离器出口负压低于-4.8kPa时，给煤机转速逐渐减到0；当料位恢复到75%并且粗粉分离器出口负压恢复到-4.5kPa以内时，给煤机转速继续跟踪料位信号。
5 项目实施步骤
甲、乙2台磨煤机控制改进项目分为2个部分4个阶段，2个部分如下，1）料位测量系统安装调试，2）制粉自动控制系统的安装调试；项目实施的4个阶段包括安装阶段、调试阶段、优化试验与最佳工况确定、实施效果分析。
在大修后期、机组开机运行以前，完成电缆敷设、控制柜安装、测量装置安装、系统接线、查线、DCS组态修改在内的安装工作；在大修结束，机组运行正常以后，完成料位测量系统调试与标定，制粉自动控制系统调试。
在料位和自动控制系统投入运行一段时间以后，通过最佳料位试验、最大出力试验和运行参数优化调整试验，寻找并确定最佳料位范围、运行工况和运行参数。
6 硬件安装
在磨煤机筒体上，焊接料位空间遥测装置，在出粉侧轴承座的钢球抛落方向，焊接传感器保护外壳底座，安装保护外壳，在外壳的内部，通过磁力座，安装振动传感器；在磨煤机附近墙壁上，靠近磨煤机位置，安装料位检测柜，在磨煤机料位检测柜和轴承座传感器保护外壳之间，敷设4芯屏蔽电缆，用于传递振动传感器的振动信号；安装磨煤机料位控制柜，其原理接线如图5，柜内包括制粉系统通讯控制模块、IO模块、信号隔离模块、24V DC电源装置、220V AC电源开关等，如表1。
(a) 出线端子
(b) 通讯控制和IO模块
(c) 隔离模块
(d) 继电器
图5 MCS柜接线原理
敷设电缆如下，如图6，为磨煤机料位检测柜和磨煤机控制柜提供1路220V AC电源，电源取自热工电源柜，增加1路电源开关。在料位检测柜到控制柜之间，敷设4芯通讯电缆，料位检测柜到DCS的AI卡件之间，敷设4芯以上（4～20）mA DC料位信号电缆，MCS监控站和DCS之间，敷设6芯屏蔽通讯电缆，2芯备用，作为基于modbus协议的RS485通讯电缆，MCS柜和DCS的AI卡件之间，敷设转速指令和冷、热风挡板开度指令屏蔽电缆，MCS柜到DCS的DI卡件间的数字量传输电缆。
图6 磨煤机自动控制系统构成
7 DCS组态修改
在大修结束以前，完成DCS组态修改。
7.1信号组态
配置modbus通讯协议，由DCS通过寄存器设置命令，将差压、料位值、料位设定值等模拟量信号和手动/自动切换数字信号发送给MCS监控主机；通过modbus查询命令，DCS主机获得MCS监控主机输出的给煤机转速、挡板开度设定值、正常信号等，如表2、图7。
图7 DCS与磨煤机控制通讯信号
磨煤机料位经就地料位直接至DCS以后，DCS再通过此AO通道送给MCS；给煤机转速指令、热风挡板DCS开度指令、冷风挡板DCS开度指令分别为DCS输出到给煤机的指令、DCS输出到执行机构的指令；控制系统正常信号用于判断控制系统是否正常。
7.2手动/自动切换组态
在DCS监控画面上，能够进行手动/自动切换，需要修改的逻辑如下，增加优化控制系统正常信号联锁功能，在DCS内部，进行控制回路切换，将自动控制由优化控制系统切换到原DCS料位控制回路，能够实现手动操作、优化自动控制、DCS原有自动控制3种操作模式，如图8（a）。
优化控制系统每隔20s对正常信号反转一次，如果正常信号超时不反转，则说明优化控制系统发生异常，DCS则自动跳到手动状态，如图8（b）。
(a) 控制方式切换
(b) 优化控制系统正常信号
图8控制系统切换与优化控制系统正常信号
7.3 DCS画面组态
包括给煤机操作画面，热风挡板和冷风档板操作画面，甲、乙磨煤机优化控制系统异常报警，如图9。
在DCS画面上，设置料位、出口温度控制高限和入口负压控制低限，优化控制系统上限值不超过该设定值，下限为减去控制系统设计的量程范围，量程由优化控制系统画面设置，基本无需修改。
在给煤机操作画面，当在PLC控制方式时，给煤机控制指令由磨煤机优化控制系统输出，当在DCS控制方式时，给煤机控制指令由运行人员利用增加、减少键手动给出，控制输出O、反馈F、料位高限设定HL通过棒形图进行指示大小，棒形图右侧标注单位。
在磨煤机冷风档板操作画面，当在PLC控制方式时，磨煤机冷风档板控制指令由磨煤机优化控制系统输出，当在DCS控制方式时，磨煤机冷风档板控制指令由运行人员利用增加、减少键手动给出，控制输出O、反馈F、出口温度高限设定HL通过棒形图进行指示大小，棒形图右侧标注单位。
在磨煤机热风档板操作画面，当在PLC控制方式时，磨煤机热风档板控制指令由磨煤机优化控制系统输出，当在DCS控制方式时，如果选择手动控制M，磨煤机热风档板控制指令由运行人员利用增加、减少键手动给出；如果选择自动控制A，磨煤机热风档板控制指令由PID控制，控制输出O、反馈F、入口负压高限设定HS、入口负压测量值P、设定值S通过棒形图进行指示大小，并且最后3项P、S、HS设置了数字显示。
(a) 磨煤机及其制粉系统
(b) 给煤机控制
图9 优化控制系统画面组态
8 挡板执行机构改型
拆除磨煤机冷、热风挡板ZKJ型执行机构，安装SIPOS智能执行机构，在整理完电缆，用小管钳卸掉接线盒进线孔螺丝以后，拆下控制单元接线端子，反馈信号线接X3.1的1、2，指令线接X3.2的14、15，电源线接X1的L1、L2、L3，拆下不用的1～12和13～20端子，送电以后，进行末端调整，根据关方向，顺时针改为逆时针，调整过程中，发现操作面板上的开按钮为关操作，关按钮为开操作，又改回顺时针方向。
甲、乙磨煤机热风挡板和乙磨煤机冷风挡板减速机构机械位置指示反，乙磨煤机热风挡板开关操作方向反，针对乙磨煤机热风挡板开关操作方向反的现象，进行末端调整。
9 自动控制系统调试
机组开机以后，处于稳定运行工况，磨煤机料位信号调试完毕以后，料位趋势正确，试投自动控制系统，测试逻辑正确有效性，逻辑和参数优化，达到满足长期投入稳定运行需要，主要软件如表3。
以A磨煤机控制为例，主要变量参数如表4
在磨煤机筒体温度200℃，环境温度85℃的工况下，料位遥测装置可以长期稳定运行，对制粉系统进行最大出力、最佳工况以及节能效果试验，确定最佳工况，降低磨煤机单耗，达到节能效果。
10 节能降耗指标分析
通过#1机组磨煤机料位遥测及制粉自动控制系统装置，实现制粉系统的自动控制，保证了制粉系统的安全运行，#1炉大修后统计的制粉单耗为49.39kWh/t，去年同期甲乙磨平均为33.6kWh/t。
在低氮改造后通风量减少、出力下降的不利情况下，制粉系统投入自动控制后，两台磨出力提高，平均制粉单耗降至30.14kWh/t。进行优化调整后，甲乙制粉最佳出力可维持在62.65t/h和47.6t/h，制粉单耗22.33kWh/t和27.73kWh/t，平均制粉单耗比去年同期下降25%。
考虑到再循环风门开大，系统通风携粉量增多，加剧了粗粉分离器分离能力不足、堵塞风险加大的情况，目前，制粉系统维持在略低于最佳出力水平运行，甲乙制粉系统的出力维持在54t/h和44t/h左右，制粉单耗为24.4kWh/t和29.5kWh/t，平均单耗为26.95kWh/t，比去年同期的33.6 kWh/t下降20%。
严格控制制粉系统通风量，通过调节再循环风门控制制粉风量，排粉机电流控制在40±0.5 A，再循环风门开度控制在35%-50%之间。各参数严格按照设定值进行自动调控，实现制粉系统长期稳定的运行。
结语
在优化运行试验以后，通过投入自动模式，提高制粉出力，降低制粉单耗，进行实施效果分析，实现了对磨煤机料位精确测量，为锅炉稳定燃烧和经济运行打下基础。
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本文标题：中间储仓式制粉系统自动控制方式的实现
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