（机械设计及理论专业论文）火电厂盘煤新方法研究.pdf

_华 北 电 力 大 学 ( 北 京 ) 硕 士 学 位 论 文 摘 要 摘要 火电 厂燃料成本占 整个生产成本的绝大部分， 煤场存煤量的盘点关系到电厂煤耗的 计算和经济性指标。因此，建立科学的盘煤系统，对于合理储煤，确保入炉煤质，减少 耗损，都有着十分重要的作用，而且对降低发电成本，提高电厂经济效益也是一种有效 途径。 本系统直接测量入厂煤和入炉煤的 重量和水分含量， 运用计算机技术和概率论与 数理统计方法进行数据处理， 科学合理的计算出入炉煤在入厂时的重量和进行燃料盘点 工作。本文提出的煤的盘点方法与传统方法相比较具有;实时性、准确性和指导性等 优点。 关键词:盘煤，入厂煤，入炉煤，水分回归 ab s t r a c t t h e f u e l - c o s t a c c o u n t s f o r a b s o l u t e p a r t s o f t h e w h o l e p r o d u c t i o n c o s t , a n d t h e i n v e n t o ry o f c o a l d e p o s i t i o n r e l a t e s t o t h e c a l c u l a t i o n o f t h e c o n s u m e d c o a l a n d e c o n o m i c b a r o m e t e r i n t h e fu e l m a n a g e m e n t o f s t e a m p o w e r p l a n t . t h e r e f o r e , t o b u i l d t h e s c i e n t i f i c s y s t e m o f t h e i n v e n t o ry o f c o a l d e p o s i t i o n i s v i t a l t o s t o r e c o a l s u i t a b l y , t o i n s u r e t h e q u a l i t y o f c o a l t o t h e b o il e r , t o r e d u c e t h e w e a r o f f . a n d , i t i s a n e f f i c i e n t a p p r o a c h f o r d e c r e a s in g t h e c o s t o f g e n e r a t i n g e l e c t ri c i t y a n d i n c r e a s i n g t h e e c o n o m i c b e n e fi t . d i r e c t l y me a s u r i n g t h e w e i g h t a n d t h e m o i s t u r e c o n t e n t o f t h e c o a l t o p l a n t a n d t o b o i l e r , e x e r t i n g t h e a p p l i c a t i o n o f c o m p u t e r t e c h n i q u e a n d p r o b a b i l i t y t h e o ry a n d o p e r a t i o n a l r e s e a r c h t o d o d a t a p r o c e s s i n g , t h i s s y s t e m s c i e n t i f i c a l l y a n d r a t i o n a l l y w o r k o u t t h e w e i g h t o f t h e c o a l t o b o i l e r w h e n t r a n s p o r t e d t o t h e p l a n t a n d a c c o m p l i s h t h e w o r k o f in v e n t o ry i n g t h e f u e l . t h i s t h e s i s p u t f o r w a r d t h e n e w m e t h o d o f c o a l i n v e n t o ry , w h i c h c o m p a r e d t o t h e t r a d i t i o n a l o n e s h a s t h e e x c e l l e n t f e a t u r e : r e a l t i m e a p p l i c a t i o n , v e r a c i t y a n d g u i d a b l e a p p li c a t i o n wa n g y o n ( m e c h a n i c d e s i g n 另一 方面也关系到如何根据电厂的负荷， 准确预测现有存煤的可用时间， 这是电厂 在运行过程中应该掌握的重要数据，尤其是在用煤紧张的情况下更为如此。 华北电 力大学 ( 北京 ) 硕士学 位论文 1 . 2 国内外研究现状 发展动态 : 如何对煤场存煤量自动地进行准确计量，一直是长期困扰火电厂的难题。 早期国内外各电厂普遍采用的传统测量方法基本是采用先用推土机把煤堆整 形， 使其外观形体近似梯形，再用经纬仪和米尺进行人工丈量，得到煤堆的体 积之后，还要按堆积重度进行煤量换算，由于煤场的燃料种类繁杂，煤场各点 的压实状况不同，很难取得具有代表性的堆积重度。又由于煤场煤堆经常处于 堆取状态，不可能对全部煤场进行整形，对不能整形的部位只能凭经验估算， 人为因素较多。 所以这种方法不仅要耗费大量的人力和物力， 其计量结果也极 不准确。 目前主要采用超声波测距传感器及激光检测系统， 利用三维合成技术实现 对煤场储煤体积测量， 其基本设计思想是把整个煤场化分成若干个底面积相等 的小柱体，测出其高度再通过积分运算得到整个煤场煤堆的体积来进行盘煤。 这需要在装有龙门吊车的小型煤场上方， 安装煤场煤堆体积自动计量系统， 但 这种方法受煤场形状限制，不便于在没有龙门吊车的大型露天煤场使用。 最新成果 : ( 1 )山东胜利发电厂，保定华垦工业控制公司和中国科学院长春光学精 密机械研究所共同研制的激光自 动盘煤系统习 采用先进的激光扫描系统测量 技术和计算机图像处理技术， 可以在不对煤堆进行事先整形的情况下自动测量 出大型露天煤场的煤量。 ( 2 )马鞍山万能达发电公司研制的激光盘点系统 们 是应用目 前世界领先 的激光测距技术，前端测量设备是进口红外无反射激光测距仪，该测距仪具有 高速计算机接口，可以进行二维高速测量，自带高速光学扫描器，测距可达几 十米到几千米。安装在场地斗轮机设备上，运行可靠安全。 ( 3 )西安科灵采制样测试技术研究所研制的便携式智能化存煤快速盘点 装置; 5 7 ，利用红外线测量仪器扫描整个煤堆的各个特征点，记录各个特征点的 空间坐标，然后输入计算机进行数据处理，计算出存煤体积，并绘出三维的煤 场存煤状态图，再根据测比重仪获得的密度值计算出存煤的重量。 ( 4 )东北电力学院自控工程系和天津热电厂共同研制的煤堆体积自 动测 量装置c6 1 是利用雷达测距技术和计算机测距技术， 利用扫描测量法和微体积的 分割计算方法对煤场储煤量自动测量，可以快速， 准确的测量煤堆体积，为电 厂经济估算提供了可靠的科学依据。 所用雷达传感器比激光传感器具有更好的 抗 日照程度的干扰 。 华北电 力大学 ( 北京 ) 硕士 学位论文 以上测量系统原理新颖实用，测量方法简单，测量结果直观，操作简易。 但是未能得到推广运用，主要存在以下几个问题: ( 1 )测量传感器需要安装在煤场高大建筑或建造的高大铁塔上，安装复 杂、成本高。 ( 2 )不能直接测量重量，必须通过体积和比重的换算，其比重的代表性 要求的精度很高，否则失去测量的意义。 ( 3 )不能实现在线动态测量和管理，只能是每隔一段时间测量一次。 ( 4 )不能解决更深层次的燃料调配、管理和经济核算工作。 ( o )不能在线实时了解和记录煤场的出煤状况。 总之以上测量装置构成比较复杂，安装复杂，成本较高。而且，它们关注 的只是煤场的储量，没有将储量问题直接与煤耗、合理配煤联系起来。可以说 解决的只是静态的煤场储量计量问题。 本课题正是正针对以上问题提出了火电厂盘煤新方法， 并试图通过对火电 厂盘煤新方法的研究将煤场盘煤工作推广到实用阶段。 1 . 3 本课题的主要研究内容 我们将进入电厂的煤简称入厂煤，通过轨道衡 ( 火车)/ 汽车衡 ( 汽车) 计量其重量，同时使用快速水分分析仪测量其水分含量;将送到锅炉燃烧的煤 简称入炉煤， 通过电子皮带秤计量其重量，同时也要使用快速水分分析仪测量 其水分含量。然后，对入厂煤和入炉煤的重量和水分含量进行数据处理，得到 煤场煤量的实时变化，并将每次煤耗记录下来，绘成曲线，可以与发电量曲线 比较，得到每度电的煤耗，指导合理配煤，从而规划出比较经济的燃煤方案。 本论文提出新的盘煤方法， 是通过直接对煤场进煤和出煤量的计量，间接 实现对煤场储煤量的测量， 完成煤场的盘点工作， 保证了火电厂对供煤需求的 同时，大大降低了的流动资金投入， 提高了电厂的经济效益。同时还具有系统 构成简单，不受外界环境影响的优点。 华 北 电 力 大 学 ( 北 京 ) 硕 士 学 位 论 文_ 第二章 火电厂盘煤新方法的方案确定及系统功能 2 . 1 火电厂燃料管理系统介绍 电力工业是国家的基础产业， 保证其正常运行对社会发展和稳定具有重要 意义， 所以发电厂能否正常生产，关系到整个国民经济的发展。 确保火力发电 厂正常生产的基础是燃料的正常供给和输送的稳定， 同时燃料的品种和质量必 须满足发电锅炉的技术要求。 可见火力发电厂燃料管理的好坏直接影响到电力 系统的安全运行。为此加强燃料管理，提高管理水平改善管理手段，是火力 发电厂保证安全，降低成本的措施之一。 在火力发电厂中，燃料占发电成本的绝大部分。合理使用能源，加强经济 核算，以最小的燃料消耗，获取最大的经济效益，是燃料管理的目标。所以燃 料管理部门要根据发电厂每年的发电量制订出每年度燃料的总体采购计划和 运输计划，同时根据发电厂每年的检修计划和季度性电量调配的变化， 制订出 季度、月度、旬、周的详细而又周密的供煤措施，以确保燃料的合理储存及正 常供给。同时在实施各项运煤计划时， 燃料管理工作人员应对每天的入厂煤进 行严格的煤质检查、计量、采制、化验等工作，以强化内部管理，确保发电机 组安全经济、稳定 月 。 燃料管理是火力发电厂生产管理、技术管理、经营管理的有机结合体，是 一项系统工程，它反映了电厂生产、技术和经营的协调水平，也直接或间接反 映了企业安全 、经济、低耗所达到的水平。 2 . 2 盘煤系统在燃料管理系统中必要性的分析 火电厂燃料管理，实际上是一项兼有生产管理和经营管理的工作，它不仅 包括燃煤供应计划的编制、燃煤成本的核算、燃煤数量和质量的验收、燃煤的 合理储存，而且还包括燃煤的盘点。 燃料管理的现代化管理水平对火力发电厂 的生产安全、经济、稳定和提高企业的经济效益有着极大的作用。 为了保证火电厂燃料连续供应， 保持正常发电，火电厂就要储备一定的煤 量。其储备煤量要依据锅炉机组及其消耗水平，运输路途远近，储煤场大小， 集结气候等因素来确定，一般为7 -1 0 天 h , 。煤的储备过多或过少都是不恰当 的。 储备过多会影响资金周转， 且长期储存煤会发生低温氧化， 导致煤质下降， 严重时还会引起煤的自燃; 储备过少则难以应付意外发生的情况， 如因运输事 故而拖延煤的到厂时间，或煤矿因故不能按时发运煤等造成的锅炉燃料中断， 影响正常发电。火电厂燃料成本占整个生产成本的绝大部分， 煤场存煤量的计 兰j ! 皇垄奎堂塑! 塞2 塑主堂壁垒苎 量直接影响着电厂的经济指标。因而迅速、准确地测量出煤场煤堆的体积和质 量是各电厂进行成本核算、经济效益评估和科学管理的例行工作。同时存煤量 测量的准确与否，方面关系到电厂煤耗的计算和经济性指标；另一方面也关 系到如何根据电厂的负荷，准确预测现有存煤量的可用时间，这是电厂运行过 程中的一个重要参数，尤其是在电厂用煤紧张的情况下更为重要。因此，建立 科学地盘煤系统，对于合理储煤，确保入炉煤质，减少耗损，都有着十分重要 的作用，而且对降低发电成本，增加电厂经济效益也是一种有效途径。因此火 电厂燃煤的盘点是燃料管理中的一项非常必要的工作。 2 3盘煤新方法的原理及系统构成 火电厂盘煤目的是保证电厂的储备煤量适量，不能储备过多也不能储备 过少。因为过多的储备煤会占用电厂的大量的流动资金，不利于资金周转， 再有，煤在煤场堆积时间太长，煤质会发生变化，燃烧效率降低，甚至引起 自然；而过少的煤量储备，不能应付意外情况的发生，因运输问题而延误煤 的到厂时间，或煤矿因故不能按时发运煤等造成的锅炉燃料中断，影响正常 发电。 每个火电厂合理的储备量需要根据电厂的储存条件、日消耗水平、运输间 隔、经常储备量和保险储备量等因素确定。其中经常储备量是指前后两批到贷 间隔期内，保证生产正常进行所需要的储备量，其计算公式如下： q i = 2 t s + k s 式中q 1 一一经常储备定额，t 丁一一运输路途天数，d 足一一保险天数，d s 一平均每天消耗量，t ；为全年需求量3 6 5 保险储备定额，其计算公式q o = t s ，主要是确定保险储备天数， 式中q 一一保险储备定额” 盘煤就是为了保证电厂的合理储备煤量。当储备煤量小于保险储备煤量 时，就需要加大进煤量，使得煤场煤量的变化量呈增长趋势，以保证燃煤的正 常供应，确保正常发电；当煤场煤量增长到经常储备量时，这时需要停止或者 减小进煤量，煤场煤量开始呈减少趋势，避免占用过多资金。当煤场煤量减少 到保险储备量时，又需要加大进煤量，重复上面的变化过程，这就形成周期性 的变化。盘煤就是根据火电厂的经常储备量和保险储备量，来保证煤场储煤量 的呈良性周期变化。 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 盘煤新方法的原理 本文提出新型的动态盘煤方法，即：煤场煤量变化等于入厂煤量与入炉煤 量之差；煤场存煤量等于煤场初始煤量与变化量之和。 通过实时测量入厂煤和入炉煤的重量和水分含量，得到煤场的煤量。从而 实现煤场的盘点。这样就从根本上改变了以往煤场燃煤采用的人工或激光、微 波测量出煤堆( 体积) 后，用比重进行重量换算进行盘点的方法。 本方法和传统盘煤的方法比较，主要优点： 1 、实时性：实现在线动态测量和管理，实时了解和记录煤场的进出煤状 况。 2 、准确性：储煤量是计量装置直接获取的，避免了体积测量和比重换算 带来的误差，并通过水分回归提高了煤的盘点的准确佳。 3 、指导性：由于可以实时了解燃料的消耗与储存，所以可以指导进煤、配 煤和锅炉燃烧，实现经济发电。 以此方法为理论基础建立了火电厂的盘煤系统。 盘煤系统的构成： 本盘煤系统由燃料计量与水分测量、水分数据处理和盘煤管理等部分构 成。它可以实现电厂汽车衡、轨道衡、皮带秤和水分分析仪数据的自动采集、 传输、统计以及水分数据处理等工作，同时还可以自动实现数据的互连与传输， 保证入厂煤、入炉煤及存煤之间的关系达到协调统一。 图2 一l 系统构成 华北电 力大学 ( 北京 ) 硕士学 位论文 图2 - 1 中带箭头的黑色粗实线表示煤的流动方向。入厂煤通过火车或汽车 运输到煤场，其重量通过轨道衡 ( 火车)/ 汽车衡 ( 汽车)计量，同时使用水 分分析仪测量其水分含量;入炉煤通过皮带送到锅炉， 其重量采用电子皮带秤 计量， 其水分含量采用水分分析仪测量。 所有测得的煤的重量数据和水分数据 都通过串口通信传输到盘煤系统中。 盘煤系统通过对入厂煤和入炉煤的重量和 水分数据的处理， 得到煤场煤量实时变化曲线， 从而实现对煤场煤量的动态盘 点。 2 . 3 . 1 燃料计量与水分测量的构成 电厂燃料计量是盘煤管理系统的基础，其计量包括两方面的内容:一是入 厂煤的计量，用来作为对铁路、煤矿进行结算的依据;二是入炉煤的计量即电 厂内部确定进入锅炉煤斗的煤量，作为了解用煤量和考核电厂经济运行的依 据 。 1 、现代电厂入厂煤的计量根据运煤方式的不同而异:对火车运煤多采用 电子轨道衡计量;对汽车运煤采用汽车衡计量t 。 ， 。 2 、对入炉煤多采用电子皮带秤进行计量 1 j 。 水分测量部分是在轨道衡、 汽车衡和电子皮带秤的位置分别安装水分分析 仪， 在对入厂煤和入炉煤计量的同时， 用水分分析仪分别测量入厂煤和入炉煤 的水分含量。通过水分数据的数据处理、回归以及重量折算，可以求得入炉煤 在入厂时应具有的重量，保证了盘煤的准确性。 以上燃料计量数据和水分测量数据都是盘煤系统的基本数据。 系统所选用的轨道衡、 汽车衡、电子皮带秤和水分分析仪的工作原理详见 第三章。 燃料计量及水分测量部分包括轨道衡计量， 汽车衡计量和电子皮带秤计量 及水分测量。燃料计量示意图如图2 - 2 所示。 图2 - 2 燃料计量及水分测量 华北电 力 大学( 北 京) 硕士学位论文 2 . 3 . 2 煤的水分数据处理 1 对入厂煤、入炉煤的水分测量值进行数据处理，保证测量值与实际值 误差最小: 入厂煤的水分测量根据入厂煤计量的形式分为轨道衡水分测量和汽车衡 水分测量。 在这两种运煤方式中，由于煤堆积的体积较大，表层水分和煤堆内 部水分含量不一致，因此测量的水分含量与实际含量有误差;而入炉煤在电子 皮带秤上的煤层厚度对测量也产生影响。 为了消除这种随机误差， 需要对测量 的数据进行数据处理， 使测量的结果更接近实际值。从而保证煤的盘点的准确 性 。 在数理统计中对未知参数， 往往需要估计出一个范围，以及这个范围覆盖 参数真值的可靠程度。 这种范围通常用区间的形式给出， 这种区间叫做参数的 置信区间。因此，对采集的水分数据要进行数据处理。 首先，进行区间估计:水分数据服从一定的分布即 %-n ( a , a z ) ，其中 a = p . 0 5 ， 求出置信度0 . 9 5 的置信区间 , _ 。 由此判断水分数据是否在置信区间 内，是否可靠。如果数据不在置信区间，则将其舍弃。其次，求在置信区间的 水分数据的均值，作为煤的水分含量。 2对入炉煤中的水分进行回归，以求得入炉煤在入厂时的重量: 考虑到入厂煤在煤场放置一段时间后， 水分会因为环境或气候的影响产生 变化，导致入炉煤的重量与其入厂时的重量不一致，使得煤的盘点不准确。为 了保证盘煤的准确性， 需要对入炉煤的水分进行回归处理，求出入炉煤在入 厂时的水分含量。 首先对多组入炉煤及入厂煤的水分数据进行分析， 画出两条 水分数据的趋势曲线。然后对两条趋势曲线进行n 次观测， 得到n 组 ( x, y ) 数据，设两个变量x为入炉煤的水分含量与y 为入炉煤在入厂时的水分含量， 对n 组数据进行拟合，建立 x, y 的拟合方程。根据拟合方程，可以求得水分 含量为x的入炉煤在入厂时的水分含量y， 再进行折算就可求得入炉煤在入厂 时的重量。最后，己知入厂煤的重量和入炉煤在入厂时的重量，即可求得煤场 的煤量变化。 水分数据处理示意图: 包括入厂煤和入炉煤的重量折算， 将其各自的计量 重量折算成纯煤重量( 不包含水分的重量) ; 再有将入炉煤的水分含量回归换算 为入厂煤的水分含量。水分数据处理示意图如图 2 - 3 所示。 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 图 2 - 3 水分数据处理示意图 2 . 3 . 3 盘煤管理的实现 火电厂煤场的煤量变化应大致等于入厂的煤量与入炉的煤量之差， 通过燃 料计量和水分测量可得入厂煤和入炉煤的重量和水分含量， 然后对入厂煤和入 炉煤水分含量进行水分数据处理及折算得到入炉煤在入厂时的重量， 最后得到 煤场的煤量，从而实现煤场的盘点。同时，根据火电厂的经常储备量和保险储 备，来保证合理的储煤量。煤场盘点示意图如下图: 图 2 - 4 煤场盘点示意图 2 . 4盘煤系统的主要功能 盘煤系统可以实现电厂轨道衡、 汽车衡、电子皮带秤以及水分仪数据的自 动采集、传输与统计，入炉煤的水分回归，盘煤管理等工作，同时还可以自动 实现数据的互连与传输， 使入厂煤、用煤及存煤之间的关系达到协调统一。 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 燃料计量部分的功能: 燃料计量部分的功能主要包括汽车衡、 轨道衡和皮带秤的燃煤实时数据的 采样、统计、查询，各种报表的打印;根据实时采样的数据计算出煤的净重、 毛重及盈、亏，并形成记录;可输出各矿的每日来煤数量及全年来煤累计;以 动态方式显示入炉煤的流量、 累计量及总重量等实时数据。 并且可将燃料计量 管理系统的实时数据传送到厂信息管理系统 i3 1 14 1 轨道衡的称重模块包括数据输入模块、 数据处理模块、 查询打印模块和数 据初始化模块。 数据输入模块完成记录每节车皮的运行速度、毛重、车皮数量的功能，当 这一列车结束时收尾保存。 数据处理模块，在称重中得到的毛重基础上，人工输入每车皮的车号、皮 重、票重和矿名等信息，程序自动计算出每节车的净重、路损、盈亏，同时汇 总成一列车的总毛重、票重、净重、皮重、盈亏等信息，发送到服务器上。 查询打印模块， 可以查询并打印任何一列已经处理过的列车数据， 包括细 节信息和汇总信息。可按日期进行查询和打印。 数据初始化， 完成数据备份和数据恢复。 初始化数据时将清除数据库中的 所有数据，系统从新开始运行。数据备份可以将现有数据备份到历史库中;数 据恢复是将备份到历史库中的数据恢复到当前运行系统中。 皮带秤数据管理系统由数据采集、数据浏览及查询打印等部分组成。 数据采集模块， 分别采集多条皮带秤的实时数据， 显示各端口的通讯状态、 数据的发送、接收是否正确等信息。计算出日上煤量存入数据库中。 查询打印模块，可查询各日的日上煤量等参数，并打印出来。 汽车衡数据管理模块完成计算机自动称重、计算净重功能; 并将毛重、净 重、皮重及过磅日期时间等参数保存。 数据输入功能，完成汽车车号、汽车型号、煤矿名称、煤矿种类等基础数 据的输入及输入实际重量等操作。 数据保存和传输功能:在操作员完成数据输入并确认无误后，按 “ 保存” 按钮，计算机自动保存毛重、净重、皮重、车号及过磅日期、时间等参数，同 时将这些参数传送给服务器。 水分测量的功能: 水分测量的功能主要包括入厂煤和入炉煤水分实时数据的采样 过串口通信传送到水分数据处理模块中，进行水分数据处理与回归 、传输 ，通 水分数据处理与回归功能: 华北电力大学 北京) 硕士学位论文 1 ,保证入厂煤和入炉煤测量的水分含量与实际值误差最小 对大量入厂煤和入炉煤的实时水分测量值进行数理统计， 计算出入厂煤和 入炉煤水分含量的均值作为各自的实时水分含量， 使其更接近实际值， 减少测 量误差 。 入厂煤的水分数据处理， 按入厂煤计量的两种形式， 分为轨道衡水份数据 和汽车衡水份数据处理。根据g b 4 7 5 商品煤样采取方法 1 s , 的规定 ( 详见第 三章3 . 2 水分数据采样) ，入厂煤的一节车皮或一辆车，需要采样三个数据， 对于一次火车进煤的测量水分数据总数是三倍的车皮数， 而对于一次汽车进煤 的测量水分数据总数是三倍的汽车辆数。 在轨道衡水份数据处理中，首先，选择分位数，求置信度为。= 0 . 0 5的置 信区间;其次，由此判断需要处理的水分数据是否在置信区间内，是否可靠， 将不在置信区间的数据舍去;再次，求在置信区间的水分数据的均值， 作为煤 的水分含量。 煤输送到锅炉是用皮带传送的，其水分数据的采样，也是依据 g b 4 7 5 商 品煤样采取方法的规定 ( 详见第三章 3 . 2 水分数据采样) 。其采样的数目 可以根据具体需要规定。在数据处理中，基本上与上面的处理过程一样。这里 不再赘述 。 2 、把入炉煤的水分数据进行回归，以求得入炉煤在入厂时的重量 由于电厂消耗的煤量与净煤量和水分含量有关， 煤量等于净煤量加上煤的 水分。 煤场中煤的水分变化引起入炉煤的水分变化， 与入厂煤的水分含量不同。 而入炉煤的煤量根据发电机组而定， 并没有考虑水分变化， 这样由于水分的影 响，入厂煤、入炉煤、煤场的煤量不平衡。为了消除水分变化对盘点的影响， 可按一定的回归公式进行处理， 以求得入炉煤在入厂时的重量从而保证煤的盘 点的准确性。 盘煤管理的功能: 火电厂煤场的煤量变化应大致等于入厂的煤量与入炉的煤量之差， 可以通 过测量入厂煤和入炉煤的重量，得到煤场的煤量变化，从而实现煤场的盘点。 同时，根据火电厂的经常储备量和保险储备，来保证煤场的合理储煤量。 华北电 力大学( 北京 ) 硕士学位论文 第三章 盘煤系统的硬件选用 盘煤系统的硬件由燃料计量部分中的轨道衡、汽车衡、电子皮带秤和水 分测量仪组成，其选型要依据各个仪器的性能以及火电厂的数据采集和传输 的特点而定。 3 . 1 燃料计量部分选用衡器及性能 入厂煤的计量根据入厂的方式不同而异:对火车运煤多采用轨道衡计量; 对汽车运煤多采用汽车衡计量。 入炉煤的计量采用电子皮带秤。 其各自的工作 原理及选用性能如下: 1 、 电子轨道衡是主要用于载重车皮称量的衡器。 有动态、 静态两种型式。 电子轨道衡的工作原理 创 : 当列车以一定速度通过台面时， 每节车厢的重量依次作用在台面上， 通过 台面传递给传感器， 传感器将此重量按比例转换成相应大小的电信号。 此输出 的电信号被传到测量控制系统进行运算， 最后以数字显示每节车辆的重量，同 时自动打印记录。 目前电子轨道衡的动态计量精度一般在 1 % - 0 . 2 % ，静态计量精度可以达到 0 . 2 % - 0 . 1 %范围。 所选:福州华衡电子有限公司的 g c u - l 0 0 g不断轨动态电子轨道衡 1 7 1 , 是安装在用户的铁路上，对铁路货车进行动态连挂称重的大型计量设备，它能 准确地检测称重轨上动态载荷的大小，通过微机，计算得出节重、车速和总重 等数据，并可完成数据自动储存，输入车号、车种、车轴、载重、物质类别、 去自重求净重、显示、打印等多项功能。 主要技术性能: ( 1 )计量对象:铁路四轴车( 或五轴车、多轴车) ( 2 )计量范围:l o o t / 节( 过载十 8 0 % ) ( 3 )计量方式:双向全自动整车、架、轴( 五轴车) 自适应计量 ( 4 )计量车速:5 - 1 5 - 4 0 k m / h ( 通过车速不限) ( 5 )准 确 度:0 . 2 , 0 . 5 级( j j g 2 3 4 - 9 0 ) 2 、 汽车衡是主要用于载重汽车称量的衡器。也有动态、静态两种型式。 汽车衡的工作原理: 被称重物或载重汽车置于秤台上时， 在重力作用下，秤台将重力传递至摇 摆支承， 使得称重传感器产生形变， 粘附于弹性体应变梁上的应变计的桥路失 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 去平衡，输出与重量数值成比例的电信号，经线性放大器将信号放大。再经 a / d转换为数字信号，由仪表的微处理器 ( c p u )对重量信号进行处理后直接 显示重量数据。配置打印机后，即可打印称重数据，如果配备计算机，可将计 量数据输入计算机管理系统进行综合管理。; t 9 选用: s c s 一 型系列电子汽车衡 1 9 ，是青岛东亚电子衡器有限公司设计的 新一代无基坑、低台面的汽车衡。具有结构简单、便于安装、稳定性好、维修 方便、数字显示等特点，适合于港口码头、钢材市场、仓库和各类大型厂矿。 技术性能: 零位及称量自动跟踪调节、键盘自动标定和硬件、标定与使 用二级保密功能。 具有非线性修正、 r s - 2 3 2 c , r s - 4 2 2 异步串行通讯接口及0 - i o v , 4 -2 0 m a模拟量输出，且根据需要设定波特率。大屏幕串行输出接口。 有很强的中文打印功能，仪表具有很强的存储、查阅和修改功能，不间断时钟 显示。仪表具有很强的键操作功能、分度数、分度值的选择、车号、货号的设 定、累计次数、累计重量显示、毛重、皮重、净重显示;去皮功能，存入功能， 超载、上下限报警等功能。 3 、 在电厂多采用电子皮带秤对入炉煤进行计量。电子皮带秤是散状物料 在胶带输送过程中的控制和计量设备， 电子皮带秤是由称重框架、 称重传感器、 测速传感器和显示仪表组成。是一种动态连续自动计量设备。其计量精确度与 设备制造质量和安装位置都有直接关系， 一般要求装在带式输送机张力较小的 区段，距凸弧段起点宜大于 6 m ;距凹弧段起点和终点宜大于 1 2 m ，最好能布置 在水平段，通常电子皮带秤安装在皮带机的中部口电子皮带秤的精确度可达 0 . 5 %，其计量准确，安装方便，适用于各种容积的电厂。 电子皮带秤的工作原理: 皮带输送机输送物料时， 安装在皮带机称重秤架上的称重传感器将皮带上 物料的重量转换成电压信号送入信号变送器， 安装在测速滚筒上的测速传感器 将皮带速度转换成脉冲信号也送入信号变送器， 信号变送器将重量和速度信号 进行放大、滤波、模数转换等处理后变成数字信号，通过 r s - 4 8 5通讯线路传 送给控制器， 控制器根据键盘输入的皮带机及传感器的各项参数进行计算， 从 而得出当前流过皮带机的物料的瞬时流量和累计流量。x 2 9 选用: 唐山汇中仪表有限公司生产的 工 c s - s 系列电子皮带秤2 ， ， 。 其性能 优点是皮带秤仪表分两部分: 信号变送器和控制器。 信号变送器一般安装在秤 体附近，完成皮带秤重量、速度信号的采集、预处理和远距离传输。控制器一 般安装在控制室或操作室， 完成数据处理、 人机界面显示和上位机通讯及各项 参数的掉电保存。仪表分体设计及采用 r s - 4 8 5通讯既可保障现场人员操作方 便，又可保障微弱信号的远距离传输 不受现场因素的干扰。 1 3 华北电力大学 北京 ) 硕士学位论文 技术性能指标: 输出:r s - 4 8 5 传输线长度l j r 是l 曲线 月n 上y x iy ” o _ 令覃= 旦_ ，歹= 止 肝 脬 变量代换 l1 l 指数函数回归方程 善鸳胁力 ，_ ：出“， b i y 幂函数回归方程 y = 出6， a = v 一0 x l 。 得最小二乘法的直线拟合方 程p = 口+ b x 图4 - 5 水分回归流程图 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 4 4 盘煤管理的设计 盘煤就是为了保证电厂的合理储备煤量。 本系统通过燃料计量、水分测量及水分数据处理及回归，可得入厂的煤量 和入炉煤在入厂时的煤量，这样就得到煤场的煤量即储备煤量。由此，就可以 即时调整进煤速度。 盘煤就是根据火电厂的经常储备量和保险储备量，来确定煤场合理的储备 量。既要保证燃料连续供应，不影响正常发电；又要尽量少的占用流动资金， 保证资金的正常周转。其中经常储备量是指前后两批到货间隔期内，保证生产 正常进行所需要的经常的储备量，而保险储备量是保险储备天数的储备量。 当储备煤量接近或小于保险储备煤量时，就需要加大进煤速度，使得煤场 煤量的变化量呈增长趋势，避免；当增长到经常储备量时，这时需要停止进煤 或者减小进煤速度，使得煤场煤量的增长量呈减少趋势。保证煤场储煤量的呈 良性周期变化。 盘煤管理的流程图4 6 ： 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 上 y 是 l 否 入厂煤量： 入厂煤量： m + 。= 尬+ 够+ y m 。= y 脱 + 人 心芝： 是l否， 1r 入炉煤： 入炉煤： j n 。= n j + n 。 了n 。= j n ? 0 r 存煤量： 彬r 鸩+ l _ j + ， 裹茎篓薹足，进煤速度减缓 。 夕 口 甲否l 盘煤情况： 盘煤情况： 煤量储备严重不足尽快进煤 煤量储备不充足，加快进煤 3 i 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 盘煤管理的界面 图4 - 6 盘煤管理的流程图 华北电 力大学 ( 北 京 ) 硕士学位论文 第五章盘煤系统数据采集和传输 在盘煤系统中，需要将轨道衡、 汽车衡 的数据，分别传输到程序中进行数据处理。 也就是常说的通信 。 、电子皮带秤和水分分析仪等采集 这就要求对数据进行采集和传输， 5 . 1 数据传输的基本概念 不同的独立系统经由线路互相交换数据， 便是通信。 通信的目的不外乎数 据的交换，由于数据必须经过交换才能由传送的一端到达另一个设备， 传送端 所使用的方法就是将数据经由一定的程序与线路传送出去， 接收端则依据协议 好的方式将数据收集起来并保存或显示在画面上。 一个完整的通信系统包括传送端、 接收端、 转换数据的接口及传送数据的 实际信道( c h a n n e l ) 或媒体( m e d i u m ) 。一般说来，传送与接收的节点称之为数 据终端设备( d a t a t e r m i n a l e q u i p m e n t , d t e ) ，如个人计算机、工作站或计算 机系统均属之;数据到达正确目的地之前，可能需要经过一些中间的节点，这 些中间的节点负责将数据作传输的工作，以送达最后一站，这些节点称之为数 据交换设备( d a t a s w i t c h i n g e q u i p m e n t , d s e ) ，如电信局机房里的交换机等。 终 端节点的数据传送出去时， 必须先将数据转换为电 信号， 以 便在传输路上传 递，而负责数据与电信号转换的设备称为数据通信设备( d a t a c o m m u n i c a t i o n e q u i p m e n t , d c e ) ， 如调制解调器( m o d e m ) 即是， 因此， 计算机等d t e 设备欲通信 时，须先经过调制解调器作电气信号的转换，才送上电话线路;同样的，信号 由外界进入计算机时， 也是先经过调制解调器将外界的电气信号进行转换， 数 据才会进入计算。d t e与 d c e间的数据传输线路通常使用 r s - 2 3 2 ，而 d c e与 d s e间的媒体则包括了绞线、同轴电缆、光纤或无线电等均是。 通过上述机制，设备间、 计算机与计算机间或是计算机与设备间便可以互 相传送数据 。 通常通信的形式可以区分为两种， 其一为并行传输式的通信( p a r a l l e l c o m m u n i c a t i o n ) ，另一种则为串行传输式的通信( s e r i a l c o m m u n i c a t i o n ) . 所 谓的并行通信，即是一次的传输量为8 位( 1 个子节) ;而串行通信则是一次只 传输 1 位( 也就是一个电压准位状态) 。 计算机上的串行通信端口( r s - 2 3 2 ) 是标准配备， 用途上则以连接调制解调 器( m o d e m ) 作通信传输， 最为常见 r s - 2 3 2的通信端口是每部计算机上的必备设 备，通常含有 c o m 1 和 c o m 2两个通道。 由于串行通信的简单易用， 使得工业上也使用了串行通信来作为数据的传 华北电 力大学 ( 北京 ) 硕士学 位论文 输之用:可是工业环境通常会有杂讯千扰传输线路，在以 r s - 2 3 2作为传输时 就经常会受到外界的电气干扰而使得信号发生错误。为了解决这个问题， r s4 8 5 的通信方式就应运而生了。 r s - 4 8 5的信号将被传送出去时会先分为正负的两条线路，当到达接收端 后， 在将信号相减还原成原来的信号:如果将原始的信号标示成( d t ) ，而被分 成后的信号分别标示成( d , ) 及( d _ ) ，则原始的信号与离散的信号在由 传送端 传送出去时的运算关系就如下: ( d t 卜( d , ) 一 ( d _ ) 同样地， 接收端在收到信号后， 也依上式的关系将信号还原成原来的样子。 而如果此线路受到千扰，这时候在两条传输线路上的信号会分别成为( d , 卜 n o i s e及( d _ ) + n o i s e ，如果接收端接收此信号，它必须依照一定的方式将其 合成，因此合成的方程式如下 ( d t 卜 ( d 十 ) + n o i s e 一 ( d 一 ) + n o i s e 卜( d + ) 一 ( d _ ) 此式与前式的结果一样。 所以使用 r s - 4 8 5网络可以有效地防止杂讯的干扰，也因为此种特性，工 业上的应用比较适合此种串行传输的方式。 串行通信的方式可以分为同步式( s y n c h r o n o u s ) 及异步式( a s y n c h r o n o u s ) 两种。同步式在通信的两端使用同步信号作为通信的依据; 而异步式使用起始 位( s t a r t b i t ) 及停止位( s t o p b i t ) 作为通信的判断。现在以使用异步传输较多。 异步传输只要 9 支管脚就够了;如果要采用同步传输则需使用到 2 5 支管脚。 计算机上的 r s - 2 3 2的每一支管脚都有它的功用， 也有它信号流动的方向; 原来的 r s - 2 3 2设计之初是用来接调制解调器的，因此它的管脚意义也和调制 解调器传输有关。 当数据由远程进来，而计算机欲经m o d e m 接收时， 计算机与m o d e m 两者之 间亦需进行交握的操作。( 3 3 3 5 . 2 盘煤系统通信标准 在电力系统的生产中，生产运行部门通常有两方面的考虑:一方面尽量提 高设备与线路的利用率，实现系统的经济性;同时保证电力系统的安全、可靠 运行， 提供高质量的电能。因而电力部门需要对系统中的参数进行测量，以便 随时掌握系统和设备的工作状态情况。数据采集在电力系统中得到广泛的应 用，数据采集系统的性能对盘煤系统更是关系重大。3 4 3 5 通常通信的形式可以分为并行和串行两种，并行通信，即是一次的传输量 为 8位( 1个字节) ;而串行通信则是一次只传输 1 位( 也就是一个电压准位状 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 态) 。其中串行通信的简单易用，国内多数工业设备均具有数据串行接口 ( r s - 2 3 2 / r s - 4 8 5 ) ，可方便地实现通讯功能。 r s - 2 3 2 是美国电子z业协会e i a ( e l e c t r o n i c i n d u s t r y a s s o c i a t i o n ) 制定的一 种串行总线接口标准。 此标准规定了串行传输中物理连接线路中的机械、 电气、 功能和过程特性。发送和接收两端都必须遵循共同的约定。r s - 2 3 2接口标准 的接收器和发送器之间有两个信号线 ( 一个是公共地线，一个信号线) ，只能 传输单端信号，共模噪声极易祸合到系统中，传输距离越长，干扰越严重。 r s - 4 8 5 是一种优于 r s - 2 3 2 的串行总线接口标准，接收器和发送器之间的 两个信号线均为信号线，以两信号线的电位差为传输信号，实现双端传输，当 信号到达接收端后， 再将信号相减还原成原来的信号， 有效地防止杂讯的千扰， 最大传输距离 1 2 0 0 米。 基于以上原因，本系统采用 r s - 4 8 5串总线完成通讯功能。 p c 机一般只有 r s - 2 3 2串口， 无法直接与r s - 4 8 5 通讯， 为此需要 r s 4 8 5 / 2 3 2 转换模块， 将模块的r s 2 3 2口与p c 机串口相连， 再将双绞线接至模块的r s 4 8 5 口 。 数据采集模块 图5 - 1 4 8 5 通讯示意图 5 . 3 盘煤系统的数据采集 5 . 3 . 1 盘煤系统中设备通信形式 在盘煤系统中数据采集传输采用了 r s - 4 8 5串口通信，所选用的设备采用 了如下的通信形式。 青岛东亚电子衡器有限公司生产的s c s 一 型系列电子汽车衡， 采用 r s - 2 3 2 , r s - 4 2 2 异步串行通讯接口及 0 -1 0 v , 4 -2 0 m a 模拟量输出。 唐山汇中仪表有限公司生产的i c s - s 系列电子皮带秤，采用 r s - 4 8 5 数据 传输，传输线长度 2 k m ( 4 8 0 0 b i t / s ) a 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 北京九如仪器有限责任公司生产的 o m m红外线水份仪，采用 r s 4 8 5 接口， 一根双绞线可挂接 3 2台水份计，通信距离达 1 . 2 公里，管理更加集中。 水分计带有 r s - 4 8 5半双工串行通讯接口，可采用一根普通双绞电线将其 连接到远至 1 公里外的 p c机，通过与 p c机的通讯完成水分计的所有设定、调 整和标定及故障诊断，并可在 p c机上观察实时水分测量值等各种参数。一根 双绞线上可同时挂接数十台水分计， 实现多台联网和远传， 用户可轻松地由一 台p c 机完成对多台水分计的管理和维护。 由于p c 机只有r s - 2 3 2 串口， 无法直接与r s - 4 8 5 通讯， 为此需要r s 4 8 5 / 2 3 2 转换模块 ( 随机可选件) ，将模块的r s 2 3 2口与 p c 机串口相连，再将双绞线接 至模块的r s 4 8 5口。 为避免远距离地电位差可能带来的损害， 应选用带有光电 隔离的转换模块，此时该模块需要单独的直流电源。 当通讯距离超过 1 0米时， 一定要使用双绞电线，以保证通讯的正常( 连接 时请注意极性) 。 5 . 3 . 2盘煤系统中数据采集构成和工作原理 本系统中的数据采集构成如下图5 - 2 表示: 华北电 力大学( 北京) 硕士学位论文 _4 8 5 串行总线 一采样数据 一采样信号 电子汽车衡电子轨道衡电子皮带秤 数据采集模数据采集模 教 4 r - 平 焦 橙 震 奢 麟 一一 山丫1. . |亨 红外水分 电子 红外 皮 带 水分 电子轨道 红外水一分