稻殼氣力輸送控制系統(tǒng)設(shè)計

薛東彬，魯選民，張文宇

(1.河南工業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院，河南 鄭州 450001； 2.鄭州鑫元糧機有限公司，河南 鄭州 450003)

1 某稻殼焦化技術(shù)改造項目概況

該項目利用廠區(qū)原有的8個水泥圓筒倉存儲稻殼用作焦化原料。稻殼的入、出倉均采用氣力輸送，如圖1所示。入倉采用正壓氣力輸送系統(tǒng)，產(chǎn)量15 t/h。出倉采用負壓氣力輸送系統(tǒng)，產(chǎn)量8 t/h，入、出倉均采用羅茨風(fēng)機作為氣力源。

圖1 稻殼倉儲氣力輸送系統(tǒng)示意圖

1.1 入倉正壓氣力輸送系統(tǒng)

羅茨風(fēng)機將外部空氣壓入管道，在輸送管道中形成正壓，稻殼通過地坑電動閘門流入正壓閉風(fēng)器，由正壓閉風(fēng)器送入管道。由于有8個倉位出料點，入倉時只可以從一個出料點出料，出料點的選擇通過A組7個雙路閥的位置邏輯決定。雙路閥為一進兩出，在工作時進口只能和一個出口導(dǎo)通，構(gòu)成管路的直通或旁通。管路出口通入倉內(nèi)，水泥倉通過倉頂除塵器泄壓，所以封閉水泥倉的內(nèi)壓接近大氣壓，可以順利出料。

1.2 出倉負壓氣力輸送系統(tǒng)

位于管道末端的羅茨風(fēng)機將管道內(nèi)空氣抽出，在輸送管道中形成負壓。通過B組2個雙路閥的位置邏輯決定出倉管道通路。選擇某一個倉底的出料電動閘門打開，稻殼通過自重流出閘門進入管道，在落料離心式卸料器中匯集后通過負壓閉風(fēng)器出料到緩沖料斗。在羅茨風(fēng)機進氣口前端布置布袋除塵器，過濾入口空氣。

2 控制要求

2.1 入倉邏輯

儲存稻殼的筒倉一共有8個，稻殼入倉時首先要選擇入倉的倉位，根據(jù)選擇倉位設(shè)置A組雙路閥的位置。入倉管道上的雙路閥采用氣缸驅(qū)動，氣缸由兩位4通電磁閥控制。電磁閥斷電時雙路閥位于直通位置，電磁閥通電時雙路閥位于旁通位置，雙路閥的直通或旁通分別由不同的行程開關(guān)反饋。例如：向5號倉進料，就要接通雙路閥A5和雙路閥A6的氣缸電磁閥使A5和A6處于旁通狀態(tài)。雙路閥就位后按照入倉除塵器—羅茨風(fēng)機—倉頂除塵器(對應(yīng)倉位)—正壓閉風(fēng)器—入倉地坑閘門的順序啟動相應(yīng)設(shè)備。停機時按照反向順序停止各設(shè)備，停機時要保證管道內(nèi)沒有物料殘留，所以各設(shè)備的停機時間間隔要能根據(jù)實際情況調(diào)整。

2.2 出倉邏輯

當(dāng)焦化爐需要進料時進行出倉操作，首先選擇出倉的倉位，根據(jù)選擇的倉位設(shè)置B組雙路閥的位置。B組雙路閥的控制方式和A組相同。雙路閥就位后按照閉風(fēng)器—出倉除塵器—出倉羅茨風(fēng)機—出倉閘門的順序啟動相應(yīng)設(shè)備。停機時先關(guān)閉閘門，然后按照反向順序停止各個設(shè)備。在焦化爐上方安裝有進料緩沖斗，根據(jù)緩沖斗的上下料位自動控制出倉系統(tǒng)的啟停。

2.3 其他控制要求

設(shè)備全自動運行，故障聲光報警；能夠反饋每個筒倉是否裝滿；能夠反饋各個設(shè)備的電機故障；能夠設(shè)置各閘門的開起寬度以控制料流大?。荒軌蚪y(tǒng)計入、出倉工作時間，提示設(shè)備保養(yǎng)。

3 控制系統(tǒng)硬件

3.1 硬件選擇

根據(jù)控制要求，控制系統(tǒng)的輸入信號一共需要77個，包括：雙路閥開關(guān)限位信號22個；電動閘門開關(guān)限位信號18個；料位計信號10個；設(shè)備電機故障信號15個；入、出倉系統(tǒng)啟、停，點動控制等控制信號12個?？刂葡到y(tǒng)的輸出信號一共需要62個，包括：各設(shè)備電動機的啟?？刂啤㈤l門電動機的正反轉(zhuǎn)控制、雙路閥氣缸的控制、指示燈、報警器等。根據(jù)系統(tǒng)的控制規(guī)模選用西門子S7-200 SMART PLC作為控制器，主機選用CPU SR60(6ES7 288-1SR60-0AA0)，擴展3個數(shù)字量擴展模塊EM DR32(6ES7 288-2DR32-0AA0)。人機界面選用西門子的SMART 1000IE V3(6AV6 648-0BE11-3AX0)10吋觸摸屏。其余斷路器、繼電器、接觸器、熱繼電器等選用正泰電器。

3.2 I/O分配

稻殼存儲在8個水泥圓筒倉中，所以入、出倉均有8個不同的位置要進行選擇。入、出哪一個倉位可以通過自定義的控制字進行控制和反饋，這樣有利于HMI和PLC的信息傳遞和簡化PLC編程。因此，與倉位選擇有關(guān)的I/O需要分配整個字節(jié)或整個字，見表1、表2。

表1 PLC輸入點分配(部分)

由表1、表2可見，將A組雙路閥的位置反饋接入IW1，B組雙路閥的位置反饋接入IB3，倉底出料閘門的開關(guān)限位接入IW8，倉底閘門的關(guān)、開控制接入QB2和QB8，A組雙路閥的控制接入QB9，B組雙路閥的控制接入QB12。其余的控制點在上述I/O點分配完成后分配就可以了，但是已經(jīng)分配的字節(jié)的空位不能再分配給其他設(shè)備。

表2 PLC輸出點分配(部分)

4 控制系統(tǒng)程序

4.1 觸摸屏組態(tài)

觸摸屏主要完成參數(shù)設(shè)置、工作方式選擇、倉位選擇、啟?？刂频裙δ?。入倉自動運行畫面見圖2。

圖2 入倉自動運行畫面

由圖2可見，通過畫面中的倉位號選擇進倉的位置，所有倉位共用兩個控制字VB40和VW42，點擊倉位號觸發(fā)單擊事件給VB40和VW42賦值。VB40用于控制電磁閥的動作設(shè)置，VW42用于反饋雙路閥的位置。例如選擇5號倉時，賦值VB40=24，VW42=38 166，在PLC中通過MOVB VB40,QB9指令接通Q9.3、Q9.4使雙路閥5、雙路閥6處于旁通位置，接通5號倉。在PLC中通過比較指令LW=VW42,IW1反饋各個雙路閥的位置，如果比較結(jié)果為真，則進行下一步操作。出倉時的倉位選擇也采用相似的組態(tài)方式。

入倉參數(shù)組態(tài)見圖3。閘門總時間為地坑電動閘門的總開啟時間(實測)，閘門開度百分比為地坑閘門開啟寬度設(shè)置，設(shè)置為閘門總時間的百分比。圖中設(shè)置的閘門總時間為100 s，地坑閘門的開啟寬度為總寬度的20%。所有參數(shù)值均用WORD整數(shù)進行設(shè)置，在PLC中進行計算得到準確的數(shù)值。

圖3 入倉參數(shù)設(shè)置畫面

4.2 PLC程序

PLC程序采用主從結(jié)構(gòu)，將控制系統(tǒng)的功能進行分類，放置在不同的子程序中。主要包括：入倉自動、入倉手動、出倉自動、出倉手動、閘門開度計算、閘門極限控制、報警信息顯示等子程序。自動運行子程序采用順序控制方式編程，手動控制子程序采用邊沿指令，通過上升沿和下降沿控制單臺設(shè)備的啟停。入倉自動控制子程序流程見圖4。

圖4 入倉自動控制子程序流程圖

入倉開始后S0.7一直處于活動狀態(tài)，如果有設(shè)備故障，則故障反饋字VW100的某一位被置1。這時VW100不等于0，執(zhí)行S1.0置1，SB0置0，S1.0狀態(tài)激活進入停機流程。S1.4狀態(tài)執(zhí)行SW0復(fù)位，使入倉流程結(jié)束。圖中I16.1、I16.2等輸入點為各設(shè)備的狀態(tài)反饋位，用于反饋各個設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)。

圖5所示為閘門開度計算子程序，該程序通過整數(shù)轉(zhuǎn)雙整數(shù)，雙整數(shù)轉(zhuǎn)實數(shù)，實數(shù)乘、除、取整、傳送等指令完成閘門開度時間的設(shè)置。

圖5 閘門開度計算子程序

5 結(jié)語

技改完成后的稻殼氣力輸送已經(jīng)運行了3年時間，初期系統(tǒng)出現(xiàn)過管道堵塞和產(chǎn)量不達標(biāo)的問題。出現(xiàn)這些問題的主要原因是稻殼的形態(tài)(壓縮稻殼或散裝稻殼、長粒米稻殼或圓粒米稻殼)不同。不同形態(tài)的稻殼具有不同的流動性，入倉閘門需要設(shè)置不同開度值，設(shè)備開機時間間隔也有變化，系統(tǒng)沒有針對各種形態(tài)的稻殼設(shè)置參數(shù)配方，需要操作人員根據(jù)經(jīng)驗設(shè)置。設(shè)備運行初期由于經(jīng)驗不足，參數(shù)設(shè)置不合理造成了一些問題，后期就很少出現(xiàn)問題了。實踐證明控制系統(tǒng)本身運行穩(wěn)定可靠，滿足了稻殼氣力輸送系統(tǒng)的各項要求，對于同類型工程設(shè)計有借鑒意義。