王海濤，陳至坤，孟如

(華北理工大學(xué) 電氣工程學(xué)院，河北 唐山 063210)

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基于S7-200-PLC的褐煤滾筒干燥控制系統(tǒng)

王海濤，陳至坤，孟如

(華北理工大學(xué) 電氣工程學(xué)院，河北 唐山 063210)

褐煤；滾筒干燥；S7-200；控制系統(tǒng)

隨著人們對(duì)能源需求的日益增加，以及對(duì)無(wú)煙煤、煙煤等煤炭資源的過(guò)度開發(fā)，褐煤的開發(fā)利用在我國(guó)將變得越來(lái)越重要，并受到了國(guó)家的高度重視。與無(wú)煙煤、煙煤比較，低價(jià)格、高反應(yīng)活性成為褐煤的優(yōu)勢(shì)，但是其具有相對(duì)較低的熱值，水分含量高達(dá)25%～60%。因其水分大則會(huì)增加褐煤的運(yùn)輸成本，降低電廠的效率，影響鍋爐的運(yùn)行，并增加二氧化碳等溫室氣體的排放，因此，褐煤清潔和高效利用的關(guān)鍵在于褐煤的干燥和提質(zhì)技術(shù)以及其裝備的研發(fā)和推廣。

隨著我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的全面實(shí)施，合理開發(fā)和綜合利用煤炭等礦產(chǎn)資源已成為一個(gè)重要的課題。研發(fā)和利用智能化的控制系統(tǒng)和寶貴的褐煤資源，確保在不改變(干燥后的)褐煤質(zhì)量的前提下，又可有效提高褐煤熱值,降低褐煤的含硫量，讓其變廢為寶，產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益,而且可以使煤炭資源更加充分地得到利用。

1 褐煤的干燥方法及其技術(shù)特點(diǎn)

(1)振動(dòng)混流干燥

振動(dòng)混流干燥法是一種將原煤粉碎成35～50 mm后，經(jīng)熱風(fēng)干燥機(jī)進(jìn)行快速干燥的方法。其中干燥機(jī)是一個(gè)內(nèi)設(shè)4～5層振動(dòng)式斜面篩網(wǎng)的密閉的箱體。熱風(fēng)爐負(fù)責(zé)提供(熱風(fēng)經(jīng)過(guò)與冷風(fēng)混合)230 C°左右的熱風(fēng)，熱風(fēng)需由下而上的吹入干燥箱。煤粒則需從上而下的穿過(guò)振動(dòng)篩，細(xì)小的顆粒會(huì)從篩子的網(wǎng)眼漏下，并很快就完成了干燥工作；粗大的顆粒則會(huì)緩慢地順著篩面滾落下來(lái)，經(jīng)過(guò)煤塊與熱風(fēng)充分的熱交換，從而使其得到干燥。干燥時(shí)間則根據(jù)脫水率的要求為10～60 min不等。該技術(shù)可使褐煤熱值提升至3 500 kcal左右，脫去褐煤10%左右的水分，但脫水效率較低。

(2)帶式爐干燥提質(zhì)技術(shù)

該項(xiàng)技術(shù)與振動(dòng)床干燥技術(shù)具有相似的原理，均為利用熱風(fēng)進(jìn)行干燥，只是該項(xiàng)技術(shù)使用的熱風(fēng)溫度可達(dá)300 C°以上，采用了預(yù)熱、干燥和冷卻等過(guò)程，除了能夠干燥褐煤外，還能改性提質(zhì)-分解含氧官能團(tuán)，使部分氧原子析出，從而使褐煤的脫水率達(dá)到更高。但該技術(shù)應(yīng)用成本過(guò)高且在我國(guó)尚未完全成熟。該項(xiàng)技術(shù)可使褐煤的熱值提高至5 000 kcal以上，水分降至10%以下。

(3)滾筒干燥技術(shù)

該技術(shù)可以將褐煤熱值提升至4 500 kcal左右，水分降至約15%。其原理是將原煤粉碎至50 mm以下后，放進(jìn)充滿了500 C°左右的高溫?zé)犸L(fēng)滾筒中。在傾斜轉(zhuǎn)動(dòng)的滾筒內(nèi)，滾筒壁上的揚(yáng)料板可使褐煤形成全斷面且行程穩(wěn)定的料幕，使煙氣與原煤充分交換熱量，交換的時(shí)間大約為30 min，從而充分的干燥褐煤。由于滾筒干燥技術(shù)所用的時(shí)間短，且脫水率較高，在筒內(nèi)原煤與煙氣進(jìn)行了充分地交換。因此該系統(tǒng)依托了滾筒干燥技術(shù)進(jìn)行的開發(fā)。

2 褐煤干燥系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)硬件構(gòu)成

本系統(tǒng)采用西門子可編程邏輯控制器(PLC)，S7-200 是一種可編程的小型控制器，適用于各行業(yè)多場(chǎng)合中的監(jiān)測(cè)、檢測(cè)及控制的自動(dòng)化操作。其具有豐富的指令集、極高的可靠性、內(nèi)置的集成功能、實(shí)時(shí)性和豐富的功能擴(kuò)展模塊?？蓮V泛應(yīng)用于所有與自動(dòng)化控制、自動(dòng)檢測(cè)等相關(guān)的民用或工業(yè)領(lǐng)域，包括各種民用設(shè)施、環(huán)保設(shè)備、機(jī)床、電力設(shè)施等等。例如：中央空調(diào)、電梯控制、磨床、印刷機(jī)械、沖壓機(jī)床、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)等。

S7-200系列PLC226型號(hào)集成了24輸入/16輸出共計(jì)40個(gè)數(shù)字量輸入/輸出點(diǎn)。可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大可擴(kuò)展至35路模擬量輸入/輸出點(diǎn)(或248路數(shù)字量輸入/輸出點(diǎn))；2個(gè)RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力；6個(gè)獨(dú)立的30 kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20 kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器；13k 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間；輸入/輸出端子排均可方便地整體拆卸?？捎糜谳^高要求的控制系統(tǒng)，具有更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更多的輸入/輸出點(diǎn)，更快的運(yùn)行速度和內(nèi)部集成功能。完全適應(yīng)于本控制的系統(tǒng)。其工藝流程圖如圖1所示。

2.2 系統(tǒng)的軟件構(gòu)成

圖1 工藝流程圖

本控制系統(tǒng)軟件部分是基于STEP7和WINCC組態(tài)軟件平臺(tái)，依托于滾筒式干燥設(shè)備，結(jié)合褐煤干燥工藝需求，定義出與干燥設(shè)備一一對(duì)應(yīng)的腳本變量集和仿真模擬界面，經(jīng)與PLC控制器的組網(wǎng)，采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，由腳本程序的策略控制完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)干燥系統(tǒng)的監(jiān)控。電控系統(tǒng)構(gòu)架如圖2所示。

圖2 電控系統(tǒng)構(gòu)架

其控制系統(tǒng)分為兩部分，分別為燃燒爐系統(tǒng)和干燥系統(tǒng)。

2.2.1 燃燒爐系統(tǒng)

啟動(dòng)順序：

(1)燃煤膠帶機(jī)，直接啟動(dòng)，有運(yùn)行、故障顯示及停止指示；

(2)犁式卸料機(jī)，燃煤膠帶機(jī)啟動(dòng)5 s后啟動(dòng)，有正反轉(zhuǎn)控制以及運(yùn)行、故障、停止顯示；

(3)燃煤進(jìn)煤倉(cāng)，由料位計(jì)檢測(cè)煤倉(cāng)料位(開關(guān)量——滿、空)，煤倉(cāng)滿卸料機(jī)自動(dòng)反轉(zhuǎn)，煤倉(cāng)空卸料機(jī)自動(dòng)正轉(zhuǎn)；

(4)燃燒爐爐排運(yùn)行，犁式卸料機(jī)啟動(dòng)5 s后啟動(dòng)，有運(yùn)行、故障及停止指示；

(5)煙道閘門打開，并可控制閘門開度百分比；

(6)鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行，犁式卸料機(jī)啟動(dòng)5 s后啟動(dòng)，有運(yùn)行、故障及停止指示；鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)門打開，并可控制閘門開度百分比；

(7)除渣機(jī)運(yùn)行，燃燒爐啟動(dòng)5 s后啟動(dòng)，有運(yùn)行、故障及停止指示。

系統(tǒng)流程圖，如圖3所示。

圖3 燃燒爐系統(tǒng)流程圖

2.2.2 干燥系統(tǒng)

啟動(dòng)順序

(1)引風(fēng)機(jī)，變頻啟動(dòng)，有運(yùn)行、故障顯示及停止指示，0～20 mA模擬輸出量可控制其引風(fēng)速度；

(2)旋風(fēng)除塵器運(yùn)行，引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)3 s后啟動(dòng)，有運(yùn)行、故障、停止顯示；

(3)螺旋輸送機(jī)1、2，引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)5 s后啟動(dòng)，有運(yùn)行、故障、停止顯示；

(4)滾筒干燥機(jī)運(yùn)行，螺旋輸送機(jī)啟動(dòng)5 s后啟動(dòng)，變頻啟動(dòng)，有運(yùn)行、故障顯示及停止指示，0～20 mA模擬輸出量可控制其轉(zhuǎn)速；

(5)密封螺旋給料機(jī)運(yùn)行，滾筒干燥機(jī)啟動(dòng)5 s后啟動(dòng)，有運(yùn)行、故障及停止指示；

(6)入料刮板輸送機(jī)運(yùn)行，密封螺旋給料機(jī)啟動(dòng)后5 s啟動(dòng)；

(7)系統(tǒng)包括自動(dòng)運(yùn)行，自動(dòng)停止，緊急停止，各個(gè)部分均可手動(dòng)啟動(dòng)和停止。

系統(tǒng)流程圖如圖4所示。

圖4 干燥系統(tǒng)流程圖

3 結(jié)論

本控制系統(tǒng)可以廣泛地應(yīng)用于煤炭企業(yè)在褐煤干燥設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)中，可為褐煤干燥系統(tǒng)的初期設(shè)計(jì)提供仿真界面和模擬數(shù)據(jù)，也可為褐煤干燥系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行提供操控界面用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀況的監(jiān)管。

[1] 李學(xué)靜.大型滾筒式干燥機(jī)及其工藝系統(tǒng)的應(yīng)用[J].煤質(zhì)技術(shù),2004,(01)：101-106.

[2] 西門子(中國(guó))有限公司自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán).深入淺出西門子S7-200PLC[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003.

[3] 李全利.可編程控制器及其網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的綜合應(yīng)用技術(shù)[M] .北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[4] 袁秀英.組態(tài)控制技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003.

[5] 王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003.

Lignite Roller Drying Control System Based on S7-200-PLC

WANG Hai-tao,CHEN Zhi-kun,MENG Ru

(College of Electrical Engineering,North China University of Science and Technology ,Tangshan Hebei 063210,China)

lignite; drum drying; S7-200; control system

With the increasing need for energy sources and bituminous coal and anthracite resources over exploitation,development of lignite and utilization in our country will become more and more important,and highly valued by the State Council and the national development and reform commission.Compared with bituminous coal,anthracite,lignite is the advantage of low price,high reaction activity,but its relatively low calorific value,high water content,is generally 25-60%.The increase of moisture in coal transportation costs,affect the operation of the boiler,reduce power plant efficiency,increasing greenhouse gas emissions,so the development and upgrading of lignite drying technology and equipment is clean and efficient utilization of lignite key.

2095-2716(2017)03-0093-06

2017-03-14

2017-05-12

河北省科技計(jì)劃項(xiàng)目(12214102)。

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