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        稻殼氣力輸送控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        2022-03-14 10:25:16薛東彬魯選民張文宇
        糧食與飼料工業(yè) 2022年1期
        關(guān)鍵詞:氣力輸送雙路倉(cāng)位

        薛東彬,魯選民,張文宇

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

        1 某稻殼焦化技術(shù)改造項(xiàng)目概況

        該項(xiàng)目利用廠區(qū)原有的8個(gè)水泥圓筒倉(cāng)存儲(chǔ)稻殼用作焦化原料。稻殼的入、出倉(cāng)均采用氣力輸送,如圖1所示。入倉(cāng)采用正壓氣力輸送系統(tǒng),產(chǎn)量15 t/h。出倉(cāng)采用負(fù)壓氣力輸送系統(tǒng),產(chǎn)量8 t/h,入、出倉(cāng)均采用羅茨風(fēng)機(jī)作為氣力源。

        圖1 稻殼倉(cāng)儲(chǔ)氣力輸送系統(tǒng)示意圖

        1.1 入倉(cāng)正壓氣力輸送系統(tǒng)

        羅茨風(fēng)機(jī)將外部空氣壓入管道,在輸送管道中形成正壓,稻殼通過(guò)地坑電動(dòng)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(gè)倉(cāng)位出料點(diǎn),入倉(cāng)時(shí)只可以從一個(gè)出料點(diǎn)出料,出料點(diǎn)的選擇通過(guò)A組7個(gè)雙路閥的位置邏輯決定。雙路閥為一進(jìn)兩出,在工作時(shí)進(jìn)口只能和一個(gè)出口導(dǎo)通,構(gòu)成管路的直通或旁通。管路出口通入倉(cāng)內(nèi),水泥倉(cāng)通過(guò)倉(cāng)頂除塵器泄壓,所以封閉水泥倉(cāng)的內(nèi)壓接近大氣壓,可以順利出料。

        1.2 出倉(cāng)負(fù)壓氣力輸送系統(tǒng)

        位于管道末端的羅茨風(fēng)機(jī)將管道內(nèi)空氣抽出,在輸送管道中形成負(fù)壓。通過(guò)B組2個(gè)雙路閥的位置邏輯決定出倉(cāng)管道通路。選擇某一個(gè)倉(cāng)底的出料電動(dòng)閘門打開,稻殼通過(guò)自重流出閘門進(jìn)入管道,在落料離心式卸料器中匯集后通過(guò)負(fù)壓閉風(fēng)器出料到緩沖料斗。在羅茨風(fēng)機(jī)進(jìn)氣口前端布置布袋除塵器,過(guò)濾入口空氣。

        2 控制要求

        2.1 入倉(cāng)邏輯

        儲(chǔ)存稻殼的筒倉(cāng)一共有8個(gè),稻殼入倉(cāng)時(shí)首先要選擇入倉(cāng)的倉(cāng)位,根據(jù)選擇倉(cāng)位設(shè)置A組雙路閥的位置。入倉(cāng)管道上的雙路閥采用氣缸驅(qū)動(dòng),氣缸由兩位4通電磁閥控制。電磁閥斷電時(shí)雙路閥位于直通位置,電磁閥通電時(shí)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(hào)倉(cāng)進(jìn)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(cāng)除塵器—羅茨風(fēng)機(jī)—倉(cāng)頂除塵器(對(duì)應(yīng)倉(cāng)位)—正壓閉風(fēng)器—入倉(cāng)地坑閘門的順序啟動(dòng)相應(yīng)設(shè)備。停機(jī)時(shí)按照反向順序停止各設(shè)備,停機(jī)時(shí)要保證管道內(nèi)沒有物料殘留,所以各設(shè)備的停機(jī)時(shí)間間隔要能根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。

        2.2 出倉(cāng)邏輯

        當(dāng)焦化爐需要進(jìn)料時(shí)進(jìn)行出倉(cāng)操作,首先選擇出倉(cāng)的倉(cāng)位,根據(jù)選擇的倉(cāng)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(cāng)除塵器—出倉(cāng)羅茨風(fēng)機(jī)—出倉(cāng)閘門的順序啟動(dòng)相應(yīng)設(shè)備。停機(jī)時(shí)先關(guān)閉閘門,然后按照反向順序停止各個(gè)設(shè)備。在焦化爐上方安裝有進(jìn)料緩沖斗,根據(jù)緩沖斗的上下料位自動(dòng)控制出倉(cāng)系統(tǒng)的啟停。

        2.3 其他控制要求

        設(shè)備全自動(dòng)運(yùn)行,故障聲光報(bào)警;能夠反饋每個(gè)筒倉(cāng)是否裝滿;能夠反饋各個(gè)設(shè)備的電機(jī)故障;能夠設(shè)置各閘門的開起寬度以控制料流大小;能夠統(tǒng)計(jì)入、出倉(cāng)工作時(shí)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(hào)一共需要77個(gè),包括:雙路閥開關(guān)限位信號(hào)22個(gè);電動(dòng)閘門開關(guān)限位信號(hào)18個(gè);料位計(jì)信號(hào)10個(gè);設(shè)備電機(jī)故障信號(hào)15個(gè);入、出倉(cāng)系統(tǒng)啟、停,點(diǎn)動(dòng)控制等控制信號(hào)12個(gè)??刂葡到y(tǒng)的輸出信號(hào)一共需要62個(gè),包括:各設(shè)備電動(dòng)機(jī)的啟??刂?、閘門電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制、雙路閥氣缸的控制、指示燈、報(bào)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(jī)選用CPU SR60(6ES7 288-1SR60-0AA0),擴(kuò)展3個(gè)數(shù)字量擴(kuò)展模塊EM DR32(6ES7 288-2DR32-0AA0)。人機(jī)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(chǔ)在8個(gè)水泥圓筒倉(cāng)中,所以入、出倉(cāng)均有8個(gè)不同的位置要進(jìn)行選擇。入、出哪一個(gè)倉(cāng)位可以通過(guò)自定義的控制字進(jìn)行控制和反饋,這樣有利于HMI和PLC的信息傳遞和簡(jiǎn)化PLC編程。因此,與倉(cāng)位選擇有關(guān)的I/O需要分配整個(gè)字節(jié)或整個(gè)字,見表1、表2。

        表1 PLC輸入點(diǎn)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(cāng)底出料閘門的開關(guān)限位接入IW8,倉(cāng)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(diǎn)在上述I/O點(diǎn)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(diǎn)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(cāng)位選擇、啟??刂频裙δ?。入倉(cāng)自動(dòng)運(yùn)行畫面見圖2。

        圖2 入倉(cāng)自動(dòng)運(yùn)行畫面

        由圖2可見,通過(guò)畫面中的倉(cāng)位號(hào)選擇進(jìn)倉(cāng)的位置,所有倉(cāng)位共用兩個(gè)控制字VB40和VW42,點(diǎn)擊倉(cāng)位號(hào)觸發(fā)單擊事件給VB40和VW42賦值。VB40用于控制電磁閥的動(dòng)作設(shè)置,VW42用于反饋雙路閥的位置。例如選擇5號(hào)倉(cāng)時(shí),賦值VB40=24,VW42=38 166,在PLC中通過(guò)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(hào)倉(cāng)。在PLC中通過(guò)比較指令LW=VW42,IW1反饋各個(gè)雙路閥的位置,如果比較結(jié)果為真,則進(jìn)行下一步操作。出倉(cāng)時(shí)的倉(cāng)位選擇也采用相似的組態(tài)方式。

        入倉(cāng)參數(shù)組態(tài)見圖3。閘門總時(shí)間為地坑電動(dòng)閘門的總開啟時(shí)間(實(shí)測(cè)),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(shí)間的百分比。圖中設(shè)置的閘門總時(shí)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(jìn)行設(shè)置,在PLC中進(jìn)行計(jì)算得到準(zhǔn)確的數(shù)值。

        圖3 入倉(cāng)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(jìn)行分類,放置在不同的子程序中。主要包括:入倉(cāng)自動(dòng)、入倉(cāng)手動(dòng)、出倉(cāng)自動(dòng)、出倉(cāng)手動(dòng)、閘門開度計(jì)算、閘門極限控制、報(bào)警信息顯示等子程序。自動(dòng)運(yùn)行子程序采用順序控制方式編程,手動(dòng)控制子程序采用邊沿指令,通過(guò)上升沿和下降沿控制單臺(tái)設(shè)備的啟停。入倉(cāng)自動(dòng)控制子程序流程見圖4。

        圖4 入倉(cāng)自動(dòng)控制子程序流程圖

        入倉(cāng)開始后S0.7一直處于活動(dòng)狀態(tài),如果有設(shè)備故障,則故障反饋?zhàn)諺W100的某一位被置1。這時(shí)VW100不等于0,執(zhí)行S1.0置1,SB0置0,S1.0狀態(tài)激活進(jìn)入停機(jī)流程。S1.4狀態(tài)執(zhí)行SW0復(fù)位,使入倉(cāng)流程結(jié)束。圖中I16.1、I16.2等輸入點(diǎn)為各設(shè)備的狀態(tài)反饋位,用于反饋各個(gè)設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)。

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

        圖5 閘門開度計(jì)算子程序

        5 結(jié)語(yǔ)

        技改完成后的稻殼氣力輸送已經(jīng)運(yùn)行了3年時(shí)間,初期系統(tǒng)出現(xiàn)過(guò)管道堵塞和產(chǎn)量不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題。出現(xiàn)這些問(wèn)題的主要原因是稻殼的形態(tài)(壓縮稻殼或散裝稻殼、長(zhǎng)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(dòng)性,入倉(cāng)閘門需要設(shè)置不同開度值,設(shè)備開機(jī)時(shí)間間隔也有變化,系統(tǒng)沒有針對(duì)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(yàn)設(shè)置。設(shè)備運(yùn)行初期由于經(jīng)驗(yàn)不足,參數(shù)設(shè)置不合理造成了一些問(wèn)題,后期就很少出現(xiàn)問(wèn)題了。實(shí)踐證明控制系統(tǒng)本身運(yùn)行穩(wěn)定可靠,滿足了稻殼氣力輸送系統(tǒng)的各項(xiàng)要求,對(duì)于同類型工程設(shè)計(jì)有借鑒意義。

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