基于S7-200-PLC的褐煤滚筒干燥控制系统

王海涛，陈至坤，孟如

(华北理工大学 电气工程学院，河北 唐山 063210)



基于S7-200-PLC的褐煤滚筒干燥控制系统

王海涛，陈至坤，孟如

(华北理工大学 电气工程学院，河北 唐山 063210)

褐煤；滚筒干燥；S7-200；控制系统

随着人们对能源需求的日益增加，以及对无烟煤、烟煤等煤炭资源的过度开发，褐煤的开发利用在我国将变得越来越重要，并受到了国家的高度重视。与无烟煤、烟煤比较，低价格、高反应活性成为褐煤的优势，但是其具有相对较低的热值，水分含量高达25%～60%。因其水分大则会增加褐煤的运输成本，降低电厂的效率，影响锅炉的运行，并增加二氧化碳等温室气体的排放，因此，褐煤清洁和高效利用的关键在于褐煤的干燥和提质技术以及其装备的研发和推广。

随着我国可持续发展战略的全面实施，合理开发和综合利用煤炭等矿产资源已成为一个重要的课题。研发和利用智能化的控制系统和宝贵的褐煤资源，确保在不改变(干燥后的)褐煤质量的前提下，又可有效提高褐煤热值,降低褐煤的含硫量，让其变废为宝，产生可观的经济效益,而且可以使煤炭资源更加充分地得到利用。

1 褐煤的干燥方法及其技术特点

(1)振动混流干燥

振动混流干燥法是一种将原煤粉碎成35～50 mm后，经热风干燥机进行快速干燥的方法。其中干燥机是一个内设4～5层振动式斜面筛网的密闭的箱体。热风炉负责提供(热风经过与冷风混合)230 C°左右的热风，热风需由下而上的吹入干燥箱。煤粒则需从上而下的穿过振动筛，细小的颗粒会从筛子的网眼漏下，并很快就完成了干燥工作；粗大的颗粒则会缓慢地顺着筛面滚落下来，经过煤块与热风充分的热交换，从而使其得到干燥。干燥时间则根据脱水率的要求为10～60 min不等。该技术可使褐煤热值提升至3 500 kcal左右，脱去褐煤10%左右的水分，但脱水效率较低。

(2)带式炉干燥提质技术

该项技术与振动床干燥技术具有相似的原理，均为利用热风进行干燥，只是该项技术使用的热风温度可达300 C°以上，采用了预热、干燥和冷却等过程，除了能够干燥褐煤外，还能改性提质-分解含氧官能团，使部分氧原子析出，从而使褐煤的脱水率达到更高。但该技术应用成本过高且在我国尚未完全成熟。该项技术可使褐煤的热值提高至5 000 kcal以上，水分降至10%以下。

(3)滚筒干燥技术

该技术可以将褐煤热值提升至4 500 kcal左右，水分降至约15%。其原理是将原煤粉碎至50 mm以下后，放进充满了500 C°左右的高温热风滚筒中。在倾斜转动的滚筒内，滚筒壁上的扬料板可使褐煤形成全断面且行程稳定的料幕，使烟气与原煤充分交换热量，交换的时间大约为30 min，从而充分的干燥褐煤。由于滚筒干燥技术所用的时间短，且脱水率较高，在筒内原煤与烟气进行了充分地交换。因此该系统依托了滚筒干燥技术进行的开发。

2 褐煤干燥系统总体设计

2.1 系统硬件构成

本系统采用西门子可编程逻辑控制器(PLC)，S7-200 是一种可编程的小型控制器，适用于各行业多场合中的监测、检测及控制的自动化操作。其具有丰富的指令集、极高的可靠性、内置的集成功能、实时性和丰富的功能扩展模块。可广泛应用于所有与自动化控制、自动检测等相关的民用或工业领域，包括各种民用设施、环保设备、机床、电力设施等等。例如：中央空调、电梯控制、磨床、印刷机械、冲压机床、运动系统等。

S7-200系列PLC226型号集成了24输入/16输出共计40个数字量输入/输出点。可连接7个扩展模块，最大可扩展至35路模拟量输入/输出点(或248路数字量输入/输出点)；2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力；6个独立的30 kHz高速计数器，2路独立的20 kHz高速脉冲输出，具有PID控制器；13k 字节程序和数据存储空间；输入/输出端子排均可方便地整体拆卸。可用于较高要求的控制系统，具有更强的模块扩展能力，更多的输入/输出点，更快的运行速度和内部集成功能。完全适应于本控制的系统。其工艺流程图如图1所示。

2.2 系统的软件构成

图1 工艺流程图

本控制系统软件部分是基于STEP7和WINCC组态软件平台，依托于滚筒式干燥设备，结合褐煤干燥工艺需求，定义出与干燥设备一一对应的脚本变量集和仿真模拟界面，经与PLC控制器的组网，采集现场设备的运行参数，由脚本程序的策略控制完成对现场干燥系统的监控。电控系统构架如图2所示。

图2 电控系统构架

其控制系统分为两部分，分别为燃烧炉系统和干燥系统。

2.2.1 燃烧炉系统

启动顺序：

(1)燃煤胶带机，直接启动，有运行、故障显示及停止指示；

(2)犁式卸料机，燃煤胶带机启动5 s后启动，有正反转控制以及运行、故障、停止显示；

(3)燃煤进煤仓，由料位计检测煤仓料位(开关量——满、空)，煤仓满卸料机自动反转，煤仓空卸料机自动正转；

(4)燃烧炉炉排运行，犁式卸料机启动5 s后启动，有运行、故障及停止指示；

(5)烟道闸门打开，并可控制闸门开度百分比；

(6)鼓风机运行，犁式卸料机启动5 s后启动，有运行、故障及停止指示；鼓风机风门打开，并可控制闸门开度百分比；

(7)除渣机运行，燃烧炉启动5 s后启动，有运行、故障及停止指示。

系统流程图，如图3所示。

图3 燃烧炉系统流程图

2.2.2 干燥系统

启动顺序

(1)引风机，变频启动，有运行、故障显示及停止指示，0～20 mA模拟输出量可控制其引风速度；

(2)旋风除尘器运行，引风机启动3 s后启动，有运行、故障、停止显示；

(3)螺旋输送机1、2，引风机启动5 s后启动，有运行、故障、停止显示；

(4)滚筒干燥机运行，螺旋输送机启动5 s后启动，变频启动，有运行、故障显示及停止指示，0～20 mA模拟输出量可控制其转速；

(5)密封螺旋给料机运行，滚筒干燥机启动5 s后启动，有运行、故障及停止指示；

(6)入料刮板输送机运行，密封螺旋给料机启动后5 s启动；

(7)系统包括自动运行，自动停止，紧急停止，各个部分均可手动启动和停止。

系统流程图如图4所示。

图4 干燥系统流程图

3 结论

本控制系统可以广泛地应用于煤炭企业在褐煤干燥设备的电气控制系统中，可为褐煤干燥系统的初期设计提供仿真界面和模拟数据，也可为褐煤干燥系统的实际运行提供操控界面用于现场设备运行状况的监管。

[1] 李学静.大型滚筒式干燥机及其工艺系统的应用[J].煤质技术,2004,(01)：101-106.

[2] 西门子(中国)有限公司自动化与驱动集团.深入浅出西门子S7-200PLC[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003.

[3] 李全利.可编程控制器及其网络系统的综合应用技术[M] .北京：机械工业出版社，2005.

[4] 袁秀英.组态控制技术[M].北京：电子工业出版社，2003.

[5] 王永华.现代电气控制及PLC应用技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，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

河北省科技计划项目(12214102)。

TP29

A