稻壳气力输送控制系统设计

薛东彬，鲁选民，张文宇

(1.河南工业大学机电工程学院，河南 郑州 450001； 2.郑州鑫元粮机有限公司，河南 郑州 450003)

1 某稻壳焦化技术改造项目概况

该项目利用厂区原有的8个水泥圆筒仓存储稻壳用作焦化原料。稻壳的入、出仓均采用气力输送，如图1所示。入仓采用正压气力输送系统，产量15 t/h。出仓采用负压气力输送系统，产量8 t/h，入、出仓均采用罗茨风机作为气力源。

图1 稻壳仓储气力输送系统示意图

1.1 入仓正压气力输送系统

罗茨风机将外部空气压入管道，在输送管道中形成正压，稻壳通过地坑电动闸门流入正压闭风器，由正压闭风器送入管道。由于有8个仓位出料点，入仓时只可以从一个出料点出料，出料点的选择通过A组7个双路阀的位置逻辑决定。双路阀为一进两出，在工作时进口只能和一个出口导通，构成管路的直通或旁通。管路出口通入仓内，水泥仓通过仓顶除尘器泄压，所以封闭水泥仓的内压接近大气压，可以顺利出料。

1.2 出仓负压气力输送系统

位于管道末端的罗茨风机将管道内空气抽出，在输送管道中形成负压。通过B组2个双路阀的位置逻辑决定出仓管道通路。选择某一个仓底的出料电动闸门打开，稻壳通过自重流出闸门进入管道，在落料离心式卸料器中汇集后通过负压闭风器出料到缓冲料斗。在罗茨风机进气口前端布置布袋除尘器，过滤入口空气。

2 控制要求

2.1 入仓逻辑

储存稻壳的筒仓一共有8个，稻壳入仓时首先要选择入仓的仓位，根据选择仓位设置A组双路阀的位置。入仓管道上的双路阀采用气缸驱动，气缸由两位4通电磁阀控制。电磁阀断电时双路阀位于直通位置，电磁阀通电时双路阀位于旁通位置，双路阀的直通或旁通分别由不同的行程开关反馈。例如：向5号仓进料，就要接通双路阀A5和双路阀A6的气缸电磁阀使A5和A6处于旁通状态。双路阀就位后按照入仓除尘器—罗茨风机—仓顶除尘器(对应仓位)—正压闭风器—入仓地坑闸门的顺序启动相应设备。停机时按照反向顺序停止各设备，停机时要保证管道内没有物料残留，所以各设备的停机时间间隔要能根据实际情况调整。

2.2 出仓逻辑

当焦化炉需要进料时进行出仓操作，首先选择出仓的仓位，根据选择的仓位设置B组双路阀的位置。B组双路阀的控制方式和A组相同。双路阀就位后按照闭风器—出仓除尘器—出仓罗茨风机—出仓闸门的顺序启动相应设备。停机时先关闭闸门，然后按照反向顺序停止各个设备。在焦化炉上方安装有进料缓冲斗，根据缓冲斗的上下料位自动控制出仓系统的启停。

2.3 其他控制要求

设备全自动运行，故障声光报警；能够反馈每个筒仓是否装满；能够反馈各个设备的电机故障；能够设置各闸门的开起宽度以控制料流大小；能够统计入、出仓工作时间，提示设备保养。

3 控制系统硬件

3.1 硬件选择

根据控制要求，控制系统的输入信号一共需要77个，包括：双路阀开关限位信号22个；电动闸门开关限位信号18个；料位计信号10个；设备电机故障信号15个；入、出仓系统启、停，点动控制等控制信号12个。控制系统的输出信号一共需要62个，包括：各设备电动机的启停控制、闸门电动机的正反转控制、双路阀气缸的控制、指示灯、报警器等。根据系统的控制规模选用西门子S7-200 SMART PLC作为控制器，主机选用CPU SR60(6ES7 288-1SR60-0AA0)，扩展3个数字量扩展模块EM DR32(6ES7 288-2DR32-0AA0)。人机界面选用西门子的SMART 1000IE V3(6AV6 648-0BE11-3AX0)10吋触摸屏。其余断路器、继电器、接触器、热继电器等选用正泰电器。

3.2 I/O分配

稻壳存储在8个水泥圆筒仓中，所以入、出仓均有8个不同的位置要进行选择。入、出哪一个仓位可以通过自定义的控制字进行控制和反馈，这样有利于HMI和PLC的信息传递和简化PLC编程。因此，与仓位选择有关的I/O需要分配整个字节或整个字，见表1、表2。

表1 PLC输入点分配(部分)

由表1、表2可见，将A组双路阀的位置反馈接入IW1，B组双路阀的位置反馈接入IB3，仓底出料闸门的开关限位接入IW8，仓底闸门的关、开控制接入QB2和QB8，A组双路阀的控制接入QB9，B组双路阀的控制接入QB12。其余的控制点在上述I/O点分配完成后分配就可以了，但是已经分配的字节的空位不能再分配给其他设备。

表2 PLC输出点分配(部分)

4 控制系统程序

4.1 触摸屏组态

触摸屏主要完成参数设置、工作方式选择、仓位选择、启停控制等功能。入仓自动运行画面见图2。

图2 入仓自动运行画面

由图2可见，通过画面中的仓位号选择进仓的位置，所有仓位共用两个控制字VB40和VW42，点击仓位号触发单击事件给VB40和VW42赋值。VB40用于控制电磁阀的动作设置，VW42用于反馈双路阀的位置。例如选择5号仓时，赋值VB40=24，VW42=38 166，在PLC中通过MOVB VB40,QB9指令接通Q9.3、Q9.4使双路阀5、双路阀6处于旁通位置，接通5号仓。在PLC中通过比较指令LW=VW42,IW1反馈各个双路阀的位置，如果比较结果为真，则进行下一步操作。出仓时的仓位选择也采用相似的组态方式。

入仓参数组态见图3。闸门总时间为地坑电动闸门的总开启时间(实测)，闸门开度百分比为地坑闸门开启宽度设置，设置为闸门总时间的百分比。图中设置的闸门总时间为100 s，地坑闸门的开启宽度为总宽度的20%。所有参数值均用WORD整数进行设置，在PLC中进行计算得到准确的数值。

图3 入仓参数设置画面

4.2 PLC程序

PLC程序采用主从结构，将控制系统的功能进行分类，放置在不同的子程序中。主要包括：入仓自动、入仓手动、出仓自动、出仓手动、闸门开度计算、闸门极限控制、报警信息显示等子程序。自动运行子程序采用顺序控制方式编程，手动控制子程序采用边沿指令，通过上升沿和下降沿控制单台设备的启停。入仓自动控制子程序流程见图4。

图4 入仓自动控制子程序流程图

入仓开始后S0.7一直处于活动状态，如果有设备故障，则故障反馈字VW100的某一位被置1。这时VW100不等于0，执行S1.0置1，SB0置0，S1.0状态激活进入停机流程。S1.4状态执行SW0复位，使入仓流程结束。图中I16.1、I16.2等输入点为各设备的状态反馈位，用于反馈各个设备的当前状态。

图5所示为闸门开度计算子程序，该程序通过整数转双整数，双整数转实数，实数乘、除、取整、传送等指令完成闸门开度时间的设置。

图5 闸门开度计算子程序

5 结语

技改完成后的稻壳气力输送已经运行了3年时间，初期系统出现过管道堵塞和产量不达标的问题。出现这些问题的主要原因是稻壳的形态(压缩稻壳或散装稻壳、长粒米稻壳或圆粒米稻壳)不同。不同形态的稻壳具有不同的流动性，入仓闸门需要设置不同开度值，设备开机时间间隔也有变化，系统没有针对各种形态的稻壳设置参数配方，需要操作人员根据经验设置。设备运行初期由于经验不足，参数设置不合理造成了一些问题，后期就很少出现问题了。实践证明控制系统本身运行稳定可靠，满足了稻壳气力输送系统的各项要求，对于同类型工程设计有借鉴意义。