1、国内第一台大功率管式干燥机控制系统介绍摘要：本文主要阐述了国内第一台大功率煤干燥机的工艺流程及其系统的控制结构和控制方式，并切合现场实验实际情况对上位 iFIX 组态软件和 QUANTUM UNITY 热备系统在的本次试验控制系统中的应用进行了介绍。 关键词：干燥机 工艺流程控制 PLC 热备监控通讯 软件 iFIX 组态 中图分类号： TQ643+.13 文献标识码： A 文章编号： 前言 本次实验的大功率管式干燥机用于高含水量褐煤的干燥，在该整套装置中将需要干燥的煤预热，于超大气压力下用蒸汽蒸煮和再干燥，从而干燥掉褐煤的高内水。本套实验干燥系统所包含的工业设备多，生产厂家各不相同，不同生产
2、厂家所提供的现场设备的通讯机制并不相同，对控制系统中的规模和要求也就越来越高。同时为了保证整套控制系统的安全稳定性，对 PLC 要求有稳定的运行系统。而 QUANTUM UNITY 热备系统正好满足了这个要求。PLC 是综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术的一种新型的、实用的自动控制装置，它被广泛的应用于工业控制领域，具有可靠性高、稳定性高、实时处理能力强、实用灵活方便、编程容易等特点。近年来，随着现代科学技术的不断发展，PLC 技术也日新月异。MODICON QUANTUM UNITY 热备系统是施奈德公司生产的一款高端产品，能够满足各种工业控制，特别是它的热备功能在保证系统的安全稳定上
3、有明显优势，目前已被广泛应用在输电力、冶金、交通、建材、石化、水处理等各种过程控制行业。 对于上位系统来说，主要是数据的采集和报警、监控等。GE Fanuc 的 iFIX 是全球最领先的 HMI/SCADA 自动化监控组态软件，是世界领先的工业自动化软件解决方案，提供了生产操作的过程可视化、数据采集和数据监控。IFIX 可以精确地监视、控制生产过程，并优化生产设备和企业资源管理。 工艺流程介绍 本次煤干燥系统的主要设备是大功率的管式干燥机，目前国内有各种出力各种用途的干燥机，但具有 5070t/h 出力的大功率干燥机这还是国内第一台。它由一台变频电机驱动，配以变频器，可以实现在中控室的变频驱动
4、。整个工艺流程如图 1。 本套系统共有十几个功能不同的主要设备组成。A1、A2、A3、A4 为四台给煤机，在不同的区域实现不同的功能。B1、B2、B3 为三台皮带输送机。C 为辊式破碎机。D 为斗式提升机。E 为储煤仓。F 为本套系统的主要设备管式干燥机。H 为冷凝罐。K 为袋式收尘器。L 为排风机。M 为空气加热器。N 为低压氮气罐。P 为鼓风机。本套系统基本分为两大部分。一是输煤，也就是干燥前煤的准备工作，另一部分就是干燥部分了。 输煤部分包括的设备主要有给煤机 A1，输送机 B1，辊式破碎机 C，斗式提升机 D 及储煤仓 E。给煤机 A1 为变频给煤机，配以西门子 MMS440变频器和
5、BW500 积分仪，可以根据破碎机的工作状况及破碎效果及时调节给煤机的出力大小并累计计算输出的煤量。由给煤机 A1 输出的煤经过除铁器除铁后由皮带输送机 B1 送至辊式破碎机进行破碎。辊式破碎机由两台 37kW 的电机驱动，同时工作，出力为 60t/h,出料粒度6mm。经过破碎后的煤粒由输送机 B2 送至斗式提升机 D，然后由斗式提升机送到储煤仓 E。斗式提升机是本套系统最高的设备，约为 27.7m。 在低压饱和蒸汽具体条件后，干燥部分就可以工作了。给煤机 A2 开始工作后，打开给煤机上下截门，煤开始输送至干燥机入口。给煤机 A2的控制方式与给煤机 A1 相同，带变频及积算功能。送到干燥机入口
6、的煤粒大部分进入干燥机内，如果在干燥机入口存在积煤，则由鼓风机 P 助吹至干燥机内。鼓风机后面紧跟一台大功率电加热器 M，鼓风机流出的空气加热后，对干燥机入口的煤粒起到一定的助推作用。干燥机的最高转速为 12rpm，可以变频调节。经干燥后的煤粒从干燥机出来后分别流向两个方向，大部分的煤流至刮埋板给煤机 A3，另外有部分扬起的煤粒由引风机 L 排到袋式收尘器 K，经袋收尘收集，并由袋收尘底部的旋转给料机Q 排走。给煤机 A3 及排风机和鼓风机都可以变频调节速度。分配至给煤机 A3 的煤又分为两个流向，在给煤机 A3 下面开有两个电液翻板门，水分不合格部分被排走，水分合格部分流至给煤机 A4。由给
7、煤机 A4 经BW500 集算仪积算后送到皮带输送机 B3，由皮带机送到卡车后运走。袋式收尘器由氮气进行吹扫，氮气储存在低压氮气罐 N 中。 图 1 2 系统的运行环境和要求 褐煤的干燥是整个煤进入研磨阶段进入锅炉前的关键一步，干燥的结果直接影响到磨煤机的出力。同时由于褐煤高水分高挥发性，发热量低灰熔点，热稳定性差，煤化成度低燃点也低，易风化，满足一定条件极易自燃。鉴于褐煤的这种特点，要求整套系统对安全必须有足够的重视，在储煤仓 E 设一温度检测点，发现温度升高应及时处理，同时避免储煤仓长时间存煤；在袋收尘上设置 CO 和 O2 检测点，同时也设置温度检测点。由于袋收尘容易在袋内积灰，发生不完
8、全燃烧，产生过多的CO，对袋收尘内 CO 的浓度检测是很必要的。 3 控制系统结构 本干燥机控制系统采用 Modicon 公司生产的 Quantum 系列可编程控制器。该系统由 2 台工业 PC 机（互为备用）与 2 台 PLC（热冗余配置）通过网络交换机构成物理局域网。PC 机与 PLC 之间通过以太网进行数据通讯，数据传输率为 10Mbp/s。整个控制系统由主系统合扩展系统组成，负责与现场测量和控制部分之间的数据传输，肩负着全部生产运行工艺、流程的逻辑控制、报警、联锁等。2 台 PC 机均运行 Windows2000 Professional 操作平台，分为装载 IFIX3.5 组态软件和
9、 Quantum 系列的Unity 软件。一台作操作员站，运行 IFIX3.5，实现监视、操作、报表打印、事故分析等功能；另一台作工程师站，运行 Unity 软件，实现逻辑控制、逻辑与参数的修改、在线监视等功能。2 台 PLC 之间由于运用的是Quantum 系列最新的热备 CPU67160，它们之间只需用光纤连接，不用再从软件上做任何配置即可轻松实现 2 台 PLC 间的无扰切换。连接现场设备的是 PLC 的两个远程 I/O 站（RIO） ，通过 RIO 站的 I/O 模块与现场联系。 整套系统的控制结构如图 2。 网络交换机 CISCO（10Mbp/s） 图 2 3.1 系统的硬件配置 （
10、1）为了满足这一过程的控制要求，本系统采用的 PC 机是研华的工业控制计算机，配置为：CPU P4E3.0G，内存 Kingston DDR400/512MB，硬盘 80G，光驱为 DVD-RW/16X，彩显为 PHILIPS 190S6，101 键盘和光电鼠标。 （2）网络交换机 CISCO2950-24 （3）打印机 EPSONEPL-2180 （4）热备系统：a. 背板 140XBP00600 6 槽两块 b. 电源 140CPS11420 两块 c. 处理器 140CPU67160 两块 d. RIO 处理器接口 140CRP93100 两块 e. Ethernet 处理器 140NO
11、E97101 两块 （5）RIO 站： a. 背板 140XBP01600 16 槽两块 b. 电源 140CPS11420 两块 c. RIO 站适配器 140CRA93100 两块 d.8 通道 RTD 输入模块 140ARI03010 两块 e.32 点开关量输入模块 140DDI35300 五块 f.16 点继电器输出模块 140DDO35300 五块 g.16 通道模拟量输入模块 140ACI04000 四块 h.8 通道模拟量输出模块 140ACO13000 四块 硬件组态的主要工作是完成硬件型号参数设置、I/O 地址的分配、传输方式等。一般情况下，对于 16 槽背板来说， 1 槽
12、或者 16 槽放电源模块，便于散热 2 槽放 CPU 模块 3 槽放主从通讯模块 4 槽放与主机的以太网的通讯模块 剩下的放 I/O 模块。 PLC 硬件的组态图如图 3。 图 3 3.2 系统的软件组态 （1）本系统的上位机操作员站用的组态软件为 iFIX3.5。 iFIX 是GE Fanuc 过程处理及监控产品中的一个核心组件，它是全球最领先的HMI/SCADA 自动化监控组态软件 。它可以为准确开放安全的数据采集及管理企业级的生产过程提供一整套的解决方案，并帮助您精确地监视、控制生产过程，并优化生产设备和企业资源管理。它能够对生产事件快速反映，减少原材料消耗，提高生产率，从而加快产品对市
13、场的反应速度，提高用户收益。 iFIX 的主要特性：易于扩展和集成。 （2）工程师站用的编程软件为 UNITY。Unity 是施耐德自动化的核心产品，它是新一代的软硬件自动化平台。其全新的独创设计缩短了开发时间，灵活的处理器可以提供更高的运行性能。基于开放性和对工具的协同式应用，Unity 在软件开发和控制系统运行上达到了更高的水平，它将生产率的提高放在首位。 以上两种软件在本次试验中发挥了比较理想的作用，为本次试验的圆满结束奠定了基础。 4.系统的控制方式 本系统的核心设备是干燥机，包含了干燥机的多种辅助设备，根据各台设备的功能不同，将整套系统的控制分为两大部分：输煤和干燥。两部分系统各自独
14、立成一小系统，又相互关系，每一部分可以顺控启动，也可以点对点起停各自系统中的单台设备。两部分的连锁起停条件如图4 所示。 图 4 5结束语 本控制系统虽然作为实验用，但功能全面，可靠性高，它需要系统中各个部分如硬件、软件、网络结构、自动化执行元件等有机组合，综合考虑，它要充分利用计算机技术、网络技术、通讯技术、冗余技术等。本控制系统经过实验期间的运行，运行情况良好，性能稳定，操作简单实用，画面真实感强，取得的实验数据均很理想，为本次干燥机的干燥实验顺利完成提供坚强支持，受到各方面领导的的广泛赞扬，并为以后我国在大功率干燥机这个项目上的控制系统设计提供了丰富的实际经验。参考文献： （1）MODICON Quantum UNITY 硬件手册 （2）IFIX 学习手册 V3.0
