1、第46卷第10期 2014年第10期 煤炭工程 C0AL ENGINEERING Vo146，No10 No10，2014 doi：101 1799ce20141O063 褐煤无粘结剂高压成型机及其控制策略 苏明辉 (中国神华海外开发投资有限公司，北京10001 1) 摘要：文章介绍了国内首台用于褐煤提质的无粘结剂高压对辊成型机的工作原理、设备构 成及单机控制系统的控制策略；同时，针对生产现场远程实时集中监控多台成型机的需要，结合 PLC与DCS各自的技术特点，采用DP通讯的方式，通过两者的优势互补与有机结合实现多台成 型机的实时监控，提高了系统的安全性与可靠性。 关键词：褐煤；提质；对辊成型
2、机；PLC；DCS；控制系统 中图分类号：TD403 文献标识码：A 文章编号：16710959(2014)10-0220-03 Lignite Binderfree Highpressure Roller Briquetting Machine and Its Control Strategy SU Minghui (China Shenhua Overseas Development and Investment Company Limited，Beijing 10001 1，China) Abstract：The paper introduced the working principl
3、e，equipment composition and control strategy of singlemachine control system of the domestic first binderfree highpressure roller briquetting machine for lignite upgradingAt the same time，according to the needs of realtime centralized remote monitoring of multi roller briquetting machine in producti
4、on site，combining the technical features of PLC and DCS and applying DP communication，the realtime monitoring of multimachine was realized，improving the safety and reliability of the system Keywords：lignite；upgrading；roller briquetting machine；PLC；DCS；control system 我国褐煤资源储量丰富，随着褐煤生产量的提高，对 褐煤的有效洁净利用
5、显得日益重要和突出。褐煤的主要特 点是水分含量高、氧含量高，发热量低、易风化和自燃， 不适合远距离运输，应用受到很大限制 J，因此国内外普 遍开展褐煤提质的研究。无论采用何种提质方式，最终褐 煤的成型都离不开成型机 。本文重点介绍高压对辊成型 机的工作原理、系统组成、单机控制系统及适应工业现场 的基本DCS与PLC的系统控制策略。 1设备工作原理及构成 褐煤无粘结剂高压对辊成型机其工作原理为：将预先 处理过的高温褐煤煤粉送入主机上方的双螺旋给料装置， 螺旋给料装置对煤粉进行预压实并均匀送入两成型辊之 间 J，两台大功率变频电机经行星轮减速机驱动成型辊转 动，安装在机架上的四个液压缸为两个成型辊
6、提供足够大 的水平压力，将送入的煤粉挤压成一定规格的型煤而排出 到机外。 成型机主要由铰接式机架、成型辊装配、双螺旋给料 装置、传动系统、扭力支承、液压系统、润滑系统、冷却 系统、检测系统和控制系统等部分组成。 1)铰接式机架。机架采用铰接式结构，两边可开启， 该部件是成型机其他部分安装固定的基体。主要由底座， 立架，中间立架，上、下横梁等部分组成，均为钢结构件， 它们用螺栓和定位销轴等连成一个整体。铰接式机架便于 对辊的拆卸、检修。 2)成型辊装配。主要由成型辊、轴承、轴承座、密封 圈等组成，成型辊分为定辊和动辊 。J。 3)双螺旋给料装置。螺旋给料机位于成型机两个辊子 的正上方，主要由减速
7、机、调速电机、联轴器、轴承、螺 旋叶轮、给料斗等组成。为使给料沿辊宽均匀分布，成型 机采用双螺旋强制给料，依靠调速电机可以选择适合于处 理粉状物料的螺旋转速，从而对物料进行预压实，增大物 料的堆积比重。两套传动机构分别驱动两个螺旋叶轮，通 过电气控制系统保证螺旋的转速趋于一致，以使给料均匀。 收稿日期：20140218 作者简介：苏明辉(1982一)，男，河南周口人，硕士，工程师，主要研究方向为煤炭机电，Email：suminghui shenhuacc。 引用格式：苏明辉褐煤无粘结剂高压成型机及其控制策略J煤炭工程，2014，46(10)：220222 220 2014年第10期 煤炭工程
8、螺旋叶轮设计为等直径变螺距型式，采用耐高温、耐磨损 材料精铸而成；螺旋叶轮与轴为分体式，通过机械方式固 接成一体，可方便现场更换。 4)传动系统。传动系统主要由减速器及冷却站、万向 联轴器、安全联轴器、缩紧盘、变频电动机等部分组成。 5)扭力支承主要防止减速器输出扭矩时的整体转动， 通过四边形机架平衡转动扭矩。该四边形的主要接点处安 装有关节轴承，并且扭力轴可以绕轴S线与曲柄一起转动， 这样整个机构则可以满足平衡转矩和随成型辊一起水平移 动的要求。 6)液压系统。主要有液压油泵站，主油缸，蓄能器， 管路及阀组等部分组成。 7)润滑系统。成型机为长期连续工作设备，并且工作 环境较差，对主轴承等关
9、键件的寿命有较高要求，因此对 相应润滑的要求也甚为严格，从而把主轴承的润滑设计为 集中润滑系统，根据要求自动定期充脂，保证主轴承始终 在较佳润滑和密封条件下工作。为了保证可靠性，该系统 设计有监视与报警联锁装置。主轴承的干油集中润滑系统 主要有干油泵站、分配器、管路和监测几部分组成，充脂 量和充脂周期可以根据不同的要求调整确定。 8)冷却系统。主要包括主轴承的冷却、成型辊的冷却 和减速机的冷却。 9)检测系统。成型机因有较高的可靠性要求，对关键 参数和元件需进行连续检测，并与控制系统联锁实现自动 控制。除电气方面的检测外，还需检测辊缝间隙、主轴承 温度、减速器润滑油温度、液压系统油压、干油泵站
10、储脂 量及螺旋给料机的料位及电流等参数。 10)控制系统。控制系统采用德国西门子公司的可编 程控制器PLC为基础，实现单机的启停控制、辊缝调节、 运行压力控制、故障报警与设备保护。 2单机控制系统 单台高压对辊成型机的控制系统由2台G150变频器、 1个MM440变频控制柜和一个低压控制柜组成。 PLC控制系统主要由2台G150变频器、1个MM440变 频控制柜和一个低压控制柜组成。主要实现单机的启停控 制、辊缝调节、运行压力控制、故障报警与设备保护。其 中，低压控制柜采用西门子s7300 CPU3152DP，并配置 SM321数字量输入模块、SM322数字量输出模块、SM331模 拟量输入模
11、块、SM332模拟量输出模块和CP3425通讯卡。 CPU3152DP通过自带的MPI接口连接MATIC HMI station，人机接口采用TP270系列触摸屏，实现对成型机控 制、参数设定、状态检测、故障报警信息显示 j。 通过自带DP接口以PmFIBUSDP方式连接G150变 频柜和MM440变频柜，实现对两台主电机和螺旋给料电机 的控制和状态监测。在与TP270与三台变频柜的通讯中， CPU3152DP作为主站； 控制系统操作方式分为机旁手动、机旁自动和远控 自动三种方式。下面介绍启停程序及关键控制逻辑。 1)启动、停机逻辑。启动程序：减速机、轴承润滑站 启动一液压系统卸压一动辊电机启
12、动一定辊电机启动一液 压系统加压至设定压力一给料电机启动一上游系统给料工 作。停机逻辑：上游系统停止给料一关闭螺旋给料机一液 压系统卸压一动、定辊电机停机一轴承、减速机润滑站停 机。 2)主电机控制。两主电机的启动、保护及调速等采用 西门子G150成柜型变频器(315kW4 380V)，在机旁 手动操作模式下通过柜面相应的启停旋钮控制主电机的启 动停止，通过柜面的可调变阻器进行两主电机的调速控 制；在自动操作模式下与相应检测单元实现联锁，过载达 110时，挤压辊大行程后退，若载荷降不到正常值，则自 动停主电机，过载达120时，主电机立即停机，同时停给 料装置电机；两台主电机同步启动；控制柜面板
13、的仪表分 别显示两主电机电流参数。 3)螺旋给料电机控制。给料电机的启动、保护及调速 等采用西门子M440系列变频器，在机旁手动操作模式下通 过柜面相应的启停旋钮控制给料电机的启动停止，通过 柜面的可调变阻器进行给料电机的调速控制；在自动操作 模式下与相应检测单元实现联锁，过载达110时，自动停 给料电机，过载达120时，立即停给料机；控制柜面板的 仪表显示给料电机电流参数。 4)料位指示器的控制。实现料仓内物料达到上、下极 限时进行报警，当料位达到下限时，系统自动下料；达到 上限时，停止下料；同时将信号传输给中央控制系统。 5)辊缝调节。当辊缝增大到设备最大值时，故障跳 机，并有声光报警；当
14、右侧辊缝偏增大时，右侧加压，同 时左侧卸荷，反之，左侧加压，右侧卸荷，当超过最大辊 缝偏时故障跳闸，并有声光报警。 6)液压系统控制。液压系统是高压对辊成型机生产合 格产品的关键，主要有液压油泵站，主油缸，蓄能器，管路 及阀组等部分组成。液压系统与主机联锁具有较高的自我保 护和自动调节水平，能够使工作更为可靠。系统的缓冲与保 护主要由两侧分别配置的氮气蓄能器完成，为了提高系统的 可靠性，多设计为蓄能器缓冲保护装置。同时压力检测系统 与电气控制系统和辊缝检测系统联锁，对主机和液压系统形 成了更为可靠的保护体系。其基本原理如图I所示。 系统加压过程：程序给出左(右)侧加压指令后，通过 中间继电器使
15、电磁阀8带电打开，然后启动加油泵3，液压 油经净网式过滤器1、精过滤器6两级过滤后，经过单向阀 5、电磁阀8、单向节流阀9进入两个平油缸14开始加压， 待压力达到系统设定值后，停泵，电磁阀8失电关闭。 运行过程中压力调整：在成型机运行过程中，若出现 单侧压力过高(以左侧为例)，当压力高于“压力高设定 值”，则左侧自动卸压。具体过程为：电磁阀8带电打开， 221 煤炭工程 2014年第10期 1一网式过滤器；2一空气滤清器；3一泵装置；4一溢流阀 5一单向阀；6一精过滤器；7一压力表；8一电磁阀； 9单向节流阀；10一单向阀；11一安全阀；12一电磁阀 l3一蓄能器；14一平油缸；15一压力变送
16、器 图1液压系统原理图 高压油经单向阀9返回邮箱。此外，在运行过程中如出现 辊偏时，则系统将会在左右两侧同时进行加、卸压以调节 辊缝偏差。 系统卸荷过程：当出现系统卸荷、系统停机、左或右 侧压力超高其中的1个或多个条件时，相应控制模式下， 按下“系统卸荷”按钮。当相应指令发出后，通过中间继 电器使系统卸荷阀l2带电打开，高压油返回主油箱。 3工业现场基于PIE与DCS的成型机控制策略 因成型机投入褐煤提质生产线后，在同一生产线上普 遍采用多台成型机，为了确保监控人员实时了解各设备运 行状态，在出现异常或故障时及时报警，以便操作人员及 时采取相应的处理措施，采用PLC与DCS的通讯技术实现 各设
17、备的集中控制、以及运行参数在中控DCS上的监控和 报警功能，为系统的安全运行提供更高水平的保障。 31 DCS系统与PLC的网络架构 该工程DCS系统采用SmartPro系统，该系统具有开放 的体系结构和数据接口，具备对DCS的复杂模拟调节回路 提供强大的处理功能，各VO信号处理单元全部为智能结 构。各台成型机对应的基于PLC的控制系统通过CP3425 通讯卡以ProFIBUSDP方式与SmartPro DCS系统连接， CPU3152DP作为从站，以实现操作人员在中控对多台成 型机的远程控制、实时参数监测、报警及故障信息处理。 32通讯组态 要实现CPU3152DP与DCS系统之间的通讯，要
18、进行 PLC与SmartPro系统各自的组态，具体如下： 321 PLC组态 1)配置DP从站，进行硬件组态。 2)配置CP3425的节点地址、通讯协议、通讯速率 (50Ok)，并将其设置为DP Slave模式。 3)开辟CPU内的通讯区，并定义实际通讯区的大小， 用PLC组态软件确定PLC内部通讯区的详细配置，并定义 相应的通讯变量。 222 4)建立CPU与CP卡之间的通讯，利用DPSEND函 数将CPU通讯区中的输出数据发送给CP卡，然后由CP卡 将之发送到DP总线上去；另外，CP卡将总线上接受来自 DCS的数据存在自己的输入区中，调用DPRECV函数将 CP卡中的输入数据接受到CPU的
19、输入通讯区中。 5)保存并编译PLC组态程序，对DP从站进行下装， 值得一提的是，运行进入“Online”状态后，可通过建立 一个变量表来改变并观察输k输出区的变量。 322 ConMaker组态 1)将CP3425的GSD文件拷贝到ConMaker相应的 目录下。 2)在硬件配置中进行组态，添加DP主站，设置DP 总线通讯速率和主站地址。 3)硬件配置中添加其它从站，硬件组态在DP总线上 至少要配置10个从站模块，若模块数量不足，则可在软件 中配置一些空模块。 4)硬件配置中添加CP3425，设定从站地址并添加 相应大小的输入和输出地址。 5)在ConMaker中定义输入物理点变量和输出物理
20、点 变量，并将其参与组态程序中的逻辑运算。 323 FacView组态 在DCS系统上位机的FacView中，先将通讯中要读写 的变量添加到标签变量和趋势变量以及报警变量表中，利 用图形编辑器制作监控画面。将画面编译运行后，下位控 制器中读写的通讯变量就可以在流程画面上显示相应的数 据，实现远程实时监控多台成型机的运行状态。同时可以 通过画面上的操作按钮对设备进行远程控制。 4结语 国内首台应用于老年褐煤无粘结剂成型的高压对辊成型 机的研制成功后，经过多年的改进、完善后，目前已经在呼 伦贝尔神华洁净煤公司得以正常、连续运转。型煤强度、水 分含量、密度及热值均达到或超过设计要求；不但证明了中 国
21、老年褐煤无粘结剂高压成型技术工业化的可行性，在设备 研发及关键技术积累方面也做出了很多贡献，为我国后续大 规模高效开发利用褐煤资源打下了坚实的基础。 参考文献： 1 余江龙，李先春，韩艳娜，等褐煤干燥提质和无粘结剂成 型技术的研究现状及进展J，洁净煤技术，2012，18 (2)：1921 2 汪寿建褐煤干燥成型工艺技术综述J化肥设计， 2009，47(5)：4748 3 刘龙保，黄嘉兴，周卫平高压对辊工业型煤成型机的设计 研究J煤矿机械，1999(3)：5657 4 马宁，孔红s7300PLC和MM440变频器的原理及应 用M北京：机械工业出版社，2007 5 徐振刚，刘随芹型煤技术M北京：煤炭工业出版社， 2001 (责任编辑赵巧芝)
