基于PLC的生物質(zhì)上料控制系統(tǒng)設(shè)計及仿真*
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孫進，曹肖偉
(揚州大學(xué)機械工程學(xué)院，江蘇 揚州 225127)
摘要：生物質(zhì)是當成發(fā)電燃料添加到鍋爐里進行燃燒的，生物質(zhì)的干燥狀況直接影響著其燃燒利用率，對資源的充分利用起到?jīng)Q定性的作用。設(shè)計了一個基于PLC的生物質(zhì)上料控制系統(tǒng)，對于生物質(zhì)的干燥溫度、濕度、重量實行智能監(jiān)控，實現(xiàn)生物質(zhì)上料過程自動化，這樣將會使能源的使用效率得到極大的提高，同時也節(jié)約成本并保護了環(huán)境。
關(guān)鍵詞：PLC;生物質(zhì)；上料系統(tǒng)；控制；仿真
中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A
O 引言
生物質(zhì)發(fā)電是近年來我國進行新能源開發(fā)和建設(shè)的一個重要項目，對農(nóng)業(yè)和林業(yè)的廢棄物實現(xiàn)了多方面利用�，F(xiàn)在國內(nèi)已有為數(shù)不多的企業(yè)對生物質(zhì)發(fā)電的上料系統(tǒng)進行了設(shè)計與研發(fā)，但大部分都為原皮帶輸送機生產(chǎn)企業(yè)，絕大多數(shù)的產(chǎn)品也以輸送裝置的不同為主，這樣也造成了產(chǎn)品功能的相對單一。迄今為止，國內(nèi)還沒有任何一家企業(yè)生產(chǎn)完整的集解包、輸送、破碎、烘干為一體的自動化上料系統(tǒng)。此外，目前市場上的烘干裝置都以電作為烘干熱源，功率消耗大，一般在2 000 kW～3 000 kW，而利用鍋爐煙道廢氣余熱對生物質(zhì)進行烘干的，只有江蘇朝陽液壓機械集團有限公司，并且其控制系統(tǒng)功能比較單一。針對此，本文對生物質(zhì)發(fā)電上料系統(tǒng)做出了一些研究。
1課題提出的背景
1.1 生物質(zhì)上料系統(tǒng)在國內(nèi)外研究狀況
本項目的研究對象是生物質(zhì)發(fā)電上料系統(tǒng)的智能化控制。國外生物質(zhì)發(fā)電的起源追溯于20世紀70年代，當時，在爆發(fā)世界性的石油危機后不久，丹麥便開始了對清潔的可再生能源的開發(fā)，對林業(yè)和農(nóng)業(yè)方面的廢棄物等生物質(zhì)發(fā)電進行了推廣。自1990年以來，許多歐美國家在生物質(zhì)發(fā)電方面取得大規(guī)模的發(fā)展，到2004年，全世界的生物質(zhì)發(fā)電裝機已達3 900萬千瓦，全世界的年發(fā)電量約2 000億千瓦時，由此可替代的標準煤達7 000萬噸，幾乎和其他可再生能源發(fā)電量的總和持平。
從改革開放開始至今，我國經(jīng)濟的發(fā)展十分快速，但這樣的發(fā)展卻是以能源的高消耗和環(huán)境的高污染為代價建立的，到現(xiàn)在為止，我國在一次能源消費結(jié)構(gòu)中，煤炭占67.7%，石油占22. 7%，天然氣占2.6%，水電等占7.0%，這種大量消耗不可再生能源的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了對環(huán)境的嚴重污染和未來能源發(fā)展的不可持續(xù)性。因此，對于生物質(zhì)能源的開發(fā)規(guī)模化無疑是一項比較現(xiàn)實可行的選擇。
直燃發(fā)電和氣化發(fā)電是我國現(xiàn)在生物質(zhì)能發(fā)電的主要方式。其中，在關(guān)于生物質(zhì)直燃的發(fā)電項目上，2008年國家發(fā)展改革委和地方發(fā)展改革委核準了總計39個項目，裝機容量總計達128.4萬千瓦，預(yù)計投資為100.3億元，截至2008年底，已投產(chǎn)15.4萬千瓦。生物質(zhì)氣化以及垃圾填埋氣發(fā)電，截至2008年已 經(jīng)投產(chǎn)3萬千瓦，在建的有9萬千瓦。
1.2 生物質(zhì)上料系統(tǒng)的工藝流程及其應(yīng)用領(lǐng)域
生物質(zhì)電廠上料系統(tǒng)的工藝流程如圖1所示。
首先在儲料棚內(nèi)安裝水平段鏈式輸送機，數(shù)量為兩臺，每一段長11 m。將稱重裝置設(shè)置在機器頭部。每次放8個秸稈包由起吊裝置進行操作，秸稈包由輸送機上的扒齒帶動按照一定次序向前輸送。由每次的分配小車將密封的秸稈包送進JB-20A型雙輥解包疏松機進行切割解包，切割成比較松散容易干燥的秸稈原料并由此送入2#皮帶機，接著由這條皮帶機將解包的秸稈包送入采用刮板輸送的CH系列板式干燥機，解包的秸稈包在干燥機運行的同時將潮濕的秸稈進行干燥，干燥機的干燥過程是將燃燒鍋爐產(chǎn)生的高溫廢氣由引風(fēng)機引入干燥機，經(jīng)過烘干后的秸稈燃料被輸入到爐前螺旋輸送機。1#帶式輸送機采用犁式卸料器將解包后的秸稈卸載到2#皮帶機接著再輸送至板式干燥機，最后再由板式干燥機將物料輸送至螺旋輸送機。3#帶式輸送機安裝在板式干燥機的下面作為備用輸送線來用。
1.3 基于PLC控制的生物質(zhì)上料系統(tǒng)
基于PLC的生物質(zhì)上料系統(tǒng)上料方案如圖2所示。
原料秸稈經(jīng)過A1分流輸送線送至B1和C2擠壓 輸送線，再分別經(jīng)過板式干燥機內(nèi)的B2和C2兩條輸 送線進行輸送過程的干燥，當?shù)竭_B3和C3輸送線 時，兩條輸送線上的濕度傳感器將對秸稈濕度進行檢 測，當干燥程度達到要求時，兩條輸送線末端的B4和 C4機械抓手將秸稈送至各自的移動小車，然后由小車 運送至倉庫。當干燥程度達不到要求時，會送至各自的干燥設(shè)備進行重新干燥，進行再次檢驗，當達到要求時，再由移動小車送至倉庫。
2基于PLC的生物質(zhì)上料系統(tǒng)的仿真分析
本系統(tǒng)編程和仿真采用GX Developer軟件，GXDeveloper是三菱通用性較強的編程軟件，它能夠完成Q系列、Q n A系列等多種系列的編程和仿真，適用性廣。當選擇FX系列時，還能將程序存儲為FXGPWIN)、FXGP(DOS)格式的文檔，以實現(xiàn)與FX-GP/WIN-C軟件的文件互換。本文對生物質(zhì)上料系統(tǒng)的自動啟動和機械抓手啟動進行編程和仿真。
生物質(zhì)上料系統(tǒng)自動啟動仿真如圖3所示。按下自動啟動按鈕“X001”，自動啟動中繼“M3000”得電，啟動指示燈“Y000”亮；按下急停按鈕“X003”停止運行；當按下手動模式按鈕“M1000”時實現(xiàn)互鎖。
機械抓手啟動仿真如圖4所示。在自動模式下，當C5濕度檢測“X061”接通時，常閉斷開，此時“M410”C6抓取到C5無法工作；當C5濕度檢測“X061”未接通時，若C5人口檢測“X051”檢測到物料，C6抓取到C5“M410”得電自鎖工作；當C6抓取完成“X 062”接通時，常閉斷開實現(xiàn)互鎖。
3結(jié)論
早期采用繼電控制的上料控制系統(tǒng)存在很多的缺陷和不足，主要表現(xiàn)在兩方面：一方面是控制系統(tǒng)一般比較復(fù)雜而且外部有很多的連線，很容易發(fā)生故障；另一方面是一般只有手動和機旁兩種工作模式，手動工作模式一般應(yīng)用于生產(chǎn)，而機旁操作則主要應(yīng)用于機構(gòu)方面的調(diào)整，因此無法實現(xiàn)生產(chǎn)的自動化。本文對原有的生物質(zhì)上料過程進行了改進，解決了現(xiàn)在上料系統(tǒng)中上料過程容易出現(xiàn)的卡死堵死問題，不僅大大提高了生產(chǎn)效率而且也使生物質(zhì)能源的利用得到了充分的發(fā)展，保護環(huán)境的同時也解決了資源的利用效率，使生物質(zhì)資源避免了浪費，可謂一舉多得。但該上料系統(tǒng)還沒有在實際生產(chǎn)環(huán)境中進行試驗，主要是基于模擬，可能對復(fù)雜的實際環(huán)境考慮不太周全，需要進行不斷的改進與完善才能更加適合實際生產(chǎn)。
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