環(huán)模制粒機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)

1、環(huán)模制粒機(jī)是飼料廠(chǎng)的關(guān)鍵設(shè)備,目前國(guó)內(nèi)的制粒機(jī)大多采用人工控制,這種操作方法主要有以下三個(gè)方面的缺點(diǎn):顆粒飼料質(zhì)量不穩(wěn)定:人工操作制粒機(jī),在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中不能實(shí)時(shí)、快速地監(jiān)控和調(diào)節(jié)喂料量、蒸汽添加量、液體添加量等影響顆粒質(zhì)量的關(guān)鍵因素,造成顆粒飼料的光潔度、色澤、粉化率、水中穩(wěn)定性等質(zhì)量指標(biāo)不穩(wěn)定,質(zhì)量下降1;制粒機(jī)產(chǎn)量低,單位制粒能耗大:在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,制粒機(jī)操作工為了避免制粒機(jī)環(huán)模堵塞、打滑和停機(jī)現(xiàn)象,通常使制粒機(jī)主電機(jī)的實(shí)際工作電流遠(yuǎn)小于其滿(mǎn)載負(fù)荷,以犧牲產(chǎn)量的代價(jià)來(lái)?yè)Q取制粒機(jī)長(zhǎng)期安全、可靠的運(yùn)行,這樣必然導(dǎo)致產(chǎn)量下降,單位能耗及成本增加1。需要人工守候操作,工作條件差、勞動(dòng)強(qiáng)度大:制

2、粒機(jī)現(xiàn)場(chǎng)高溫、高噪聲,環(huán)境惡劣,工作過(guò)程中制粒機(jī)操作工處于頻繁地取樣和調(diào)整設(shè)備的狀態(tài),還需要解決制粒機(jī)堵機(jī)、打滑等問(wèn)題,勞動(dòng)強(qiáng)度較大。制粒機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是:可實(shí)現(xiàn)無(wú)人守候操作,當(dāng)生產(chǎn)過(guò)程中喂料量、蒸汽添加量、液體添加量受到各種因素?cái)_動(dòng),實(shí)際控制值與預(yù)期設(shè)定值產(chǎn)生偏差時(shí),智能自動(dòng)控制系統(tǒng)能連續(xù)、快速地修正這些偏差,實(shí)現(xiàn)喂料量、蒸汽添加量、液體添加量以最佳配合模式進(jìn)行生產(chǎn),保證產(chǎn)品質(zhì)量,同時(shí)能有效地避免了堵機(jī)現(xiàn)象,讓制粒機(jī)盡可能在滿(mǎn)負(fù)荷的工況下工作,保證制粒系統(tǒng)達(dá)到最佳的生產(chǎn)效益。1制粒機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及控制原理如圖1所示,制粒機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由數(shù)字I/O接口21、模擬I/O接口2

3、2、控制器23、控制臺(tái)24、外部存儲(chǔ)設(shè)備25以及各種傳感器、控制閥組成,其中數(shù)字I/O接口21、模擬I/O接口22與控制器23可以由P L C控制中心代替2?？刂破?3負(fù)責(zé)執(zhí)行程序,對(duì)來(lái)自數(shù)字I/O接口21、模擬I/O接口22的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算分析,并向其發(fā)送控制指令,數(shù)字I/O 接口21負(fù)責(zé)數(shù)字量的輸入與輸出,模擬I/O接口22負(fù)責(zé)模擬量的輸入與輸出,傳感器負(fù)責(zé)向數(shù)字I/O 接口21和模擬I/O接口22輸送數(shù)字或模擬信號(hào),各種控制閥負(fù)責(zé)執(zhí)行來(lái)自數(shù)字I/O接口21或模擬I/O 接口22的操作意圖,外部存儲(chǔ)設(shè)備25可實(shí)現(xiàn)外部數(shù)據(jù)與控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換,控制臺(tái)24通常包括一個(gè)顯示器和鍵盤(pán),方便進(jìn)行人

4、機(jī)對(duì)話(huà)。制粒機(jī)工作時(shí),由操作員通過(guò)控制臺(tái)24輸入初始數(shù)據(jù),發(fā)出開(kāi)機(jī)命令,控制器開(kāi)始執(zhí)行程序。程序一般先檢測(cè)料斗10是否有粉料11,該信號(hào)由數(shù)字I/O接口21通過(guò)料位傳感器13獲得,如果沒(méi)有,將由程序提醒操作員,如果有,系統(tǒng)將通過(guò)數(shù)字I/O 接口21,按程序關(guān)閉卸料槽控制閥20,依次啟動(dòng)制環(huán)模制粒機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)摘要關(guān)鍵詞本文介紹了環(huán)模制粒機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng),重點(diǎn)闡述了自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成、控制原理以及主要控制程序算法,為改善環(huán)模制粒機(jī)的自動(dòng)控制水平提供技術(shù)參考。飼料機(jī)械制粒機(jī)自動(dòng)控制程序王斌斌(廣東省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所廣東廣州510630 粒機(jī)主電機(jī)2、調(diào)質(zhì)器電機(jī)7,然后按照程序設(shè)置的數(shù)據(jù),由模擬I /

5、O 接口22輸出模擬信號(hào)執(zhí)行以下操作:控制變頻器(圖中未標(biāo)出開(kāi)啟喂料器電機(jī)9并逐步提高其轉(zhuǎn)速,增大喂料量。開(kāi)啟電動(dòng)蒸汽流量控制閥15,逐步增加其開(kāi)口度的大小,增加蒸汽添加量。開(kāi)啟電動(dòng)液體流量控制閥16,逐步增加其開(kāi)口度的大小,增加液體添加量,同時(shí)程序還將通過(guò)模擬I /O 接口22實(shí)時(shí)監(jiān)控來(lái)自制粒機(jī)主電機(jī)2交流電傳感器(圖中未標(biāo)出的電流信號(hào)和來(lái)自調(diào)質(zhì)器6出料口溫度傳感器18的溫度信號(hào)。這些信號(hào)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)整理,在控制器23中與程序設(shè)定的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析,再生成新的反饋數(shù)據(jù)信息,來(lái)調(diào)整制粒機(jī)1的工作狀態(tài),比如當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到制粒機(jī)主電機(jī)2的電流和調(diào)質(zhì)器6出料口調(diào)質(zhì)后粉料的溫度小于預(yù)先設(shè)定值,系統(tǒng)將通過(guò)

6、模擬I /O 接口22,繼續(xù)控制喂料器電機(jī)9和電動(dòng)蒸汽流量控制閥15,分別增加喂料量和蒸汽添加量,反之則減少喂料量和蒸汽添加量;與此同時(shí),根據(jù)喂料量增加或減少的比例來(lái)控制液體添加量增加或減少的幅度,直到喂料量、蒸汽添加量、液體添加量按程序設(shè)定的最佳配合模式進(jìn)行生產(chǎn),這一反饋控制過(guò)程是通過(guò)控制器23執(zhí)行一種預(yù)先設(shè)計(jì)的質(zhì)詢(xún)程序?qū)崿F(xiàn)的。同樣道理,系統(tǒng)監(jiān)測(cè)制粒機(jī)主電機(jī)2的電流狀況,通過(guò)控制器23執(zhí)行一種預(yù)先設(shè)計(jì)的二級(jí)中斷程序可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的堵機(jī)可能,并作出控制反應(yīng),避免堵機(jī)、停機(jī),讓制粒機(jī)快速的恢復(fù)到正常生產(chǎn)狀態(tài),從而實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)優(yōu)質(zhì)、高效的生產(chǎn)目標(biāo)。2主要控制程序算法2.1質(zhì)詢(xún)程序算法質(zhì)詢(xún)程序的

7、目的是調(diào)節(jié)合理的喂料量與蒸汽添加量,在保證制粒前粉料所需要的合理溫度的同時(shí),盡量讓制粒機(jī)主電機(jī)2在所設(shè)定的滿(mǎn)負(fù)荷范圍內(nèi)工作,從而使制粒機(jī)保持較高的作業(yè)效率。在制粒生產(chǎn)工藝過(guò)程中,自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控制粒機(jī)主電機(jī)電流和調(diào)質(zhì)后粉料的溫度,這兩個(gè)變量既相對(duì)獨(dú)立,又相互聯(lián)系,相互影響。在一定范圍內(nèi),當(dāng)溫度不變,制粒機(jī)主電機(jī)電流產(chǎn)生偏差時(shí),則調(diào)節(jié)喂料量;同樣,制粒機(jī)主電機(jī)電流不變,溫度產(chǎn)生偏差時(shí),則應(yīng)調(diào)節(jié)蒸汽添加量。由于溫度在一定范圍內(nèi)的增加可以提高粉料的熟化度,粉料更加軟化,易于制粒,使制粒機(jī)主電機(jī)電流減小;而喂料量的增加引起的制粒機(jī)主電機(jī)電流的增加,同樣也會(huì)使溫度有所降低,反之亦然。根據(jù)制粒工藝圖1

8、自動(dòng)控制系統(tǒng)組成1.制粒機(jī);2.制粒機(jī)主電機(jī);3.環(huán)模;4.壓輥;5.出料口;6.調(diào)質(zhì)器;7.調(diào)質(zhì)器電機(jī);8.喂料器;9.喂料器電機(jī);10.料斗;11.粉料;12.振動(dòng)電機(jī);13.料位器;14.蒸汽管;15.電動(dòng)蒸汽流量控制閥;16.電動(dòng)液體流量控制閥;17.液體添加管;18.溫度傳感;19.卸料槽;20.卸料槽控制閥;21.數(shù)字I /O 接口;22.模擬I /O 接口;23.控制器;24.控制臺(tái);25.外部存儲(chǔ)設(shè)備的這些特點(diǎn)可設(shè)計(jì)質(zhì)詢(xún)程序,如圖2所示。質(zhì)詢(xún)程序主要由負(fù)荷閉環(huán)控制回路與溫度閉環(huán)控制回路組成1,負(fù)荷閉環(huán)控制回路通過(guò)調(diào)節(jié)喂料器轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn),溫度閉環(huán)控制回路通過(guò)調(diào)節(jié)蒸汽添加量實(shí)現(xiàn)。當(dāng)制粒

9、機(jī)主電機(jī)電流達(dá)到系統(tǒng)的設(shè)定值時(shí),質(zhì)詢(xún)模式被開(kāi)啟,第一次開(kāi)啟質(zhì)詢(xún)模式時(shí),檢查喂料器加速標(biāo)志被清除,程序檢查當(dāng)前溫度與制粒機(jī)主電機(jī)電流是否在限定范圍內(nèi),如果是,將繼續(xù)觀(guān)測(cè)當(dāng)前溫度是否大于等于制粒設(shè)置的最佳溫度值,如果成立,說(shuō)明制粒機(jī)已經(jīng)達(dá)到預(yù)期狀態(tài),程序結(jié)束質(zhì)詢(xún)模式返回;如果不成立,則按照程序設(shè)置的增溫量來(lái)增加蒸汽添加量,提高調(diào)質(zhì)溫度,并且設(shè)置檢測(cè)喂料器加速標(biāo)志。由于提高了調(diào)質(zhì)溫度將使制粒機(jī)主電機(jī)電流下降到設(shè)定值以下,設(shè)置檢測(cè)喂料器加速標(biāo)志以后,方便下一次質(zhì)詢(xún)模式開(kāi)啟后程序開(kāi)始檢查喂料器加速情況。喂料器是按照程序設(shè)置的增量來(lái)提高其轉(zhuǎn)速、增加喂料量的,控制程序以喂料器是否完成其轉(zhuǎn)速增量為標(biāo)準(zhǔn),來(lái)衡量

10、喂料器是否充分加速,如果喂料器未完成其轉(zhuǎn)速增量,制粒機(jī)主電機(jī)電流已經(jīng)上升到設(shè)定值,則確定喂料器未充分加速,程序取消質(zhì)詢(xún)模式返回,制粒機(jī)達(dá)到預(yù)期狀態(tài);如果喂料器完成其轉(zhuǎn)速增量,制粒機(jī)主電機(jī)電流還圖2質(zhì)詢(xún)程序流程圖圖3中斷程序流程圖 未恢復(fù)到設(shè)定值,則確定喂料器已經(jīng)充分加速,程序清除檢測(cè)喂料器加速標(biāo)志后返回,由于喂料量的增加將會(huì)使調(diào)質(zhì)器溫度下降到最佳溫度以下,此時(shí)制粒機(jī)主電機(jī)電流還未恢復(fù)到設(shè)定值,檢測(cè)喂料器加速標(biāo)志被清除,質(zhì)詢(xún)程序再次被開(kāi)啟,又從檢查溫度開(kāi)始,增加蒸汽添加量,重復(fù)進(jìn)行循環(huán),直到溫度上升到最佳溫度,制粒機(jī)主電機(jī)電流在預(yù)期的范圍內(nèi),不需要提高喂料器轉(zhuǎn)速、增加喂料量為止,這時(shí)制粒機(jī)也就達(dá)

11、到了預(yù)先設(shè)置的理想工作狀況。2.2中斷控制程序算法要使制粒機(jī)高效運(yùn)行,自動(dòng)控制系統(tǒng)還必須能有效地避免制粒機(jī)堵機(jī)、停機(jī)現(xiàn)象發(fā)生,這可以通過(guò)中斷控制程序來(lái)完成。中斷控制程序主要通過(guò)對(duì)制粒機(jī)主電機(jī)電流的監(jiān)控,來(lái)判斷潛在的堵機(jī)威脅程度,從而讓控制系統(tǒng)啟動(dòng)設(shè)計(jì)好的兩個(gè)級(jí)別的中斷程序來(lái)解決堵機(jī)問(wèn)題。系統(tǒng)通過(guò)控制器的硬件中斷時(shí)鐘控制系統(tǒng)來(lái)決定中斷檢測(cè)是否開(kāi)啟和關(guān)閉,然后由中斷標(biāo)志來(lái)決定是否執(zhí)行中斷程序,如圖3所示。如果中斷檢測(cè)被開(kāi)啟,且發(fā)現(xiàn)預(yù)期的堵機(jī)標(biāo)志(當(dāng)制粒機(jī)主電機(jī)的瞬時(shí)電流、平均電流、平均電流偏差和瞬時(shí)電流偏差都超出設(shè)定值時(shí),系統(tǒng)將確定有預(yù)期的堵機(jī)發(fā)生,設(shè)置堵機(jī)標(biāo)志,程序首先關(guān)閉中斷檢測(cè),以方便執(zhí)行以

12、下不同的中斷任務(wù)后,在下一次程序流程執(zhí)行相應(yīng)的中斷恢復(fù)程序,然后檢測(cè)制粒機(jī)是否裝有卸料槽;如果發(fā)現(xiàn)制粒機(jī)裝有卸料槽,且排除系統(tǒng)此時(shí)處在二級(jí)中斷發(fā)生的時(shí)間內(nèi),程序?qū)?zhí)行一級(jí)中斷程序,先打開(kāi)卸料槽,將粉料分流到外面,減少進(jìn)入環(huán)模和壓輥間被制粒的粉料流量,從而減小制粒機(jī)主電機(jī)的負(fù)荷,避免堵機(jī),隨后程序按照預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)分別減少喂料量、蒸汽添加量和液體添加量,并設(shè)置一級(jí)中斷恢復(fù)程序標(biāo)志后返回,以便下一個(gè)程序流程執(zhí)行一級(jí)中斷恢復(fù)程序,使制粒機(jī)快速恢復(fù)到正常生產(chǎn)狀態(tài)。這一級(jí)中斷處理程序避免直接關(guān)閉喂料器、調(diào)質(zhì)器等設(shè)備,相對(duì)于二級(jí)中斷處理程序減少了解決堵機(jī)問(wèn)題的時(shí)間,提高了系統(tǒng)的效率。但是,如果制粒機(jī)沒(méi)有安

13、裝卸料槽或系統(tǒng)此時(shí)處在二級(jí)中斷發(fā)生的時(shí)間內(nèi),控制系統(tǒng)將執(zhí)行二級(jí)中斷程序:關(guān)閉制粒機(jī)主電機(jī)以外的所有設(shè)備,讓制粒機(jī)環(huán)?？辙D(zhuǎn),使制粒機(jī)主電機(jī)負(fù)荷快速下降到空載負(fù)荷,以解決堵機(jī)問(wèn)題,并且設(shè)置二級(jí)中斷恢復(fù)程序標(biāo)志后返回,以便下一個(gè)程序流程執(zhí)行相應(yīng)的二級(jí)中斷恢復(fù)程序,使制粒機(jī)恢復(fù)到正常生產(chǎn)狀態(tài)。值得說(shuō)明的是,有時(shí)控制系統(tǒng)執(zhí)行一級(jí)中斷處理程序及其中斷恢復(fù)程序,依然沒(méi)有解決堵機(jī)問(wèn)題,將再執(zhí)行二級(jí)中斷處理程序,清除一級(jí)中斷恢復(fù)程序標(biāo)志且設(shè)置二級(jí)中斷恢復(fù)程序標(biāo)志后返回,在下一個(gè)程序流程將執(zhí)行二級(jí)中斷恢復(fù)程序,這屬于一級(jí)中斷恢復(fù)程序算法范疇,一、二級(jí)中斷恢復(fù)程序算法在此就不再闡述了。二級(jí)中斷處理程序分級(jí)處理了制粒機(jī)潛在的堵機(jī)問(wèn)題,為制粒機(jī)堵機(jī)情況提供了實(shí)時(shí)的、最優(yōu)化的解決方案,保證了制粒機(jī)可以長(zhǎng)時(shí)間在設(shè)定的理想狀態(tài)下工作。3結(jié)束語(yǔ)本文介紹了制粒機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成與控制原理,以及主要控制程序算法,但由于制粒生產(chǎn)工藝本身比較復(fù)雜,在制粒機(jī)控制過(guò)程中,需