環(huán)模制粒機自動控制系統

1、環(huán)模制粒機是飼料廠的關鍵設備,目前國內的制粒機大多采用人工控制,這種操作方法主要有以下三個方面的缺點:顆粒飼料質量不穩(wěn)定:人工操作制粒機,在實際生產過程中不能實時、快速地監(jiān)控和調節(jié)喂料量、蒸汽添加量、液體添加量等影響顆粒質量的關鍵因素,造成顆粒飼料的光潔度、色澤、粉化率、水中穩(wěn)定性等質量指標不穩(wěn)定,質量下降1;制粒機產量低,單位制粒能耗大:在實際生產過程中,制粒機操作工為了避免制粒機環(huán)模堵塞、打滑和停機現象,通常使制粒機主電機的實際工作電流遠小于其滿載負荷,以犧牲產量的代價來換取制粒機長期安全、可靠的運行,這樣必然導致產量下降,單位能耗及成本增加1。需要人工守候操作,工作條件差、勞動強度大:制

2、粒機現場高溫、高噪聲,環(huán)境惡劣,工作過程中制粒機操作工處于頻繁地取樣和調整設備的狀態(tài),還需要解決制粒機堵機、打滑等問題,勞動強度較大。制粒機自動控制系統的主要優(yōu)點是:可實現無人守候操作,當生產過程中喂料量、蒸汽添加量、液體添加量受到各種因素擾動,實際控制值與預期設定值產生偏差時,智能自動控制系統能連續(xù)、快速地修正這些偏差,實現喂料量、蒸汽添加量、液體添加量以最佳配合模式進行生產,保證產品質量,同時能有效地避免了堵機現象,讓制粒機盡可能在滿負荷的工況下工作,保證制粒系統達到最佳的生產效益。1制粒機自動控制系統的組成及控制原理如圖1所示,制粒機自動控制系統主要由數字I/O接口21、模擬I/O接口2

3、2、控制器23、控制臺24、外部存儲設備25以及各種傳感器、控制閥組成,其中數字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負責執(zhí)行程序,對來自數字I/O接口21、模擬I/O接口22的數據進行運算分析,并向其發(fā)送控制指令,數字I/O 接口21負責數字量的輸入與輸出,模擬I/O接口22負責模擬量的輸入與輸出,傳感器負責向數字I/O 接口21和模擬I/O接口22輸送數字或模擬信號,各種控制閥負責執(zhí)行來自數字I/O接口21或模擬I/O 接口22的操作意圖,外部存儲設備25可實現外部數據與控制系統之間的數據交換,控制臺24通常包括一個顯示器和鍵盤,方便進行人

4、機對話。制粒機工作時,由操作員通過控制臺24輸入初始數據,發(fā)出開機命令,控制器開始執(zhí)行程序。程序一般先檢測料斗10是否有粉料11,該信號由數字I/O接口21通過料位傳感器13獲得,如果沒有,將由程序提醒操作員,如果有,系統將通過數字I/O 接口21,按程序關閉卸料槽控制閥20,依次啟動制環(huán)模制粒機自動控制系統摘要關鍵詞本文介紹了環(huán)模制粒機的自動控制系統,重點闡述了自動控制系統的組成、控制原理以及主要控制程序算法,為改善環(huán)模制粒機的自動控制水平提供技術參考。飼料機械制粒機自動控制程序王斌斌(廣東省農業(yè)機械研究所廣東廣州510630 粒機主電機2、調質器電機7,然后按照程序設置的數據,由模擬I /

5、O 接口22輸出模擬信號執(zhí)行以下操作:控制變頻器(圖中未標出開啟喂料器電機9并逐步提高其轉速,增大喂料量。開啟電動蒸汽流量控制閥15,逐步增加其開口度的大小,增加蒸汽添加量。開啟電動液體流量控制閥16,逐步增加其開口度的大小,增加液體添加量,同時程序還將通過模擬I /O 接口22實時監(jiān)控來自制粒機主電機2交流電傳感器(圖中未標出的電流信號和來自調質器6出料口溫度傳感器18的溫度信號。這些信號數據經過整理,在控制器23中與程序設定的原始數據進行比較分析,再生成新的反饋數據信息,來調整制粒機1的工作狀態(tài),比如當系統監(jiān)測到制粒機主電機2的電流和調質器6出料口調質后粉料的溫度小于預先設定值,系統將通過

6、模擬I /O 接口22,繼續(xù)控制喂料器電機9和電動蒸汽流量控制閥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,根據喂料量增加或減少的比例來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定的最佳配合模式進行生產,這一反饋控制過程是通過控制器23執(zhí)行一種預先設計的質詢程序實現的。同樣道理,系統監(jiān)測制粒機主電機2的電流狀況,通過控制器23執(zhí)行一種預先設計的二級中斷程序可以及時發(fā)現潛在的堵機可能,并作出控制反應,避免堵機、停機,讓制粒機快速的恢復到正常生產狀態(tài),從而實現了整個系統優(yōu)質、高效的生產目標。2主要控制程序算法2.1質詢程序算法質詢程序的

7、目的是調節(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,盡量讓制粒機主電機2在所設定的滿負荷范圍內工作,從而使制粒機保持較高的作業(yè)效率。在制粒生產工藝過程中,自動控制系統實時監(jiān)控制粒機主電機電流和調質后粉料的溫度,這兩個變量既相對獨立,又相互聯系,相互影響。在一定范圍內,當溫度不變,制粒機主電機電流產生偏差時,則調節(jié)喂料量;同樣,制粒機主電機電流不變,溫度產生偏差時,則應調節(jié)蒸汽添加量。由于溫度在一定范圍內的增加可以提高粉料的熟化度,粉料更加軟化,易于制粒,使制粒機主電機電流減小;而喂料量的增加引起的制粒機主電機電流的增加,同樣也會使溫度有所降低,反之亦然。根據制粒工藝圖1

8、自動控制系統組成1.制粒機;2.制粒機主電機;3.環(huán)模;4.壓輥;5.出料口;6.調質器;7.調質器電機;8.喂料器;9.喂料器電機;10.料斗;11.粉料;12.振動電機;13.料位器;14.蒸汽管;15.電動蒸汽流量控制閥;16.電動液體流量控制閥;17.液體添加管;18.溫度傳感;19.卸料槽;20.卸料槽控制閥;21.數字I /O 接口;22.模擬I /O 接口;23.控制器;24.控制臺;25.外部存儲設備的這些特點可設計質詢程序,如圖2所示。質詢程序主要由負荷閉環(huán)控制回路與溫度閉環(huán)控制回路組成1,負荷閉環(huán)控制回路通過調節(jié)喂料器轉速實現,溫度閉環(huán)控制回路通過調節(jié)蒸汽添加量實現。當制粒

9、機主電機電流達到系統的設定值時,質詢模式被開啟,第一次開啟質詢模式時,檢查喂料器加速標志被清除,程序檢查當前溫度與制粒機主電機電流是否在限定范圍內,如果是,將繼續(xù)觀測當前溫度是否大于等于制粒設置的最佳溫度值,如果成立,說明制粒機已經達到預期狀態(tài),程序結束質詢模式返回;如果不成立,則按照程序設置的增溫量來增加蒸汽添加量,提高調質溫度,并且設置檢測喂料器加速標志。由于提高了調質溫度將使制粒機主電機電流下降到設定值以下,設置檢測喂料器加速標志以后,方便下一次質詢模式開啟后程序開始檢查喂料器加速情況。喂料器是按照程序設置的增量來提高其轉速、增加喂料量的,控制程序以喂料器是否完成其轉速增量為標準,來衡量

10、喂料器是否充分加速,如果喂料器未完成其轉速增量,制粒機主電機電流已經上升到設定值,則確定喂料器未充分加速,程序取消質詢模式返回,制粒機達到預期狀態(tài);如果喂料器完成其轉速增量,制粒機主電機電流還圖2質詢程序流程圖圖3中斷程序流程圖 未恢復到設定值,則確定喂料器已經充分加速,程序清除檢測喂料器加速標志后返回,由于喂料量的增加將會使調質器溫度下降到最佳溫度以下,此時制粒機主電機電流還未恢復到設定值,檢測喂料器加速標志被清除,質詢程序再次被開啟,又從檢查溫度開始,增加蒸汽添加量,重復進行循環(huán),直到溫度上升到最佳溫度,制粒機主電機電流在預期的范圍內,不需要提高喂料器轉速、增加喂料量為止,這時制粒機也就達

11、到了預先設置的理想工作狀況。2.2中斷控制程序算法要使制粒機高效運行,自動控制系統還必須能有效地避免制粒機堵機、停機現象發(fā)生,這可以通過中斷控制程序來完成。中斷控制程序主要通過對制粒機主電機電流的監(jiān)控,來判斷潛在的堵機威脅程度,從而讓控制系統啟動設計好的兩個級別的中斷程序來解決堵機問題。系統通過控制器的硬件中斷時鐘控制系統來決定中斷檢測是否開啟和關閉,然后由中斷標志來決定是否執(zhí)行中斷程序,如圖3所示。如果中斷檢測被開啟,且發(fā)現預期的堵機標志(當制粒機主電機的瞬時電流、平均電流、平均電流偏差和瞬時電流偏差都超出設定值時,系統將確定有預期的堵機發(fā)生,設置堵機標志,程序首先關閉中斷檢測,以方便執(zhí)行以

12、下不同的中斷任務后,在下一次程序流程執(zhí)行相應的中斷恢復程序,然后檢測制粒機是否裝有卸料槽;如果發(fā)現制粒機裝有卸料槽,且排除系統此時處在二級中斷發(fā)生的時間內,程序將執(zhí)行一級中斷程序,先打開卸料槽,將粉料分流到外面,減少進入環(huán)模和壓輥間被制粒的粉料流量,從而減小制粒機主電機的負荷,避免堵機,隨后程序按照預先設定的數據分別減少喂料量、蒸汽添加量和液體添加量,并設置一級中斷恢復程序標志后返回,以便下一個程序流程執(zhí)行一級中斷恢復程序,使制粒機快速恢復到正常生產狀態(tài)。這一級中斷處理程序避免直接關閉喂料器、調質器等設備,相對于二級中斷處理程序減少了解決堵機問題的時間,提高了系統的效率。但是,如果制粒機沒有安

13、裝卸料槽或系統此時處在二級中斷發(fā)生的時間內,控制系統將執(zhí)行二級中斷程序:關閉制粒機主電機以外的所有設備,讓制粒機環(huán)?？辙D,使制粒機主電機負荷快速下降到空載負荷,以解決堵機問題,并且設置二級中斷恢復程序標志后返回,以便下一個程序流程執(zhí)行相應的二級中斷恢復程序,使制粒機恢復到正常生產狀態(tài)。值得說明的是,有時控制系統執(zhí)行一級中斷處理程序及其中斷恢復程序,依然沒有解決堵機問題,將再執(zhí)行二級中斷處理程序,清除一級中斷恢復程序標志且設置二級中斷恢復程序標志后返回,在下一個程序流程將執(zhí)行二級中斷恢復程序,這屬于一級中斷恢復程序算法范疇,一、二級中斷恢復程序算法在此就不再闡述了。二級中斷處理程序分級處理了制粒機潛在的堵機問題,為制粒機堵機情況提供了實時的、最優(yōu)化的解決方案,保證了制粒機可以長時間在設定的理想狀態(tài)下工作。3結束語本文介紹了制粒機自動控制系統的組成與控制原理,以及主要控制程序算法,但由于制粒生產工藝本身比較復雜,在制粒機控制過程中,需