糠壳炉控制系统的设计

1、糠壳炉控制系统的设计摘要：糠壳炉主要用于米厂烘干系统，为烘干机提供 稳定的热源。介绍了糠壳炉控制系统的总体框架、各个模块 和工作流程。上位机采用C#基于VS2008开发环境进行设计， 下位机基于 MD88 模块进行控制和状态监测， 并采用热电偶 和温度传感器对炉温和水温进行实时检测。控制方式包括手 动控制和自动控制两种，自动控制下能够实现无人值守，系 统稳定可靠。关键词：糠壳炉；上位机；自动控制；无人值守 中图分类号： TP273+.5 文献标识码： A 文章编号： 0439-8114（2018）12-0106-03DOI ：Abstract ： Bran shell furnace is m

2、ainly used in drying system of rice factory. It provides stable heat source for the drying system. This paper has introduced the overall frame ， module and workflow of the control system of bran shell furnace. The upper computer software is designed based on the VS2008 development environment. The l

3、ower computer is based on the MD88 module for control and state monitoring ， and the thermocouple and temperature sensor are used for real-time detection of the furnace temperature and water temperature. Control methods include manual control and automatic control. Automatic control can achieve unat

4、tended.This system is stable and reliable.Key words ： bran shell furnace ； upper computer； automatic control ； unattended炉子作为米厂烘干系统的热源供给系统，在烘干过程中 承担着非常重要的角色。传统的炉子自动化程度不高，大多 靠手动去控制，并根据人工经验去判断燃烧情况。这样就会 造成人工成本增加，并且人工判断有时会出现失误，造成不 必要的损失。传统炉子大多采用煤作为燃料供给，而米厂在 稻谷处理的过程中会产生大量的稻壳，这些稻壳正好可以用 来作为燃料，能够节省原料成本。糠壳炉为

5、米厂烘干系统提 供热源，并采用智能化的控制方法，为米厂节省了大量的人 工和燃料成本。该系统采用 MD88 模块作为控制单元下位机， 采用标准 的 Modbus 协议。检测炉温和水温采用热电偶和温度传感器。 控制引风机和下料口振动电机采用变频器，能够很好地调节 风量及下料频率。上位机采用 C# 开发，开发环境基于 VS2008，数据库系统采用 SQLserver2008。上位机能够实现 参数设定、状态监测、数据读取和保存、设备控制、故障报 警等功能，集过程控制和科学管理于一体，具有可靠性高、 控制性能优越等特点，得到操作人员的认可。1 总体设计及功能概要 糠壳炉控制系统包括上位机控制软件、 MD

6、88 模块、传 感器感知模块、 变频控制模块。 通过各个模块的分工和配合， 实现对整个系统的控制。1.1 上位机控制软件上位机控制软件采用 C#开发，软件设计简单、易操作。在界面上能够对各个设备进行单个控制和监测，这些设备包 括水泵、关风器、引风机、鼓风机、点火器和振动电机。控 制软件能够对各个传感器进行实时检测，检测数据包括进水 口温度、出水口温度和烟道温度。在进行自动控制前，要先 对相关参数进行设置，设置的参数包括点火器关闭温度、点 火器重新开启温度、振动电机开启温度、开始减料温度、振 动电机启动频率、最大进料频率、引风机启动频率、引风机 过渡频率、引风机稳定频率。软件还具有一键点火和一键

7、关 火功能，一键点火后，系统进入自动控制程序，无需人工干 预。软件还具备报警功能，当设备发生故障或出现其他异常 时，软件会报警并自动关闭系统。1.2 MD88 模块MD88 模块上面与上位机连接，接收上位机的命令，下 面与各个设备连接，对各个设备发送命令并接收反馈信息。 MD88 模块采用标准的 Modbus 通信协议，能够接受上位机 的指令，输出口外接继电器，然后再和设备连接。 MD88 模 块连接的设备包括水泵、关风器、鼓风机和点火器。1.3 传感器感知模块传感器感知模 ?K 包括进水口温度传感器、 出水口温度传 感器、烟道温度传感器和数据采集模块。出水口温度和烟道 温度是糠壳炉控制系统中

8、最重要的两个参考数据，上位机软 件会根据检测到的出水口温度和烟道温度，改变输出的引风 机频率和振动电机频率。数据采集模块将采集到的模拟信号 转换为数字信号，并与上位机保持通信。1.4 变频器控制模块 变频器控制模块包括引风机、振动电机和两台变频器， 变频器直接和上位机进行通信。通过变频器能够对引风机和 振动电机进行无间隔连续性地调节。引风机一方面通过往炉 体吹入大量空气助燃，另一方面将炉体内的稻壳吹散使稻壳 更充分地燃烧，风量过大稻壳燃烧充分，但是炉体大量热量 也会被带走，风量过小就会导致稻壳燃烧不充分。振动电机 控制着稻壳的下料速度，在自动控制过程中，不同阶段会设 定不同的振动频率。2 系统

9、自动控制流程 在系统开启过程中，首先 打开关风器、鼓风机和点火器，约 10 s后，打开引风机，引 风机变频器频率设定为起始频率，当炉温达到振动电机开启 温度，振动电机启动，同时设定振动电机频率为启动频率， 并设定引风机变频器频率为过渡频率。当炉温达到260 C, 关闭点火器，当炉温上升到 300 C,开启水泵。当炉温达到 400 C,设定引风机变频器频率为稳定频率。随着炉温上升，出水口温度也在上升，系统不断地检测并判断炉温和出水口温度。当出水口温度大于 88 C并且烟 道温度小于800 C,振动电机变频器频率减 1,若出水口温 度继续上升至92 C,振动电机变频器频率再减 1，若出水 口温度达

10、到94 C,关闭振动电机和引风机。当炉温达到800 C并且出水口温度大于 88 C,振动电机变频器频率减2,炉温若继续上升至 850 C,关闭振动电机和引风机。在燃烧过程中，若是炉温和水温同时降低，当炉温在重新点火温度和800 C间，并且出水口温度在 88 C以下，振 动电机变频器频率会被恢复为起始频率,同时系统会检测振 动电机和引风机是否被关闭,若被关闭再重新启动。若是炉 温继续下降,当温度降到点火器重新开启温度（默认为200 C）,振？拥缁？变频器频率加1。在系统关闭过程中，首先关闭点火器和振动电机，然后设定引风机变频器频率为 50 Hz,当炉温低于120 C时，关 闭引风机、鼓风机、关风

11、器和水泵。3 糠壳炉控制系统的硬件设计 硬件系统在整个系统中起着非常关键的作用，良好的硬 件设计将为整个系统的顺利开发和后续控制功能的拓展奠 定基础。糠壳炉控制系统的硬件设计包括设备控制及监测系统的设计、 变频器控制系统的设计、 传感器采集系统的设计、 电路保护系统的设计等，糠壳炉控制系统的硬件组成如图 1所示。主要用到的硬件设备包括工业控制计算机、 MD88 模 块、继电器、数据采集模块、热电偶、温度传感器、变频器、 水泵、点火器、鼓风机、引风机、关风器、振动电机等。3.1 A/D 转换模块及传感器系统 该系统选用的数据采集模块为 JTA108RM 型号的 8 通道 数据采集模块，输入信号为

12、 420 mA，通信方式采用485 通信，采用 Modbus 通信协议。进水口和出水口传感器选用 同样的型号 KEENYODA 传感器，能够测量的水温范围是 0 200 C,将测量的温度信号转换为 420 mA的电流信号。 采用的热电偶为铠装热电偶，测量范围时-2001 300 C,用于测量炉体内的温度。3.2 MD88 模块控制系统MD88 模块采用 12 V 供电， 8 通道开关量输出，并且有 输入寄存器，可以将设备的当前状态反馈回来。 MD88 控制 系统还配合继电器进行控制，每一路输出都连接一个继电 器，然后再连接设备。通信协议采用标准的 Modbus 协议， 写寄存器请求和读寄存器请

13、求协议格式分别如表 1 和表 2 所 示。3.3 变频器该系统变频器选用 JF1000G 系列高性能矢量型变频器，该款变频器输出频率在 0600 Hz范围内，控制方式采用无PG 矢量控制、 V/F 控制，速度控制精度在正负0.5%。频率设定方式有 4 种：数字设定、模拟量设定、串行通信设定和 PID 设定。变频器和上位机采用 485 通信，通信协议采用 Modbus 协议。4 糠壳炉控制系统的软件设计 上位机软件设计是整个控制系统的关键所在，所有的控 制算法和操作都在上位机软件完成。软件控制方式有两种： 手动控制和自动控制。手动控制可以对各个设备进行单独操 作，自动控制是一键点火后，所有操作都

14、由软件自己完成。 上位机软件设计分为参数设置、串口设计、设备控制设计、 数据采集设计、 自动控制设计和故障报警设计， 如图 2 所示。4.1 串口设计该软件是在 Visual Studio 2008 环境下开发设计的， 该开 发环境有自带的串口控件 SerialPort ，该软件是基于 SerialPort 控件与下位机进行通信的。串口所要配置的参数包括串口 号、波特率、校验位、数据位、停止位。该软件总共用 4 个串口与设备进行通信，其中水泵、关 风器等设备采用串口一， 热电偶、 温度传感器等采用串口二， 引风机采用串口三，振动电机采用串口四。串口自检功能是为了方便操作人员识别串口设计的，当

15、点击串口自检按钮，进入串口检测环节，系统将每个设备对应的串口号检测出来，操作人员再手动设置。4.2 故障报警设计 系统在运行过程中，如果出现设备故障或传感器数据异 常，会发出报警信号并进入关火流程， 烟道温度或水温过高， 也会发出报警信号并进入关火流程。在运行过程中的任何环 节出现异常，都会发出报警信号并进入关火流程。报警信息 如表 3 所示。5 小结 糠壳炉控制系统的设计充分考虑了米厂的实际需求，不 仅能够对各个设备状态和数据参数进行监测和处理，还能够 自动调节炉温，大大降低了人工成本。该系统还具备故障报 警功能， 提高了系统的安全可靠性。 上位机界面简单易操作， 整个系统稳定可靠。参考文献：1 刘国光