环模制粒机自动控制系统

1、环模制粒机是饲料厂的关键设备,目前国内的制粒机大多采用人工控制,这种操作方法主要有以下三个方面的缺点:颗粒饲料质量不稳定:人工操作制粒机,在实际生产过程中不能实时、快速地监控和调节喂料量、蒸汽添加量、液体添加量等影响颗粒质量的关键因素,造成颗粒饲料的光洁度、色泽、粉化率、水中稳定性等质量指标不稳定,质量下降1;制粒机产量低,单位制粒能耗大:在实际生产过程中,制粒机操作工为了避免制粒机环模堵塞、打滑和停机现象,通常使制粒机主电机的实际工作电流远小于其满载负荷,以牺牲产量的代价来换取制粒机长期安全、可靠的运行,这样必然导致产量下降,单位能耗及成本增加1。需要人工守候操作,工作条件差、劳动强度大:制

2、粒机现场高温、高噪声,环境恶劣,工作过程中制粒机操作工处于频繁地取样和调整设备的状态,还需要解决制粒机堵机、打滑等问题,劳动强度较大。制粒机自动控制系统的主要优点是:可实现无人守候操作,当生产过程中喂料量、蒸汽添加量、液体添加量受到各种因素扰动,实际控制值与预期设定值产生偏差时,智能自动控制系统能连续、快速地修正这些偏差,实现喂料量、蒸汽添加量、液体添加量以最佳配合模式进行生产,保证产品质量,同时能有效地避免了堵机现象,让制粒机尽可能在满负荷的工况下工作,保证制粒系统达到最佳的生产效益。1制粒机自动控制系统的组成及控制原理如图1所示,制粒机自动控制系统主要由数字I/O接口21、模拟I/O接口2

3、2、控制器23、控制台24、外部存储设备25以及各种传感器、控制阀组成,其中数字I/O接口21、模拟I/O接口22与控制器23可以由P L C控制中心代替2。控制器23负责执行程序,对来自数字I/O接口21、模拟I/O接口22的数据进行运算分析,并向其发送控制指令,数字I/O 接口21负责数字量的输入与输出,模拟I/O接口22负责模拟量的输入与输出,传感器负责向数字I/O 接口21和模拟I/O接口22输送数字或模拟信号,各种控制阀负责执行来自数字I/O接口21或模拟I/O 接口22的操作意图,外部存储设备25可实现外部数据与控制系统之间的数据交换,控制台24通常包括一个显示器和键盘,方便进行人

4、机对话。制粒机工作时,由操作员通过控制台24输入初始数据,发出开机命令,控制器开始执行程序。程序一般先检测料斗10是否有粉料11,该信号由数字I/O接口21通过料位传感器13获得,如果没有,将由程序提醒操作员,如果有,系统将通过数字I/O 接口21,按程序关闭卸料槽控制阀20,依次启动制环模制粒机自动控制系统摘要关键词本文介绍了环模制粒机的自动控制系统,重点阐述了自动控制系统的组成、控制原理以及主要控制程序算法,为改善环模制粒机的自动控制水平提供技术参考。饲料机械制粒机自动控制程序王斌斌(广东省农业机械研究所广东广州510630 粒机主电机2、调质器电机7,然后按照程序设置的数据,由模拟I /

5、O 接口22输出模拟信号执行以下操作:控制变频器(图中未标出开启喂料器电机9并逐步提高其转速,增大喂料量。开启电动蒸汽流量控制阀15,逐步增加其开口度的大小,增加蒸汽添加量。开启电动液体流量控制阀16,逐步增加其开口度的大小,增加液体添加量,同时程序还将通过模拟I /O 接口22实时监控来自制粒机主电机2交流电传感器(图中未标出的电流信号和来自调质器6出料口温度传感器18的温度信号。这些信号数据经过整理,在控制器23中与程序设定的原始数据进行比较分析,再生成新的反馈数据信息,来调整制粒机1的工作状态,比如当系统监测到制粒机主电机2的电流和调质器6出料口调质后粉料的温度小于预先设定值,系统将通过

6、模拟I /O 接口22,继续控制喂料器电机9和电动蒸汽流量控制阀15,分别增加喂料量和蒸汽添加量,反之则减少喂料量和蒸汽添加量;与此同时,根据喂料量增加或减少的比例来控制液体添加量增加或减少的幅度,直到喂料量、蒸汽添加量、液体添加量按程序设定的最佳配合模式进行生产,这一反馈控制过程是通过控制器23执行一种预先设计的质询程序实现的。同样道理,系统监测制粒机主电机2的电流状况,通过控制器23执行一种预先设计的二级中断程序可以及时发现潜在的堵机可能,并作出控制反应,避免堵机、停机,让制粒机快速的恢复到正常生产状态,从而实现了整个系统优质、高效的生产目标。2主要控制程序算法2.1质询程序算法质询程序的

7、目的是调节合理的喂料量与蒸汽添加量,在保证制粒前粉料所需要的合理温度的同时,尽量让制粒机主电机2在所设定的满负荷范围内工作,从而使制粒机保持较高的作业效率。在制粒生产工艺过程中,自动控制系统实时监控制粒机主电机电流和调质后粉料的温度,这两个变量既相对独立,又相互联系,相互影响。在一定范围内,当温度不变,制粒机主电机电流产生偏差时,则调节喂料量;同样,制粒机主电机电流不变,温度产生偏差时,则应调节蒸汽添加量。由于温度在一定范围内的增加可以提高粉料的熟化度,粉料更加软化,易于制粒,使制粒机主电机电流减小;而喂料量的增加引起的制粒机主电机电流的增加,同样也会使温度有所降低,反之亦然。根据制粒工艺图1

8、自动控制系统组成1.制粒机;2.制粒机主电机;3.环模;4.压辊;5.出料口;6.调质器;7.调质器电机;8.喂料器;9.喂料器电机;10.料斗;11.粉料;12.振动电机;13.料位器;14.蒸汽管;15.电动蒸汽流量控制阀;16.电动液体流量控制阀;17.液体添加管;18.温度传感;19.卸料槽;20.卸料槽控制阀;21.数字I /O 接口;22.模拟I /O 接口;23.控制器;24.控制台;25.外部存储设备的这些特点可设计质询程序,如图2所示。质询程序主要由负荷闭环控制回路与温度闭环控制回路组成1,负荷闭环控制回路通过调节喂料器转速实现,温度闭环控制回路通过调节蒸汽添加量实现。当制粒

9、机主电机电流达到系统的设定值时,质询模式被开启,第一次开启质询模式时,检查喂料器加速标志被清除,程序检查当前温度与制粒机主电机电流是否在限定范围内,如果是,将继续观测当前温度是否大于等于制粒设置的最佳温度值,如果成立,说明制粒机已经达到预期状态,程序结束质询模式返回;如果不成立,则按照程序设置的增温量来增加蒸汽添加量,提高调质温度,并且设置检测喂料器加速标志。由于提高了调质温度将使制粒机主电机电流下降到设定值以下,设置检测喂料器加速标志以后,方便下一次质询模式开启后程序开始检查喂料器加速情况。喂料器是按照程序设置的增量来提高其转速、增加喂料量的,控制程序以喂料器是否完成其转速增量为标准,来衡量

10、喂料器是否充分加速,如果喂料器未完成其转速增量,制粒机主电机电流已经上升到设定值,则确定喂料器未充分加速,程序取消质询模式返回,制粒机达到预期状态;如果喂料器完成其转速增量,制粒机主电机电流还图2质询程序流程图图3中断程序流程图 未恢复到设定值,则确定喂料器已经充分加速,程序清除检测喂料器加速标志后返回,由于喂料量的增加将会使调质器温度下降到最佳温度以下,此时制粒机主电机电流还未恢复到设定值,检测喂料器加速标志被清除,质询程序再次被开启,又从检查温度开始,增加蒸汽添加量,重复进行循环,直到温度上升到最佳温度,制粒机主电机电流在预期的范围内,不需要提高喂料器转速、增加喂料量为止,这时制粒机也就达

11、到了预先设置的理想工作状况。2.2中断控制程序算法要使制粒机高效运行,自动控制系统还必须能有效地避免制粒机堵机、停机现象发生,这可以通过中断控制程序来完成。中断控制程序主要通过对制粒机主电机电流的监控,来判断潜在的堵机威胁程度,从而让控制系统启动设计好的两个级别的中断程序来解决堵机问题。系统通过控制器的硬件中断时钟控制系统来决定中断检测是否开启和关闭,然后由中断标志来决定是否执行中断程序,如图3所示。如果中断检测被开启,且发现预期的堵机标志(当制粒机主电机的瞬时电流、平均电流、平均电流偏差和瞬时电流偏差都超出设定值时,系统将确定有预期的堵机发生,设置堵机标志,程序首先关闭中断检测,以方便执行以

12、下不同的中断任务后,在下一次程序流程执行相应的中断恢复程序,然后检测制粒机是否装有卸料槽;如果发现制粒机装有卸料槽,且排除系统此时处在二级中断发生的时间内,程序将执行一级中断程序,先打开卸料槽,将粉料分流到外面,减少进入环模和压辊间被制粒的粉料流量,从而减小制粒机主电机的负荷,避免堵机,随后程序按照预先设定的数据分别减少喂料量、蒸汽添加量和液体添加量,并设置一级中断恢复程序标志后返回,以便下一个程序流程执行一级中断恢复程序,使制粒机快速恢复到正常生产状态。这一级中断处理程序避免直接关闭喂料器、调质器等设备,相对于二级中断处理程序减少了解决堵机问题的时间,提高了系统的效率。但是,如果制粒机没有安

13、装卸料槽或系统此时处在二级中断发生的时间内,控制系统将执行二级中断程序:关闭制粒机主电机以外的所有设备,让制粒机环模空转,使制粒机主电机负荷快速下降到空载负荷,以解决堵机问题,并且设置二级中断恢复程序标志后返回,以便下一个程序流程执行相应的二级中断恢复程序,使制粒机恢复到正常生产状态。值得说明的是,有时控制系统执行一级中断处理程序及其中断恢复程序,依然没有解决堵机问题,将再执行二级中断处理程序,清除一级中断恢复程序标志且设置二级中断恢复程序标志后返回,在下一个程序流程将执行二级中断恢复程序,这属于一级中断恢复程序算法范畴,一、二级中断恢复程序算法在此就不再阐述了。二级中断处理程序分级处理了制粒机潜在的堵机问题,为制粒机堵机情况提供了实时的、最优化的解决方案,保证了制粒机可以长时间在设定的理想状态下工作。3结束语本文介绍了制粒机自动控制系统的组成与控制原理,以及主要控制程序算法,但由于制粒生产工艺本身比较复杂,在制粒机控制过程中,需