秸稈成型過程中物料的特性是影響秸稈塑性、強(qiáng)度、耐磨性的重要原因之一，目前對(duì)秸稈原料的處理，多集中在秸稈濕度及物理特性（粉碎程度）上，對(duì)秸稈溫度多未加以處理。調(diào)質(zhì)室是秸稈立式環(huán)模成型顆粒機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，用以調(diào)節(jié)秸稈原料的溫度，使物料特性處在有利成型狀態(tài)。通過可編程邏輯控制器（programmable logic controller，PLC）及其中集成的PID控制器對(duì)檢測溫度與設(shè)定溫度進(jìn)行比較、運(yùn)算，輸出最佳控制信號(hào)，控制蒸汽比例調(diào)節(jié)閥開度控制蒸汽流量，以使調(diào)質(zhì)溫度最優(yōu)化。使秸稈塑性、強(qiáng)度、耐磨性處在成型最優(yōu)狀態(tài)，以便成型。系統(tǒng)既克服人為動(dòng)作帶來的延遲和不準(zhǔn)確性，也提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。提高成型顆粒燃料質(zhì)量和降低成型能耗，給秸稈成型產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了一定的幫助。
1、秸稈立式環(huán)模成型顆粒機(jī)工作原理秸稈立式環(huán)模成型顆粒機(jī)是模輥式成型顆粒機(jī)中的一種，其結(jié)構(gòu)如圖l。在通電狀態(tài)下，主電機(jī)工作，皮帶輪帶動(dòng)主軸上的壓輥機(jī)構(gòu)工作，物料進(jìn)入到制粒器中，物料在壓輪和物料間的擠壓摩擦力作用下進(jìn)入到模孔中，在模孔壁和物料間，壓輥和物料間的力作用下形成一定的形狀，在環(huán)模外部，利用切刀將成型后的物料切成理想長度得到成型顆粒燃料。
2、秸稈成型顆粒機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
在秸稈成型過程中，影響物料的成型質(zhì)量和系統(tǒng)能耗的原因很多，調(diào)質(zhì)室溫度是影響秸稈成型顆粒機(jī)成型顆粒燃料質(zhì)量和工作效率主要原因之一。秸稈成型過程是秸稈物料受力發(fā)生彈、塑性變形的過程，適宜的溫度可大大提高原料的塑性，有利于秸稈成型。過高的溫度會(huì)降低秸稈的強(qiáng)度和耐磨性，溫度過低使秸稈不能很好的成型，增大成型顆粒機(jī)的能耗。對(duì)調(diào)質(zhì)室溫度進(jìn)行自動(dòng)控制，可減少人為動(dòng)作帶來的誤差，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低能耗。
2.1硬件設(shè)計(jì)
依據(jù)物料調(diào)質(zhì)室溫度的變化范圍（50～100℃），選擇正溫度系數(shù)的熱敏鉑電阻Pt100溫度傳感器來對(duì)調(diào)質(zhì)室出口處的溫度進(jìn)行檢測，具有測量誤差小、反應(yīng)迅速、抗震性和穩(wěn)定性好。為消除引線線路帶來的測量誤差，傳感器采用三線式連接。
控制系統(tǒng)選用西門子公司S7 -200繼電器輸出CPU226型PLC，它具有性能／價(jià)格比高，24/16點(diǎn)輸入輸出，可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)，并集成了PID控制器。
采用EM235模擬量擴(kuò)展模塊，實(shí)現(xiàn)4路模擬量輸入或1路模擬量輸出，用以轉(zhuǎn)換溫度傳感器的模擬量信號(hào)。2路模擬量輸擴(kuò)展模塊EM232進(jìn)行模擬量輸出，完成對(duì)PLC輸出值的D/A轉(zhuǎn)換。輸入輸出模塊均采用PLC內(nèi)部的DC 24V電源供電。為提高對(duì)調(diào)質(zhì)室溫度控制的精確性，克服手動(dòng)帶來的調(diào)節(jié)延遲，選擇電動(dòng)式DN15 -200常溫型比例蒸汽調(diào)節(jié)閥，其工作原理為通過輸入電流信號(hào)的大小來調(diào)節(jié)控制閥開度從而調(diào)節(jié)蒸汽流量，控制調(diào)質(zhì)室溫度。采用AC 220V電源供電。聲光報(bào)警器用作溫度過低或過高情況進(jìn)行報(bào)警。圖3為溫度控制系統(tǒng)外部連接電路圖。
2.2軟件設(shè)計(jì)
運(yùn)用西門子公司為S7 -200系列PLC開發(fā)的STEly7 -Micro/WIN編程軟件來對(duì)PLC進(jìn)行梯形圖編程，同時(shí)此編程軟件還具有PID自整定功能，可整定得出合理的PID參數(shù)，提高系統(tǒng)動(dòng)作靈敏性、控制精度及減少靜差。
一般情況下，調(diào)質(zhì)室溫度在80℃左右有利于物料的成型。在系統(tǒng)中，調(diào)質(zhì)室溫度主要跟蒸汽性質(zhì)和喂料量有關(guān)，其中蒸汽由鍋爐供給，蒸汽性質(zhì)主要表現(xiàn)在蒸汽中參雜的礦物質(zhì)雜質(zhì)和水外，還與蒸汽存儲(chǔ)的熱量不同，蒸汽中的雜質(zhì)通過蒸汽產(chǎn)生系統(tǒng)對(duì)水進(jìn)行凈化和對(duì)鍋爐進(jìn)行定時(shí)清洗來去除，溫度控制回路中的負(fù)反饋調(diào)節(jié)可克服蒸汽攜水量和儲(chǔ)熱量變化帶來的干擾。在喂料量一定的情況下，設(shè)定溫度比較值為80℃，設(shè)定78～82℃為調(diào)質(zhì)室溫度的變化范圍，調(diào)節(jié)閥最大、最小開度溫度設(shè)置為72℃和88℃。在工程過程控制中，比例調(diào)節(jié)閥的開度在20%～70%最為理想，正常工作狀態(tài)下，調(diào)節(jié)閥的開度為50%左右，此處設(shè)定控制閥正常工作時(shí)開度為50%。
2.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
使用Visual Basic 6.0軟件對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)合Access 2003數(shù)據(jù)庫對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示及查詢。對(duì)設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，仿真系統(tǒng)的功能是輸人生物質(zhì)的種類、含水率和成型后的密度，點(diǎn)擊數(shù)值計(jì)算，系統(tǒng)將輸出成型壓力和成型溫度值來對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比研究。
對(duì)仿真系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)原料選定含水率為18%的10 kg玉米秸稈，成型顆粒燃料密度設(shè)定為1.2g/cm3，分別對(duì)未加溫度控制系統(tǒng)的成型設(shè)備和進(jìn)行調(diào)質(zhì)室溫度控制系統(tǒng)的成型設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
由表1中可以看出，在加溫度控制情況下，成型顆粒燃料的密度和能耗均得到改善。成型能耗降低為原來的68.7%，成型設(shè)備的生產(chǎn)率提高了約36.8%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)調(diào)質(zhì)室溫度進(jìn)行控制有一定研究的價(jià)值。
3、結(jié)論
立式環(huán)模成型顆粒機(jī)溫度控制系統(tǒng)可提高秸稈成型產(chǎn)品的質(zhì)量和降低能耗。
3.1通過在調(diào)質(zhì)室出口處4個(gè)方向上安裝溫度傳感器來檢測出口處的溫度，Pt100將溫度采樣值輸出給EM235模塊，PLC編程對(duì)溫度求取平均值，當(dāng)溫度在設(shè)定的最小開度值和最大開度值之外時(shí)，控制閥處在最小開度和最大開度狀態(tài)同時(shí)聲光報(bào)警器工作；溫度在設(shè)定允許的變化范圍時(shí)，調(diào)節(jié)閥處在半開狀態(tài)；當(dāng)溫度在最小開度到允許控制下限或是允許控制上限到最大開度值之間時(shí)，檢測到的溫度平均值與設(shè)定溫度值80℃的比較，形成偏差值，通過PID控制器計(jì)算輸出來控制調(diào)節(jié)閥開度大小從而調(diào)節(jié)蒸汽流量，實(shí)現(xiàn)調(diào)質(zhì)溫度的調(diào)節(jié)。
3.2該系統(tǒng)對(duì)物料的調(diào)質(zhì)室溫度進(jìn)行自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)了調(diào)質(zhì)室溫度的實(shí)時(shí)檢測和控制。有效克服了人工調(diào)節(jié)溫度帶來的延遲、不準(zhǔn)確性。將秸稈成型顆粒燃料生產(chǎn)率提高了36.8%，能耗降低為原來的68.7%。但由于系統(tǒng)工作的環(huán)境存在差異性，需要進(jìn)行進(jìn)一步的生產(chǎn)驗(yàn)證，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，得出更符合生產(chǎn)的溫度控制系統(tǒng)。
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