在當(dāng)今國際能源競爭日益激烈，傳統(tǒng)能源面臨枯竭的情況下，開發(fā)可再生的生物質(zhì)能源勢在必行。通過對我國林木生物質(zhì)資源的調(diào)查可知，每年有8～10億t林業(yè)“三剩”（采伐剩余物、造材剩余物、加工剩余物）可作為生物質(zhì)能源的原料。林木生物質(zhì)成型燃料（經(jīng)顆粒機(jī)或者秸稈壓塊機(jī)加工壓制而成）具有熱值較高，燃燒清潔，可替代煤炭，在技術(shù)上易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。
    生物質(zhì)常溫成型技術(shù)是將經(jīng)過粉碎，并具有一定粒度的生物質(zhì)放入擠壓成型機(jī)中，在一定壓力的作用下，制成塊狀物的低能耗加工技術(shù)。其把農(nóng)、林業(yè)的廢棄物轉(zhuǎn)化成能源，使資源得到充分利用，并減少了對環(huán)境的污染。成型燃料可作為生物質(zhì)氣化爐、高效燃燒爐和小型鍋爐的燃料，也可以進(jìn)一步炭化，作為冶金、化工等行業(yè)的還原劑和添加劑等，其具有廣闊的應(yīng)用前景。
1、系統(tǒng)組成及控制原理
1.1系統(tǒng)組成
    成型機(jī)液壓控制系統(tǒng)由PLC控制主機(jī)、液壓傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器（模擬量輸入模塊）、限位開關(guān)、按鈕、電磁閥和觸摸屏等組成，控制系統(tǒng)框圖如圖1所示。

1.2  系統(tǒng)工作原理
 
   成型機(jī)液壓系統(tǒng)工作原理如圖2所示，其主要液壓元件名稱及功能如下。
    ①預(yù)壓油缸：用于將預(yù)壓倉的物料壓縮到主壓倉內(nèi)；
    ②換位油缸：用于原料的壓縮塑型；
    ③主壓油缸：用于將預(yù)壓倉送來的物料最后成型；
    ④增壓油缸：用于增加主壓油缸的壓力；
    ⑤電磁控制閥：用于控制各油缸的運(yùn)動方向；
    ⑥壓力傳感器：安裝于各油缸的進(jìn)油管處，用于測量壓力及進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。
    生物質(zhì)成型機(jī)液壓系統(tǒng)所完成的基本功能如下：電機(jī)帶動螺旋進(jìn)料桿旋轉(zhuǎn)進(jìn)料后，由液壓油控制預(yù)壓油缸壓縮物料；隨后由主壓油缸進(jìn)一步壓縮物料并使其成型；主壓油缸和預(yù)壓油缸回位后，換位油缸帶動成型塊到成型機(jī)的另一端，將壓制好的成型塊送到出料口，在下一循環(huán)中由出料桿將成型塊推出成型機(jī)。
2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1壓力傳感器
    成型機(jī)液壓控制系統(tǒng)對各個油缸的壓力值有嚴(yán)格的要求，如表1所示。
    表1油缸壓力范圍

油缸	壓力范圍（MPa）
預(yù)壓油缸	10～13.5
主壓油缸	10～13.5
增壓油缸	10～40

    根據(jù)系統(tǒng)壓力要求和工作環(huán)境等綜合因素，初步選定的傳感器是美國MSI公司生產(chǎn)的MSP300型不銹鋼壓力傳感器（或變送器），其壓力可高達(dá)70MPa；輸出電壓為毫伏或放大輸出，精度高，工作溫度范圍寬。
2.2限位開關(guān)
    在液壓系統(tǒng)中一共用了10個限位開關(guān)，分別裝在兩邊對稱的預(yù)壓油缸的上位（各一個）、主壓油缸的左／右位（各兩個）、換位油缸的左／右位（各兩個），用來控鍘油缸的運(yùn)動及進(jìn)行報(bào)警控制。具體控制過程如下（各元件代表的標(biāo)號見表2）。
 
    總開關(guān)開啟，預(yù)壓油缸壓下達(dá)到預(yù)設(shè)壓力后停止運(yùn)動；主壓油缸壓下，壓力達(dá)到預(yù)設(shè)總壓力，并且碰到限位開關(guān)SQ2-1(SQ5-1)時油缸停止運(yùn)動，若壓力達(dá)到預(yù)設(shè)值但未碰到限位開關(guān)SQ2-1(SQ5-1)，則報(bào)警，此時全機(jī)停止工作，若已碰到限位開關(guān)SQ2-1（sQ5-1）而壓力未到預(yù)設(shè)值，則繼續(xù)加壓，直至達(dá)到總壓力時油缸停止運(yùn)動；主壓油缸回位，當(dāng)碰到限位開關(guān)SQ2-2( SQ5-2)時，油缸停止運(yùn)動；換位油缸開始運(yùn)動，碰到限位開關(guān)SQ3-1(SQ6-1)時，油缸停止運(yùn)動；預(yù)壓油缸回位，碰到限位開關(guān)SQl-1(SQ4-1)時，油缸停止運(yùn)動；換位油缸回位，碰到限位開關(guān)SQ3-2(SQ6-2)時，油缸停止運(yùn)動；與此同時，進(jìn)料電機(jī)工作，開始進(jìn)料。至此，成型機(jī)完成一次工作過程，進(jìn)行下一個工作循環(huán)。
2.3  PLC及其控制系統(tǒng)
    考慮到成型機(jī)系統(tǒng)的控制要求、輸入和輸出設(shè)備的數(shù)量及PLC可處理的模擬量等因素，我們選用了西門子的PLC。由于成型機(jī)系統(tǒng)不需要過多的I/O點(diǎn)，并且需要模擬量模塊的擴(kuò)展以及人機(jī)界面的信號傳輸。本著降低成本的設(shè)計(jì)原則，PLC選用了SIMATIC S7-200 CPU266，并采用EM235模擬量輸入，輸出模塊處理傳感器采集到的電壓信號。
2.4  PLC的I/O口定義
    根據(jù)PLC的選擇和控制要求分析，PLC的輸入信號有14路，輸出信號有10路。具體定義如表2所示。
3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
    使用STEP7-Micro，WIN編程軟件對系統(tǒng)控制過程進(jìn)行編程（程序清單省略），其流程圖如圖3所示。

    ①實(shí)現(xiàn)自動控制。當(dāng)系統(tǒng)總開關(guān)及自動控制開關(guān)打開后，系統(tǒng)就完全處于自動工作過程。首先檢查各個油缸是否到位，開始進(jìn)料（時間設(shè)定為2～3s），隨后預(yù)壓油缸推進(jìn)，當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定值時停止，此時主壓油缸推進(jìn)，當(dāng)達(dá)到壓力設(shè)定值時（如果主壓油缸壓力達(dá)不到，則由增壓油缸加壓），檢查主壓油缸是否到位，如果沒有到位，則報(bào)警，全機(jī)停止工作并輸出故障報(bào)告；如果到位，則主壓油缸停止加壓，開始回位，由傳感器檢測到位后停止，然后預(yù)壓油缸開始回位，由傳感器檢測到位后停止，此時，液壓馬達(dá)開始工作（即供料）。時間設(shè)定為2～3s，同時換位油缸開始換位，由傳感器檢測到位后停止，如此循環(huán)下去。當(dāng)按下停機(jī)開關(guān)時，全機(jī)停止工作。
    ②實(shí)現(xiàn)手動控制。當(dāng)系統(tǒng)總開關(guān)及手動控制開關(guān)打開后，系統(tǒng)并不自動運(yùn)行，而要通過手動控制各按鈕來實(shí)現(xiàn)各個油缸的動作（推進(jìn)或回位）和液壓馬達(dá)的動作（即供料），且各個油缸的動作互不干擾，單獨(dú)運(yùn)行。手動控制過程還可用于實(shí)現(xiàn)單步檢測系統(tǒng)故障。
4故障檢測設(shè)計(jì)
    在成型機(jī)液壓控制系統(tǒng)中，必須保證所壓原料達(dá)到指定位置才能進(jìn)行切割，因此在主壓油缸的壓入位安裝一個壓力傳感器和一個限位開關(guān)，同時控制主壓油缸的壓力和位置。當(dāng)主壓油缸壓力達(dá)到預(yù)設(shè)總壓力值但還未接觸到限位開關(guān)，此時系統(tǒng)出現(xiàn)故障，報(bào)警，機(jī)器停止運(yùn)行，檢查故障，并做出相應(yīng)的調(diào)整。
5結(jié)束語
    本文的創(chuàng)新點(diǎn)是將PLC與傳感器技術(shù)相結(jié)合，并使用觸摸屏，改善了原始的機(jī)械手動控制成型機(jī)系統(tǒng)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的自動化和可視化，同時減少了勞動時間，降低了勞動成本，大大提高了系統(tǒng)的工作效率，具有廣闊的應(yīng)用前景。
    三門峽富通新能源主要生產(chǎn)銷售擠壓式環(huán)模顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)、飼料顆粒機(jī)等生物質(zhì)燃料飼料成型機(jī)械設(shè)備。