制粒機(jī)顆粒機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是：可實(shí)現(xiàn)無(wú)人守候操作，當(dāng)生產(chǎn)過(guò)程中喂料量、蒸汽添加量、液體添加量受到各種因素?cái)_動(dòng)，實(shí)際控制值與預(yù)期設(shè)定值產(chǎn)生偏差時(shí)，智能自動(dòng)控制系統(tǒng)能連續(xù)、快速地修正這些偏差，實(shí)現(xiàn)喂料量、蒸汽添加量、液體添加量以最佳配合模式進(jìn)行生產(chǎn)，保證產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)能有效地避免了堵機(jī)現(xiàn)象，讓制粒機(jī)顆粒機(jī)盡可能在滿負(fù)荷的工況下工作，保證制粒系統(tǒng)達(dá)到最佳的生產(chǎn)效益。
1、制粒機(jī)顆粒機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及控制原理
如圖1所示，制粒機(jī)顆粒機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由數(shù)字I/O接口21、模擬I/O接口22、控制器23、控制臺(tái)24、外部存儲(chǔ)設(shè)備25以及各種傳感器、控制閥組成，其中數(shù)字I/O接口21、模擬I/O接口22與控制器23可以由PLC控制中心代替�？刂破�23負(fù)責(zé)執(zhí)行程序，對(duì)來(lái)自數(shù)字I/O接口21、模擬I/O接口22的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算分析，并向其發(fā)送控制指令，數(shù)字I／0接口21負(fù)責(zé)數(shù)字量的輸入與輸出，模擬I/O接口22負(fù)責(zé)模擬量的輸入與輸出，傳感器負(fù)責(zé)向數(shù)字I／O接口21和模擬I/O接口22輸送數(shù)字或模擬信號(hào)，各種控制閥負(fù)責(zé)執(zhí)行來(lái)自數(shù)字I／0接口21或模擬I／0接口22的操作意圖，外部存儲(chǔ)設(shè)備2 5可實(shí)現(xiàn)外部數(shù)據(jù)與控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換，控制臺(tái)24通常包括一個(gè)顯示器和鍵盤，方便進(jìn)行人機(jī)對(duì)話。
制粒機(jī)顆粒機(jī)工作時(shí)，由操作員通過(guò)控制臺(tái)24輸入初始數(shù)據(jù)，發(fā)出開(kāi)機(jī)命令，控制器開(kāi)始執(zhí)行程序。程序一般先檢測(cè)料斗10是否有粉料11，該信號(hào)由數(shù)字I/O接口21通過(guò)料位傳感器1 3獲得，如果沒(méi)有，將由程序提醒操作員，如果有，系統(tǒng)將通過(guò)數(shù)字I／0接口21，按程序關(guān)閉卸料槽控制閥20，依次啟動(dòng)制粒機(jī)顆粒機(jī)主電機(jī)2、調(diào)質(zhì)器電機(jī)7，然后按照程序設(shè)置的數(shù)據(jù)，由模擬I/O接口22輸出模擬信號(hào)執(zhí)行以下操作：①控制變頻器（圖中未標(biāo)出）開(kāi)啟喂料器電機(jī)9并逐步提高其轉(zhuǎn)速，增大喂料量。②開(kāi)啟電動(dòng)蒸汽流量控制閥15，逐步增加其開(kāi)口度的大小，增加蒸汽添加量。③開(kāi)啟電動(dòng)液體流量控制閥1 6，逐步增加其開(kāi)口度的大小，增加液體添加量，同時(shí)程序還將通過(guò)模擬I/O接口22實(shí)時(shí)監(jiān)控來(lái)自制粒機(jī)顆粒機(jī)主電機(jī)2交流電傳感器（圖中未標(biāo)出）的電流信號(hào)和來(lái)自調(diào)質(zhì)器6出料口溫度傳感器18的溫度信號(hào)。這些信號(hào)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)整理，在控制器23中與程序設(shè)定的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，再生成新的反饋數(shù)據(jù)信息，來(lái)調(diào)整制粒機(jī)顆粒機(jī)l的工作狀態(tài)，比如當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到制粒機(jī)顆粒機(jī)主電機(jī)2的電流和調(diào)質(zhì)器6出料口調(diào)質(zhì)后粉料的溫度小于預(yù)先設(shè)定值，系統(tǒng)將通過(guò)模擬I／0接口22，繼續(xù)控制喂料器電機(jī)9和電動(dòng)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(shí)，根據(jù)喂料量增加或減少的比例來(lái)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(shè)定的最佳配合模式進(jìn)行生產(chǎn)，這一反饋控制程是通過(guò)控制器‘23執(zhí)行一種預(yù)先設(shè)計(jì)的質(zhì)詢程序?qū)崿F(xiàn)的。同樣道理，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)制粒機(jī)顆粒機(jī)主電機(jī)2的電流狀況，通過(guò)控制器23執(zhí)行一種預(yù)先設(shè)計(jì)的二級(jí)中斷程序可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的堵機(jī)可能，并作出控制反應(yīng)，避免堵機(jī)、停機(jī)，讓制粒機(jī)顆粒機(jī)快速的恢復(fù)到正常生產(chǎn)狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)優(yōu)質(zhì)、高效的生產(chǎn)目標(biāo)。
2、主要控制程序算法
2.1質(zhì)詢程序算法
質(zhì)詢程序的目的是調(diào)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(shí)，盡量讓制粒機(jī)顆粒機(jī)主電機(jī)2在所設(shè)定的滿負(fù)荷范圍內(nèi)工作，從而使制粒機(jī)顆粒機(jī)保持較高的作業(yè)效率。
在制粒生產(chǎn)工藝過(guò)程中，自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控制粒機(jī)顆粒機(jī)主電機(jī)電流和調(diào)質(zhì)后粉料的溫度，這兩個(gè)變量既相對(duì)獨(dú)立，又相互聯(lián)系，相互影響。在一定范圍內(nèi)，當(dāng)溫度不變，制粒機(jī)顆粒機(jī)主電機(jī)電流產(chǎn)生偏差時(shí)，則調(diào)節(jié)喂料量；同樣，制粒機(jī)顆粒機(jī)主電機(jī)電流不變，溫度產(chǎn)生偏差時(shí)，則應(yīng)調(diào)節(jié)蒸汽添加量。由于溫度在一定范圍內(nèi)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(jī)顆粒機(jī)主電機(jī)電流減小；而喂料量的增加引起的制粒機(jī)顆粒機(jī)主電機(jī)電流的增加，同樣也會(huì)使溫度有所降低，反之亦然。根據(jù)制粒工藝的這些特點(diǎn)可設(shè)計(jì)質(zhì)詢程序，如圖2所示。質(zhì)詢程序主要由負(fù)荷閉環(huán)控制回路與溫度閉環(huán)控制回路組成，負(fù)荷閉環(huán)控制回路通過(guò)調(diào)節(jié)喂料器轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)，溫度閉環(huán)控制回路通過(guò)調(diào)節(jié)蒸汽添加量實(shí)現(xiàn)。當(dāng)制粒機(jī)顆粒機(jī)主電機(jī)電流達(dá)到系統(tǒng)的設(shè)定值時(shí)，質(zhì)詢模式被開(kāi)啟，第一次開(kāi)啟質(zhì)詢模式時(shí)，檢查喂料器加速標(biāo)志被清除，程序檢查當(dāng)前溫度與制粒機(jī)顆粒機(jī)主電機(jī)電流是否在限定范圍內(nèi)，如果是，將繼續(xù)觀測(cè)當(dāng)前溫度是否大于等于制粒設(shè)置的最佳溫度值，如果成立，說(shuō)明制粒機(jī)顆粒機(jī)已經(jīng)達(dá)到預(yù)期狀態(tài)，程序結(jié)束質(zhì)詢模式返回；如果不成立，則按照程序設(shè)置的增溫量來(lái)增加蒸汽添加量，提高調(diào)質(zhì)溫度，并且設(shè)置檢測(cè)喂料器加速標(biāo)志。由于提高了調(diào)質(zhì)溫度將使制粒機(jī)顆粒機(jī)主電機(jī)電流下降到設(shè)定值以下，設(shè)置檢測(cè)喂料器加速標(biāo)志以后，方便下一次質(zhì)詢模式開(kāi)啟后程序開(kāi)始檢查喂料器加速情況。喂料器是按照程序設(shè)置的增量來(lái)提高其轉(zhuǎn)速、增加喂料量的，控制程序以喂料器是否完成其轉(zhuǎn)速增量為標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)衡量喂料器是否充分加速，如果喂料器未完成其轉(zhuǎn)速增量，制粒機(jī)顆粒機(jī)主電機(jī)電流已經(jīng)上升到設(shè)定值，則確定喂料器未充分加速，程序取消質(zhì)詢模式返回，制粒機(jī)顆粒機(jī)達(dá)到預(yù)期狀態(tài)；如果喂料器完成其轉(zhuǎn)速增量，制粒機(jī)顆粒機(jī)主電機(jī)電流還未恢復(fù)到設(shè)定值，則確定喂料器已經(jīng)充分加速，程序清除檢測(cè)喂料器加速標(biāo)志后返回，由于喂料量的增加將會(huì)使調(diào)質(zhì)器溫度下降到最佳溫度以下，此時(shí)制粒機(jī)顆粒機(jī)主電機(jī)電流還未恢復(fù)到設(shè)定值，檢測(cè)喂料器加速標(biāo)志被清除，質(zhì)詢程序再次被開(kāi)啟，又從檢查溫度開(kāi)始，增加蒸汽添加量，重復(fù)進(jìn)行循環(huán)，直到溫度上升到最佳溫度，制粒機(jī)顆粒機(jī)主電機(jī)電流在預(yù)期的范圍內(nèi)，不需要提高喂料器轉(zhuǎn)速、增加喂料量為止，這時(shí)制粒機(jī)顆粒機(jī)也就達(dá)到了預(yù)先設(shè)置的理想工作狀況。
2.2中斷控制程序算法
要使制粒機(jī)顆粒機(jī)高效運(yùn)行，自動(dòng)控制系統(tǒng)還必須能有效地避免制粒機(jī)顆粒機(jī)堵機(jī)、停機(jī)現(xiàn)象發(fā)生，這可以通過(guò)中斷控制程序來(lái)完成。中斷控制程序主要通過(guò)對(duì)制粒機(jī)顆粒機(jī)主電機(jī)電流的監(jiān)控，來(lái)判斷潛在的堵機(jī)威脅程度，從而讓控制系統(tǒng)啟動(dòng)設(shè)計(jì)好的兩個(gè)級(jí)別的中斷程序來(lái)解決堵機(jī)問(wèn)題。
系統(tǒng)通過(guò)控制器的硬件中斷時(shí)鐘控制系統(tǒng)來(lái)決定中斷檢測(cè)是否開(kāi)啟和關(guān)閉，然后由中斷標(biāo)志來(lái)決定是否執(zhí)行中斷程序，如圖3所示。如果中斷檢測(cè)被開(kāi)啟，且發(fā)現(xiàn)預(yù)期的堵機(jī)標(biāo)志（當(dāng)制粒機(jī)顆粒機(jī)主電機(jī)的瞬時(shí)電流、平均電流、平均電流偏差和瞬時(shí)電流偏差都超出設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)將確定有預(yù)期的堵機(jī)發(fā)生，設(shè)置堵機(jī)標(biāo)志），程序首先關(guān)閉中斷檢測(cè)，以方便執(zhí)行以下不同的中斷任務(wù)后，在下一次程序流程執(zhí)行相應(yīng)的中斷恢復(fù)程序，然后檢測(cè)制粒機(jī)顆粒機(jī)是否裝有卸料槽；如果發(fā)現(xiàn)制粒機(jī)顆粒機(jī)裝有卸料槽，且排除系統(tǒng)此時(shí)處在二級(jí)中斷發(fā)生的時(shí)間內(nèi)，程序?qū)?zhí)行一級(jí)中斷程序，先打開(kāi)卸料槽，將粉料分流到外面，減少進(jìn)入環(huán)模和壓輥間被制粒的粉料流量，從而減小制粒機(jī)顆粒機(jī)主電機(jī)的負(fù)荷，避免堵機(jī)，隨后程序按照預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)分別減少喂料量、蒸汽添加量和液體添加量，并設(shè)置一級(jí)中斷恢復(fù)程序標(biāo)志后返回，以便下一個(gè)程序流程執(zhí)行一級(jí)中斷恢復(fù)程序，使制粒機(jī)顆粒機(jī)快速恢復(fù)到正常生產(chǎn)狀態(tài)。這一級(jí)中斷處理程序避免直接關(guān)閉喂料器、調(diào)質(zhì)器等設(shè)備，相對(duì)于二級(jí)中斷處理程序減少了解決堵機(jī)問(wèn)題的時(shí)間，提高了系統(tǒng)的效率。但是，如果制粒機(jī)顆粒機(jī)沒(méi)有安裝卸料槽或系統(tǒng)此時(shí)處在二級(jí)中斷發(fā)生的時(shí)間內(nèi)，控制系統(tǒng)將執(zhí)行二級(jí)中斷程序：關(guān)閉制粒機(jī)顆粒機(jī)主電機(jī)以外的所有設(shè)備，讓制粒機(jī)顆粒機(jī)環(huán)�？辙D(zhuǎn)，使制粒機(jī)顆粒機(jī)主電機(jī)負(fù)荷快速下降到空載負(fù)荷，以解決堵機(jī)問(wèn)題，并且設(shè)置二級(jí)中斷恢復(fù)程序標(biāo)志后返回，以便下一個(gè)程序流程執(zhí)行相應(yīng)的二級(jí)中斷恢復(fù)程序，使制粒機(jī)顆粒機(jī)恢復(fù)到正常生產(chǎn)狀態(tài)。值得說(shuō)明的是，有時(shí)控制系統(tǒng)執(zhí)行一級(jí)中斷處理程序及其中斷恢復(fù)程序，依然沒(méi)有解決堵機(jī)問(wèn)題，將再執(zhí)行二級(jí)中斷處理程序，清除一級(jí)中斷恢復(fù)程序標(biāo)志且設(shè)置二級(jí)中斷恢復(fù)程序標(biāo)志后返回，在下一個(gè)程序流程將執(zhí)行二級(jí)中斷恢復(fù)程序，這屬于一級(jí)中斷恢復(fù)程序算法范疇，一、二級(jí)中斷恢復(fù)程序算法在此就不再闡述了。
二級(jí)中斷處理程序分級(jí)處理了制粒機(jī)顆粒機(jī)潛在的堵機(jī)問(wèn)題，為制粒機(jī)顆粒機(jī)堵機(jī)情況提供了實(shí)時(shí)的、最優(yōu)化的解決方案，保證了制粒機(jī)顆粒機(jī)可以長(zhǎng)時(shí)間在設(shè)定的理想狀態(tài)下工作。
3、結(jié)束語(yǔ)
本文介紹了木屑制粒機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)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(chǎn)工藝本身比較復(fù)雜，在制粒機(jī)顆粒機(jī)控制過(guò)程中，需要調(diào)整的變量繁多，而且調(diào)節(jié)的喂料量、蒸汽添加量與其反饋信息（制粒機(jī)顆粒機(jī)主電機(jī)電流、調(diào)質(zhì)溫度）不是同步發(fā)生變化，不同的制粒系統(tǒng)有著不同的滯后時(shí)間，因此如何設(shè)計(jì)應(yīng)用前景更廣泛的制粒機(jī)顆粒機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)和更合理、更優(yōu)化的控制程序，還有待于我們?cè)趯?shí)際生產(chǎn)過(guò)程中作進(jìn)一步的研究探索。
