生物質(zhì)成型燃料是實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)能源化最直接和簡(jiǎn)便的方法。成型設(shè)備是實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)成型的關(guān)鍵。設(shè)備的自動(dòng)控制對(duì)提高成型燃料的產(chǎn)品質(zhì)量和提高生產(chǎn)率有極其重要的意義。本文將工業(yè)控制中應(yīng)用最廣泛的方法——可編程邏輯控制(PLC)技術(shù)應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)樣機(jī)中，將目前的液壓手動(dòng)控制作業(yè)方式轉(zhuǎn)變?yōu)榭删幊痰淖詣?dòng)控制方式，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的自動(dòng)化，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度、提高了生產(chǎn)率。
1、系統(tǒng)概述
1.1生物質(zhì)塊狀燃料常溫成型機(jī)液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)介
生物質(zhì)塊狀燃料常溫成型機(jī)是利用對(duì)生物質(zhì)散體原料通過加壓使其“原料相互交錯(cuò)、咬合”而成型。提供壓力和實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)成型的各個(gè)動(dòng)作是由液壓執(zhí)行元件（液壓油缸、液壓馬達(dá)等）來完成的。成型機(jī)的液壓系統(tǒng)主要由液壓泵站、控制電磁閥、各種液壓油缸、液壓馬達(dá)和連接管路等組成。圖l所示是成型機(jī)手動(dòng)控制的液壓系統(tǒng)圖。壓制生物質(zhì)成型燃料塊的作業(yè)順序?yàn)椋哼M(jìn)料（液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)螺旋送料器）一預(yù)壓（預(yù)壓油缸將進(jìn)入預(yù)壓倉的原料初步壓實(shí)）一主成型壓（主壓油缸將在預(yù)壓倉內(nèi)壓實(shí)的原料推入主壓倉內(nèi)進(jìn)一步加壓成型）一主壓油缸回位一預(yù)壓油缸回位一主成型倉換位一進(jìn)料執(zhí)行第二個(gè)循環(huán)。第一個(gè)循環(huán)成型的塊狀燃料是在后一個(gè)循環(huán)成型燃料塊時(shí)被一根安裝在主壓軸兩側(cè)的出料桿推出成型機(jī)的。要實(shí)現(xiàn)機(jī)器的自動(dòng)運(yùn)行，就必須使控制液壓執(zhí)行元件的電磁閥按上述循環(huán)實(shí)現(xiàn)通、斷電。
富通新能源生產(chǎn)銷售的
秸稈壓塊機(jī)、
木屑顆粒機(jī)專業(yè)壓制生物質(zhì)成型顆粒燃料。
1.2控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路
首先在PC機(jī)上安裝PLC的編程軟件，進(jìn)行程序的編制和調(diào)試。然后通過PPI電纜與PLC的CPU進(jìn)行通訊，將程序下載到PLC的程序存儲(chǔ)單元中。同時(shí)，各液壓傳感器將采集到的電壓信號(hào)送入模擬量擴(kuò)展模塊進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，再送入CPU中，為程序的運(yùn)行提供實(shí)時(shí)參數(shù)。當(dāng)閉合啟動(dòng)按鈕，程序自動(dòng)運(yùn)行，同時(shí)將運(yùn)行結(jié)果送到輸出端口，控制電磁閥的運(yùn)動(dòng)。在此系統(tǒng)中，每個(gè)油缸由一個(gè)電磁閥控制。具體表現(xiàn)為電磁閥的哪一側(cè)通電，決定該油缸向哪一側(cè)運(yùn)動(dòng)。
1.3控制系統(tǒng)的功能及要求
控制系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)燃料成型機(jī)作業(yè)狀況的信息采集、信息處理和實(shí)時(shí)控制。控制過程分手動(dòng)和自動(dòng)兩種方式。手動(dòng)控制是應(yīng)用按鈕開關(guān)人為地操作機(jī)器的每一步動(dòng)作；自動(dòng)控制是在打開系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕，無人干預(yù)的情況下，自動(dòng)完成一個(gè)周期的動(dòng)作，并可由工作人員任意改動(dòng)參數(shù)、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。成型機(jī)系統(tǒng)要完成的動(dòng)作及順序?yàn)椋阂簤厚R達(dá)帶動(dòng)螺旋進(jìn)料桿旋轉(zhuǎn)進(jìn)料后，由預(yù)壓油缸壓縮物料；隨后由主壓油缸進(jìn)一步壓縮物料，使其成型，最后經(jīng)換位油缸推或拉動(dòng)主成型倉換位，在下一個(gè)循環(huán)，主壓油缸成型時(shí)由出料推桿將前一個(gè)循環(huán)已成型的燃料塊推出成型倉。
系統(tǒng)除了可以實(shí)現(xiàn)控制器的基本功能外，還應(yīng)滿足以下條件：(1)可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)．(2)系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有良好的人機(jī)界面，操作簡(jiǎn)便易于維護(hù)，(3)具有良好的實(shí)時(shí)性；(4)通用性好，能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體要求進(jìn)行靈活擴(kuò)展。
2、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1設(shè)備選型
2.1.1壓力傳感器
根據(jù)液壓系統(tǒng)的壓力要求，選定HSLT-P系列壓力變送器作為主壓油缸和預(yù)壓油缸壓力數(shù)據(jù)的采集工具。此變送器本身帶有變送／放大電路，使其具有電壓標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出，可直接與A/D采集系統(tǒng)連接。變送器的電路部分具有反向極性保護(hù)，并采用旁路電容濾波和屏蔽措施，使變送器具有防電磁／射頻干擾功能。其接口是標(biāo)準(zhǔn)的螺紋接口，具有直接電纜引出形式和航空插頭、GDM接插件連接方式，便于現(xiàn)場(chǎng)的安裝和使用。
2 .1.2可編程邏輯控制器
PLC機(jī)型選擇的基本原則：在功能滿足要求的前提下，選擇最可靠、維護(hù)使用最方便以及性能價(jià)格比最優(yōu)的機(jī)型I在工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好的場(chǎng)合，選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC。因此，選用西門子公司的SIMATIC S7-200系列小型可編程控制器。CPU選用的是CPU224CN。因?yàn)槠渚哂袃?nèi)置高速計(jì)數(shù)器、高速輸出、PID控制器、RS-485通信編程接口、PPI通信協(xié)議。模擬量擴(kuò)展模塊選擇了西門子的EM231CN，它可直接與傳感器和執(zhí)行器相連，適用于復(fù)雜的控制場(chǎng)合。
2.2 PLC的I/O端子分配表
為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制要求，列出I/O端子分配表2所示：
2.3 PLC接線圈
圖3是整個(gè)系統(tǒng)的接線圖，從中可以清楚地知道限位開關(guān)、電磁閥、繼電器的連接方式。
本機(jī)集成14輸入／10輸出共24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至168路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)l 16K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間；6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器、2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。1個(gè)RS485通訊／編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。
左邊的so均為行程開關(guān)，通過其打開、閉合來控制右邊的電磁閥或電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作。供電電源是家用的220V交流電，方便可靠。通電后，左下角會(huì)有一個(gè)24V的直流輸出，行程開關(guān)可直接接在此輸出電壓上，而不需要另外添加電源，從而簡(jiǎn)化系統(tǒng)連線。
程序運(yùn)行過程中，還要借助于模擬量擴(kuò)展模塊采集傳感器的電壓值，通過現(xiàn)有的接口傳送到此機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)的比較分析，從而發(fā)出指令信號(hào)。
3、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
使用STEP7-Micro/WIN編程軟件對(duì)系統(tǒng)控制過程進(jìn)行編程。
按上述流程圖實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制。按下啟動(dòng)按鈕SB1和SB3后，系統(tǒng)檢查各油缸是否處于原位。如是，則液壓馬達(dá)開始供料，QO.O有輸出，相應(yīng)的電機(jī)動(dòng)作，若不是，相應(yīng)油缸的電磁閥起作用，使沒有回位的油缸回位，即Qo.1，00.2，Q0.3有輸出，之后可進(jìn)行供料動(dòng)作。供料時(shí)間由定時(shí)器T37控制，設(shè)定為5s。時(shí)間到后，預(yù)壓油缸開始推進(jìn)，Qo．5有輸出。此時(shí)傳感器將采集到的電壓信號(hào)送入模擬量擴(kuò)展模塊內(nèi)部進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，并輸入到PLC的CPU中進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算。當(dāng)預(yù)壓缸內(nèi)部的壓力達(dá)到設(shè)定值后，預(yù)壓油缸停止動(dòng)作，主壓油缸推進(jìn)，即Q0.6有輸出，同時(shí)檢查主壓缸內(nèi)部壓力。若壓力達(dá)到設(shè)定值，則主壓油缸回位；若壓力沒有達(dá)到設(shè)定值，則要啟動(dòng)增壓油缸繼續(xù)加壓，直到達(dá)到預(yù)期的壓力為止。主壓油缸回位碰到行程開關(guān)后，預(yù)壓油缸開始回位，當(dāng)其也碰到行程開關(guān)時(shí)，換位油缸換位，將成型的燃料棒塊通過導(dǎo)軌送出。與此同時(shí)，液壓馬達(dá)又開始供料，新一輪的循環(huán)開始。
當(dāng)按下開關(guān)SB4時(shí)，系統(tǒng)處于手動(dòng)控制狀態(tài)。由手動(dòng)按鈕開關(guān)手動(dòng)控制油缸每一步的動(dòng)作。
4、結(jié)論
應(yīng)用可編程控制器PLC對(duì)生物質(zhì)燃料成型機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制，其效果要比手動(dòng)控制好得多，尤其在批量生產(chǎn)成型燃料時(shí)，更突顯其提高生產(chǎn)效率的優(yōu)勢(shì)。由于使用PLC作為本系統(tǒng)控制器的核心，系統(tǒng)編程簡(jiǎn)單、操作方便，并且在硬件選型和軟件程序設(shè)計(jì)上可靠合理，使得整體布局緊湊、穩(wěn)定性好，具有較豐富的自診斷和報(bào)警功能。
利用PLC與傳感器技術(shù)相結(jié)合，改善了原始的手動(dòng)控制成型機(jī)系統(tǒng)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，減少了勞動(dòng)成本和勞動(dòng)時(shí)間，具有廣闊的實(shí)際應(yīng)用前景。
富通新能源生產(chǎn)銷售秸稈顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)等生物質(zhì)顆粒燃料成型燃料，同時(shí)我們還有大量的楊木顆粒燃料出售。
