谷物烘干机温度控制系统的设计.pdf

安徽农业科学 ， J o u r n a l o f A n h u i A ．S c i ． 2 0 1 0， 3 8 1 3 6 9 4 _46 9 4 5 责任编辑李占东责任校对卢瑶 谷物烘干机温度控制系统的设计 葛汉 林 ， 张艳 梅 ， 姜芳 1 ． 辽 宁 石 油 化 工 大 学 ， 辽 宁 抚 顺1 1 3 o 0 1 ； 2 ． 沈 阳 鼓 风 机 集 团 有 限 公 司 ， 辽 宁 沈 阳 l 1 o 8 6 9 摘要介绍了燃油循环式谷物烘干机的工艺流程， 提出了谷物烘干 自 动控制方案， 实现 了用 P L C对谷物烘干的自动控制。 关键 词烘干机 ； 温度 ； P L C控制 中图分类号 2 2 6 ． 6 文献标识码A 文章编号0 5 1 7 6 6 1 1 2 0 1 0 1 3 0 6 9 4 4 0 2 De s i g n o f t he Te mp e r a t u r e Co nt r o l S y s t e m i n t he Gr a i n Dr y i n g- ma c h i ne GE Ha n - l i n L i a o n i n g S h i h u a Un i v e r s i t y ，F u s h u n，L i a o n i n g 1 1 3 0 0 1 Ab s t r a c t Th e t e c h n i q u e fl o w o f f u e l c i r c u l a r d r y i n g ma c h i n e wa s i n t r o d u c e d，g r a i n d r y i n g a ut o ma t i o n p r o g r a m wa s p u t f o r wa r d，a n d g r a i n d r - y i n g a u t o ma t i o n by PL C wa s r e a l i z e d ． Ke y wo r ds Dr y i n g ma c h i n e； Te mp e r a t u r e； PL C c o n t r o l 随着农业产业化进程的推进， 农业机械化、 自动化水平 不断提高， 当前各种形式的谷物烘干机源源不断地推向市 场。在谷物烘干生产过程中， 热风温度和谷物温度是谷物烘 干机控制中的重要参数 。要实现其 自动控制 ， 可用传统的电 器控制 ， 也可用单片机控制， 还可用 P L C控制。笔者主要探 究采用 P L C对燃油循环式谷物烘干机进行 自动控制， 实现谷 物烘干的全过程， 即送料 、 烘干、 检测、 出料的自动控制。 1 P L C闭环控制系统中的 P I D控制器 P I D控制器 比例积分微分控制 被广泛应用于控制温 度 、 流量、 压力等模拟量闭环控制方式。它具有不需要精确控 制系统数学模型、 较强灵活性、 结构典型、 易于实现等优点。 基于 P L C的闭环控制系统结构见 图 1 。图 1中 b 、 e 、 m 均为模拟量， 给定值 t 、 反馈量 b t 、 偏差 e t 、 控制器输出量 m t 为在第 n次采样时的数字量。 图 1 PLC 闭环 控制 系统 结构 F i g ． 1 PLC c l o s e d l o o p c o nt r o l s y s t e m 2 谷物烘干工艺流程 温度是影响谷物干燥过程的一个主要因素， 温度的高低 直接影响谷物干燥的速度和烘干后粮食的品质。温度过低 ， 粮食得不到足够 的干燥， 使 出粮水分过高， 不利于粮食的储 存， 入仓后出现粮食发烧、 霉烂现象， 造成不必要的损失； 温 度过高也会使粮食的品质降低。研究表明， 过高的烘干温度 还会使玉米中的淀粉发生变异， 降低了饲料养分含量和维生 素 C的提取量。 在谷物干燥过程 中该试验采取分阶段进行循环干燥的 方法。其工艺流程主要包括 ①谷物经送料斗进入提升 机 ， 在此检测谷物水分 ； ②检测谷物水分， 若所含水分达标， 则有排粮管排出， 装袋包装； 若所含水分超标 ， 则需进行循环 烘干； ③若水分超标， 则经上铰笼、 加热室、 缓苏室和冷却室 进行烘干 ， 再经 下铰 笼返 回提升机 图 2 。 作者简 介 葛汉林 1 9 7 7一， 男， 浙江富 阳人 ， 硕士 ， 讲 师， 从 事机 电液 一 体化研 究开发工作。 牧稿 日期2 0 1 0 - 0 l - 2 9 图 2谷 物烘 干 工 艺流 程 Pi g ． 2 Gle n d r y i n g t e c h n i c a l p r o c e s s 3 系统控制方案 根据谷物烘干机的工艺流程， 系统主要进行间歇进料、 谷物水分检测和热风温度的控制。水分检测每隔一定时间 进行 1 次 ， 将检测到的谷物水分与给定值进行 比较， 若水分 达标 ， 则谷物经排粮管排出， 送料斗送料 ； 反之， 则继续循环。 热风温度控制是通过烘干机底部安装的温度传感器， 在线检 测粮温‘ 。经过信号处理， 并进行 A ／ D转换 ， 使产生的控制 信号从数据总线输出到 P L C内， 其端 口连接 D ／ A转换模块 的输入端。通过变频电机来控制热风温度以及相应流量， 最 终改变烘干机内的温度及热风流量。 4系统硬件设计 根据谷物烘 干的控制要求和控制规模， 选用 F 1 3 0 M R 型 P L C基本单元， 并配置 F 1 - 6 A E型模拟量输入／ 输出单元 ， 扩展单元与基本单元的4 0 0扩展口相连。 每台谷物烘干机有 1只水分检测器、 1只温度传感器、 2 只数显表。总的输入点为开关量 9点， 模拟量 2点， 输出点 为开关量7点。P L C的 I ／ 0定义见表 1 。温度控制系统硬件 见图 3 。 、 表 1 P L C的 UO定义 Ta b l e】 I ／ O d e fin i t i o n o f PI C S e r i a O u tp u t。 u t p u t d e v i c O u t p u t p u d e v i c e s N 1 ． I “ t a d d r e s s U e s a d s 3 8卷 1 3期 葛汉林谷物烘干机温度控制 系统的设 计 图3温度控制系统硬件 Fi g ． 3 Te mp e r a t ur e c o n t r o l s y s t e m h a r d wa re 5 P L C控制梯形图设计 该研究重点讨论谷物烘干机的热风循环 自动控制部分， 要求将被控系统的温度控制在 5 0～ 6 0 q C， 当温度低于5 0℃ 或高于 6 0 c C时， 应能 自动进行调整， 当调整 3 mi n后仍不能 脱离不正常状态 ， 则应采用声光报警， 以提醒操作人员注意 排除故障。 为了控制方便 ， 在进行温度控制时， 设定一个最佳值 5 5 ℃， 并以此为被控温度的基准值。另外 ， 还需要设定输 出控 制信号时的调节基准量， 正常情况下， 输出基准量时被控温 度接近最佳值。设定的基准调节量相当于 P L C输出 6 V。 根据系统本身的动态特性属于一阶惯性环节， 在控制算 法上可以采用 P I D控制。该系统温度控制要求不高 ， 按 P 比例 算法进行运算， 采样调节周期设为 1 S 。实现温度检 测和控制的过程包括 1 P L C投入运行时， 通过特殊辅助继 电器 M7 1产生的 初始化脉冲进行初始化 ， 包括将温度较佳值和基准调节量存 入有关数据寄存器， 使计时用的2个计数器复位。 2 按启动按钮 x 5 0 0 ， 控制系统投入运行。 3 采样时间到， 将待测的 4点温度值读入 P L C， 求出 4 点温度平均值 Q。 4 将 Q与 Q 进行比较 ， 若未超过上限， 将 Q与 Q ⋯进 行 比较， 若未低于下限， 则等待下次采样。 5 若 QQ ， 进行上限处理 根据偏差计算调节量 ， 发 出调节命令， 并判断调节时间， 若超过 3 mi n则报警， 若未超 过 3 mi n则准备下次继续采样及调节。 6 若 QQ ⋯， 进行下限处理 根据偏差计算调节量 ， 发 出调节命令， 并判断调节时间， 若超过 3 m i n则报警， 若未超 过 3 mi n则准备下次继续采样及调节。 根据上述控制流程设计梯形图， 部分梯形图见图4 。 6 小结 谷物烘干机 P L C自动控制系统与传统的电器控制、 单片 设定较佳温度值 设定调节基础量 读入第 1 点温度 D 7 O O 读入第 2 点温度 D 7 0 1 读_入第 3 点温度 D 7 0 2 读入第 4 点温度 D 7 0 3 图 4部分 控 制 梯 形 图 Fi g ． 4 Pa r t i a l c o n t r o l l a d d e r 机控制等方案相比较 ， 具有运行稳定可靠、 设备结构简单 、 易 于维护等优越性， 完全适用于各种谷物烘干机的 自动控制。 同时， 该控制系统还具有以下特点 ①使用的热风温度稳定 ， 实现了热风温度 自控； ②采用循环干燥 ， 间歇加热， 干燥均 匀， 烘干成本低， 烘后粮食 品质好， 不降等、 不爆腰、 无焦糊 粒 ； ③可烘干多种谷物， 如玉米、 水稻、 小麦等。 参考文献 [ 1 ]柳洪义． 机械工程控制基础 [ M] ． 北京 科学出版社， 2 O 0 8 ． [ 2 ] 刘怀海， 王继焕． 模糊控制在谷物烘干机温控制系统中的应用[ J ] ． 粮 食加工， 2 O O 9 ， 3 4 2 3 8 4 o ． [ 3 ] 李永常， 吴承祜， 常庸， 等． 谷物烘干机热风温度微机控系统的研究 [ J ] ． 东北农学院学报 ， 1 9 9 1 ，2 2 4 3 7 0 3 7 3 ．