關鍵詞：秸稈壓塊機；PLC控制：秸稈；生產線
0、引言目前，我國的秸稈壓塊機生產效率低、能耗高，憑人工經驗進行上料，存在主觀誤差大、人工成本高，及設備在冬天寒冷地區，不能正常生產等問題，導致成型率低、產量不高，嚴重影響壓塊成型質量和壓塊機生產效率，成為制約秸稈壓塊機規模生產的瓶頸。
近年來，隨著電子技術和微機控制技術的迅猛發展，壓塊機朝著智能化的方向邁進。丹麥NORVIDAN顆粒機控制系統，利用PC機作為上位機進行生產過程監控，PLC作為下位機實現數據的采集和輸出，從而實現制粒機的遠程控制。2007年，河南農業大學趙偉利首次采用PLC作為控制單元對HPB -IV型生物質成型機控制系統進行改進，使機器自動化性能有了較大提高。因此，研究開發秸稈壓塊生產線智能化控制系統，對秸稈規模化綜合利用具有重要意義。
本文根據實際生產需要，采用PLC技術對秸稈壓塊成型溫度、秸稈壓塊機主軸轉速及喂人量進行實時控制，從而提高壓塊機生產產量和壓塊成型質量，降低壓塊機噸燃料能耗，以提高生產效率、成型穩定性及工作可靠性。
1、組成及工作原理
秸稈壓塊機生產線主要由料倉、上料輸送裝置、壓塊機和出料輸送裝置組成，結構原理示意圖如圖1所示。工作時，采用抓草機將切碎后的秸稈送人料倉，通過料倉內螺旋軸的擠壓，切碎秸稈落到上料輸送帶上：上料輸送裝置將切碎后的秸稈送人壓塊機中，通過壓塊機內的壓輥在偏心軸上繞主軸旋轉及其與秸稈物料之間的摩擦力作用，切碎秸稈不斷被擠壓并從環模孔中成型出來：成型壓塊落到出料輸送裝置上經過篩子篩選后進行打包裝袋。但是，由于秸稈本身的松散特性以及人工上料，該生產線產量低、能耗高且不能實現規模化生產。因此，本文提出將PLC控制技術應用于秸稈生產線，可有效提高生產效率、降低人工成本，并可用于規模化生產。
2、控制系統的設計
2.1總體設計方案
根據秸稈壓塊生產線生產狀況，為了提高秸稈壓塊機的生產率并降低能耗，采用PLC技術對秸稈壓塊機的成型溫度、主軸轉速及喂人量進行控制。由于秸稈含水率不同對應的秸稈壓塊成型溫度及主軸轉速（即壓塊機轉速）也不同，為使秸稈壓塊機生產效率高、能耗低，需使用觸摸屏根據秸稈含水率的不同設置相應的成型溫度以及主軸轉速：根據觸摸屏上的設定值，通過PLC發出指令至變頻器，從而調節主軸轉速，當加熱溫度達到觸摸屏上預設成型溫度時自動停止加熱。在上料輸送裝置上安裝稱重傳感器，PLC采集該模擬量信號，通過PLC中PID調節功能，輸出信號調節料倉的轉速，從而實現秸稈喂人量的控制。
2.2系統硬件設計
根據該控制系統所需的控制功能及I/O點數，選用S7 -200系列CPU224XP，數字量擴展模塊EM221和模擬量擴展模塊EM235，它們之間通過擴展電纜連接，具體I/O分配如表1～表2所示。采用威綸M工6056i觸摸屏，通過RS485通訊線與PLC進行通信。系統中由于上料輸送帶是傾斜安裝的，并且切碎秸稈本身具有松散性，故稱重傳感器選用YZC-328型波紋管式傳感器，通過稱重變送器輸出4～20mA電流信號到PLC中：溫度傳感器選用WZP-230型一體化溫度傳感器，可直接輸出4～20mA電流信號到PLC中。變頻器分別選用施耐德的A工V71HU40N4，380V/75kW與A工V71HD75 N4，380V/4kW，并設置4～20mA電流控制信號，分別用于調節主軸電機轉速以及料倉電機轉速。
2.3系統軟件設計
PLC控制軟件的設計主要是根據所確定的總體設計方案使用相應的編程語言指令編寫實現控制要求與功能的PLC用戶程序。對該控制系統采用了手動和自動兩種操作方式：手動操作主要由控制柜上的旋轉開關控制加熱器及各部分電機的啟動，用于設備的調試和維修：在設備的正常生產狀態下采用自動控制方式，自動控制流程圖如圖2所示。
在該控制系統中，為保證秸稈壓塊機正常生產（不堵機），降低能耗，對秸稈壓塊機喂人量采用了PID控制。其可通過上料輸送帶上秸稈的質量來調節料倉的轉速（由于切碎秸稈的質量比較輕，對上料輸送帶的沖擊小可忽略不計，上料輸送帶恒速運行）。PID控制原理圖如圖3所示。
采用S工EP7 -Micro/WIN V4.0編程軟件，該軟件提供了PID指令向導，可以生成一個閉環控制過程的PID算法。此向導可以完成絕大多數PID運算的自動編程，只需在主程序中調用PID向導生成的子程序，就可以完成PID控制任務。PID控制算法程序框圖如圖4所示。其中，PVI為輸入過程值（反饋）的模擬量輸入地址；Se工poin_R為輸入設定值變量地址，也可以為輸入設定值常數；Ou工pu工為控制量的輸出地址。采用S7 -200PLC的PID參數整定功能與S工EP7 -Micro/WIN V4.0編程軟件的PID調節控制面板相結合可以實現PID參數白整定，根據開始時上料輸送機上切碎秸稈的質量變化情況白適應地調整PID控制的主要參數（比例增益、微分時間、積分時間等）。上料輸送帶上的切碎秸稈的質量是一個反饋信號，根據稱重傳感器檢測到的物料的質量來自動調節料倉的轉速：物料偏重時降低料倉電機的轉速，物料偏輕了就增加料倉的轉速。
2.4人機界面
考慮到經濟實用性，人機界面采用威綸M工6056i型觸摸屏，軟件采用威綸專用軟件EB8000V465. 12，通過RS485通訊線與PLC進行通信。在觸摸屏上可以對加熱溫度、主軸轉速的參數進行設置，對系統電流、料倉轉速、加熱溫度以及壓塊機轉速進行監控。觸摸屏界面如圖5所示。
3、結論
實踐證明：采用PLC技術結合觸摸屏的應用，該秸稈壓塊機生產線平均生產率可達到1.5 工/h，壓塊成型率達到98.9%，噸燃料能耗為30. 2kW·h/工。該控制系統有效提高了秸稈壓塊成型率以及成型質量，降低了壓塊機噸燃料能耗以及生產成本，并極大程度地提升了秸稈壓塊機生產線的自動化程度，保證了秸稈壓塊機在穩定的工況下生產，操作方便，減少了工人的工作量。
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