糠殼爐控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、糠殼爐控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要：糠殼爐主要用于米廠烘干系統(tǒng)，為烘干機(jī)提供 穩(wěn)定的熱源。介紹了糠殼爐控制系統(tǒng)的總體框架、各個(gè)模塊 和工作流程。上位機(jī)采用C#基于VS2008開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)， 下位機(jī)基于 MD88 模塊進(jìn)行控制和狀態(tài)監(jiān)測(cè)， 并采用熱電偶 和溫度傳感器對(duì)爐溫和水溫進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)?？刂品绞桨ㄊ?動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種，自動(dòng)控制下能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)人值守，系 統(tǒng)穩(wěn)定可靠。關(guān)鍵詞：糠殼爐；上位機(jī)；自動(dòng)控制；無(wú)人值守 中圖分類(lèi)號(hào)： TP273+.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 0439-8114（2018）12-0106-03DOI ：Abstract ： Bran shell furnace is m

2、ainly used in drying system of rice factory. It provides stable heat source for the drying system. This paper has introduced the overall frame ， module and workflow of the control system of bran shell furnace. The upper computer software is designed based on the VS2008 development environment. The l

3、ower computer is based on the MD88 module for control and state monitoring ， and the thermocouple and temperature sensor are used for real-time detection of the furnace temperature and water temperature. Control methods include manual control and automatic control. Automatic control can achieve unat

4、tended.This system is stable and reliable.Key words ： bran shell furnace ； upper computer； automatic control ； unattended爐子作為米廠烘干系統(tǒng)的熱源供給系統(tǒng)，在烘干過(guò)程中 承擔(dān)著非常重要的角色。傳統(tǒng)的爐子自動(dòng)化程度不高，大多 靠手動(dòng)去控制，并根據(jù)人工經(jīng)驗(yàn)去判斷燃燒情況。這樣就會(huì) 造成人工成本增加，并且人工判斷有時(shí)會(huì)出現(xiàn)失誤，造成不 必要的損失。傳統(tǒng)爐子大多采用煤作為燃料供給，而米廠在 稻谷處理的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的稻殼，這些稻殼正好可以用 來(lái)作為燃料，能夠節(jié)省原料成本。糠殼爐為

5、米廠烘干系統(tǒng)提 供熱源，并采用智能化的控制方法，為米廠節(jié)省了大量的人 工和燃料成本。該系統(tǒng)采用 MD88 模塊作為控制單元下位機(jī)， 采用標(biāo)準(zhǔn) 的 Modbus 協(xié)議。檢測(cè)爐溫和水溫采用熱電偶和溫度傳感器。 控制引風(fēng)機(jī)和下料口振動(dòng)電機(jī)采用變頻器，能夠很好地調(diào)節(jié) 風(fēng)量及下料頻率。上位機(jī)采用 C# 開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)環(huán)境基于 VS2008，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)采用 SQLserver2008。上位機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn) 參數(shù)設(shè)定、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)讀取和保存、設(shè)備控制、故障報(bào) 警等功能，集過(guò)程控制和科學(xué)管理于一體，具有可靠性高、 控制性能優(yōu)越等特點(diǎn)，得到操作人員的認(rèn)可。1 總體設(shè)計(jì)及功能概要 糠殼爐控制系統(tǒng)包括上位機(jī)控制軟件、 MD

6、88 模塊、傳 感器感知模塊、 變頻控制模塊。 通過(guò)各個(gè)模塊的分工和配合， 實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制。1.1 上位機(jī)控制軟件上位機(jī)控制軟件采用 C#開(kāi)發(fā)，軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、易操作。在界面上能夠?qū)Ω鱾€(gè)設(shè)備進(jìn)行單個(gè)控制和監(jiān)測(cè)，這些設(shè)備包 括水泵、關(guān)風(fēng)器、引風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、點(diǎn)火器和振動(dòng)電機(jī)?？?制軟件能夠?qū)Ω鱾€(gè)傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)包括進(jìn)水 口溫度、出水口溫度和煙道溫度。在進(jìn)行自動(dòng)控制前，要先 對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置的參數(shù)包括點(diǎn)火器關(guān)閉溫度、點(diǎn) 火器重新開(kāi)啟溫度、振動(dòng)電機(jī)開(kāi)啟溫度、開(kāi)始減料溫度、振 動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)頻率、最大進(jìn)料頻率、引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)頻率、引風(fēng)機(jī) 過(guò)渡頻率、引風(fēng)機(jī)穩(wěn)定頻率。軟件還具有一鍵點(diǎn)火和一鍵

7、關(guān) 火功能，一鍵點(diǎn)火后，系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)控制程序，無(wú)需人工干 預(yù)。軟件還具備報(bào)警功能，當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障或出現(xiàn)其他異常 時(shí)，軟件會(huì)報(bào)警并自動(dòng)關(guān)閉系統(tǒng)。1.2 MD88 模塊MD88 模塊上面與上位機(jī)連接，接收上位機(jī)的命令，下 面與各個(gè)設(shè)備連接，對(duì)各個(gè)設(shè)備發(fā)送命令并接收反饋信息。 MD88 模塊采用標(biāo)準(zhǔn)的 Modbus 通信協(xié)議，能夠接受上位機(jī) 的指令，輸出口外接繼電器，然后再和設(shè)備連接。 MD88 模 塊連接的設(shè)備包括水泵、關(guān)風(fēng)器、鼓風(fēng)機(jī)和點(diǎn)火器。1.3 傳感器感知模塊傳感器感知模 ?K 包括進(jìn)水口溫度傳感器、 出水口溫度傳 感器、煙道溫度傳感器和數(shù)據(jù)采集模塊。出水口溫度和煙道 溫度是糠殼爐控制系統(tǒng)中

8、最重要的兩個(gè)參考數(shù)據(jù)，上位機(jī)軟 件會(huì)根據(jù)檢測(cè)到的出水口溫度和煙道溫度，改變輸出的引風(fēng) 機(jī)頻率和振動(dòng)電機(jī)頻率。數(shù)據(jù)采集模塊將采集到的模擬信號(hào) 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并與上位機(jī)保持通信。1.4 變頻器控制模塊 變頻器控制模塊包括引風(fēng)機(jī)、振動(dòng)電機(jī)和兩臺(tái)變頻器， 變頻器直接和上位機(jī)進(jìn)行通信。通過(guò)變頻器能夠?qū)σL(fēng)機(jī)和 振動(dòng)電機(jī)進(jìn)行無(wú)間隔連續(xù)性地調(diào)節(jié)。引風(fēng)機(jī)一方面通過(guò)往爐 體吹入大量空氣助燃，另一方面將爐體內(nèi)的稻殼吹散使稻殼 更充分地燃燒，風(fēng)量過(guò)大稻殼燃燒充分，但是爐體大量熱量 也會(huì)被帶走，風(fēng)量過(guò)小就會(huì)導(dǎo)致稻殼燃燒不充分。振動(dòng)電機(jī) 控制著稻殼的下料速度，在自動(dòng)控制過(guò)程中，不同階段會(huì)設(shè) 定不同的振動(dòng)頻率。2 系統(tǒng)

9、自動(dòng)控制流程 在系統(tǒng)開(kāi)啟過(guò)程中，首先 打開(kāi)關(guān)風(fēng)器、鼓風(fēng)機(jī)和點(diǎn)火器，約 10 s后，打開(kāi)引風(fēng)機(jī)，引 風(fēng)機(jī)變頻器頻率設(shè)定為起始頻率，當(dāng)爐溫達(dá)到振動(dòng)電機(jī)開(kāi)啟 溫度，振動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)，同時(shí)設(shè)定振動(dòng)電機(jī)頻率為啟動(dòng)頻率， 并設(shè)定引風(fēng)機(jī)變頻器頻率為過(guò)渡頻率。當(dāng)爐溫達(dá)到260 C, 關(guān)閉點(diǎn)火器，當(dāng)爐溫上升到 300 C,開(kāi)啟水泵。當(dāng)爐溫達(dá)到 400 C,設(shè)定引風(fēng)機(jī)變頻器頻率為穩(wěn)定頻率。隨著爐溫上升，出水口溫度也在上升，系統(tǒng)不斷地檢測(cè)并判斷爐溫和出水口溫度。當(dāng)出水口溫度大于 88 C并且煙 道溫度小于800 C,振動(dòng)電機(jī)變頻器頻率減 1,若出水口溫 度繼續(xù)上升至92 C,振動(dòng)電機(jī)變頻器頻率再減 1，若出水 口溫度達(dá)

10、到94 C,關(guān)閉振動(dòng)電機(jī)和引風(fēng)機(jī)。當(dāng)爐溫達(dá)到800 C并且出水口溫度大于 88 C,振動(dòng)電機(jī)變頻器頻率減2,爐溫若繼續(xù)上升至 850 C,關(guān)閉振動(dòng)電機(jī)和引風(fēng)機(jī)。在燃燒過(guò)程中，若是爐溫和水溫同時(shí)降低，當(dāng)爐溫在重新點(diǎn)火溫度和800 C間，并且出水口溫度在 88 C以下，振 動(dòng)電機(jī)變頻器頻率會(huì)被恢復(fù)為起始頻率,同時(shí)系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)振 動(dòng)電機(jī)和引風(fēng)機(jī)是否被關(guān)閉,若被關(guān)閉再重新啟動(dòng)。若是爐 溫繼續(xù)下降,當(dāng)溫度降到點(diǎn)火器重新開(kāi)啟溫度（默認(rèn)為200 C）,振？擁緇？變頻器頻率加1。在系統(tǒng)關(guān)閉過(guò)程中，首先關(guān)閉點(diǎn)火器和振動(dòng)電機(jī)，然后設(shè)定引風(fēng)機(jī)變頻器頻率為 50 Hz,當(dāng)爐溫低于120 C時(shí)，關(guān) 閉引風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、關(guān)風(fēng)

11、器和水泵。3 糠殼爐控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 硬件系統(tǒng)在整個(gè)系統(tǒng)中起著非常關(guān)鍵的作用，良好的硬 件設(shè)計(jì)將為整個(gè)系統(tǒng)的順利開(kāi)發(fā)和后續(xù)控制功能的拓展奠 定基礎(chǔ)。糠殼爐控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)包括設(shè)備控制及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、 變頻器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、 傳感器采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、 電路保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等，糠殼爐控制系統(tǒng)的硬件組成如圖 1所示。主要用到的硬件設(shè)備包括工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、 MD88 模 塊、繼電器、數(shù)據(jù)采集模塊、熱電偶、溫度傳感器、變頻器、 水泵、點(diǎn)火器、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、關(guān)風(fēng)器、振動(dòng)電機(jī)等。3.1 A/D 轉(zhuǎn)換模塊及傳感器系統(tǒng) 該系統(tǒng)選用的數(shù)據(jù)采集模塊為 JTA108RM 型號(hào)的 8 通道 數(shù)據(jù)采集模塊，輸入信號(hào)為

12、 420 mA，通信方式采用485 通信，采用 Modbus 通信協(xié)議。進(jìn)水口和出水口傳感器選用 同樣的型號(hào) KEENYODA 傳感器，能夠測(cè)量的水溫范圍是 0 200 C,將測(cè)量的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為 420 mA的電流信號(hào)。 采用的熱電偶為鎧裝熱電偶，測(cè)量范圍時(shí)-2001 300 C,用于測(cè)量爐體內(nèi)的溫度。3.2 MD88 模塊控制系統(tǒng)MD88 模塊采用 12 V 供電， 8 通道開(kāi)關(guān)量輸出，并且有 輸入寄存器，可以將設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)反饋回來(lái)。 MD88 控制 系統(tǒng)還配合繼電器進(jìn)行控制，每一路輸出都連接一個(gè)繼電 器，然后再連接設(shè)備。通信協(xié)議采用標(biāo)準(zhǔn)的 Modbus 協(xié)議， 寫(xiě)寄存器請(qǐng)求和讀寄存器請(qǐng)

13、求協(xié)議格式分別如表 1 和表 2 所 示。3.3 變頻器該系統(tǒng)變頻器選用 JF1000G 系列高性能矢量型變頻器，該款變頻器輸出頻率在 0600 Hz范圍內(nèi)，控制方式采用無(wú)PG 矢量控制、 V/F 控制，速度控制精度在正負(fù)0.5%。頻率設(shè)定方式有 4 種：數(shù)字設(shè)定、模擬量設(shè)定、串行通信設(shè)定和 PID 設(shè)定。變頻器和上位機(jī)采用 485 通信，通信協(xié)議采用 Modbus 協(xié)議。4 糠殼爐控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)是整個(gè)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，所有的控 制算法和操作都在上位機(jī)軟件完成。軟件控制方式有兩種： 手動(dòng)控制和自動(dòng)控制。手動(dòng)控制可以對(duì)各個(gè)設(shè)備進(jìn)行單獨(dú)操 作，自動(dòng)控制是一鍵點(diǎn)火后，所有操作都

14、由軟件自己完成。 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)分為參數(shù)設(shè)置、串口設(shè)計(jì)、設(shè)備控制設(shè)計(jì)、 數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)、 自動(dòng)控制設(shè)計(jì)和故障報(bào)警設(shè)計(jì)， 如圖 2 所示。4.1 串口設(shè)計(jì)該軟件是在 Visual Studio 2008 環(huán)境下開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的， 該開(kāi) 發(fā)環(huán)境有自帶的串口控件 SerialPort ，該軟件是基于 SerialPort 控件與下位機(jī)進(jìn)行通信的。串口所要配置的參數(shù)包括串口 號(hào)、波特率、校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)位、停止位。該軟件總共用 4 個(gè)串口與設(shè)備進(jìn)行通信，其中水泵、關(guān) 風(fēng)器等設(shè)備采用串口一， 熱電偶、 溫度傳感器等采用串口二， 引風(fēng)機(jī)采用串口三，振動(dòng)電機(jī)采用串口四。串口自檢功能是為了方便操作人員識(shí)別串口設(shè)計(jì)的，當(dāng)

15、點(diǎn)擊串口自檢按鈕，進(jìn)入串口檢測(cè)環(huán)節(jié)，系統(tǒng)將每個(gè)設(shè)備對(duì)應(yīng)的串口號(hào)檢測(cè)出來(lái)，操作人員再手動(dòng)設(shè)置。4.2 故障報(bào)警設(shè)計(jì) 系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，如果出現(xiàn)設(shè)備故障或傳感器數(shù)據(jù)異 常，會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)并進(jìn)入關(guān)火流程， 煙道溫度或水溫過(guò)高， 也會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)并進(jìn)入關(guān)火流程。在運(yùn)行過(guò)程中的任何環(huán) 節(jié)出現(xiàn)異常，都會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)并進(jìn)入關(guān)火流程。報(bào)警信息 如表 3 所示。5 小結(jié) 糠殼爐控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)充分考慮了米廠的實(shí)際需求，不 僅能夠?qū)Ω鱾€(gè)設(shè)備狀態(tài)和數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和處理，還能夠 自動(dòng)調(diào)節(jié)爐溫，大大降低了人工成本。該系統(tǒng)還具備故障報(bào) 警功能， 提高了系統(tǒng)的安全可靠性。 上位機(jī)界面簡(jiǎn)單易操作， 整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。參考文獻(xiàn)：1 劉國(guó)光