我國穀物幹燥的機械化存在諸多問題,許多方麵都與幹燥過程的控製技術研究跟不上有關,使得幹燥烘幹機很難在作業效率、幹燥能量消耗及幹燥產品質量保護、設備投資成本、安全性等方麵有突破性的進展。本文針對循環式緩蘇幹燥烘幹機的工作特性,進行控製係統硬件設計。
l、控製係統方案
1.1幹燥烘幹機工作原理
穀物循環式緩蘇幹燥烘幹機主要由升運器、風機、加熱裝置、控製箱、幹燥室、緩蘇倉、排(pai)糧(liang)裝(zhuang)置(zhi)等(deng)構(gou)成(cheng)。幹(gan)燥(zao)時(shi)穀(gu)物(wu)靠(kao)自(zi)重(zhong)在(zai)幹(gan)燥(zao)烘(hong)幹(gan)機(ji)內(nei)連(lian)續(xu)流(liu)動(dong),在(zai)流(liu)動(dong)的(de)過(guo)程(cheng)中(zhong)實(shi)現(xian)幹(gan)燥(zao)與(yu)緩(huan)蘇(su)。通(tong)過(guo)改(gai)變(bian)排(pai)糧(liang)裝(zhuang)置(zhi)的(de)轉(zhuan)速(su),可(ke)以(yi)控(kong)製(zhi)穀(gu)物(wu)在(zai)幹(gan)燥(zao)室(shi)的(de)滯(zhi)留(liu)時(shi)間(jian),調(tiao)整(zheng)整(zheng)批(pi)穀(gu)物(wu)幹(gan)燥(zao)的(de)均(jun)勻(yun)性(xing);通過調控風機的引風量和燃燒器燃燒狀態,實現幹燥工藝過程控製。
1.2幹燥烘幹機運轉過程
幹燥烘幹機接通電源後,係統完成複位自檢,顯示待工作狀態。設定幹燥溫度、幹燥目標值,然後按“進糧”按鈕,快速喂入濕穀。按下“幹燥”功能鍵,按照內存程序的設定選擇幹燥方式,確定引風機和燃燒器的工作狀態。由單片機根據物料水分、溫度、風壓測定結果自動調整風量、幹燥溫度,實時控製燃燒器供油狀態。當物料含水率達到目標值時,幹燥烘幹機按照設定的停機程序切斷供油,通風冷卻,切斷風機、排糧電機電源,所有中斷均按“停止”按鈕。
1.3幹燥過程控製
幹燥過程的控製量v(t)是幹燥溫度和風機引風量。幹燥溫度(進風溫度)是幹燥過程控製係統的給定量,同時又是燃燒器控製係統的輸出量。對燃燒器采用了如圖1所示計算機反饋控製係統。
幹燥溫度控製係統的擾動量f(t)不僅有環境的溫度、濕度、物料的水分狀態,同時還有通風量的波動。幹燥烘幹機運轉初期的給定值x(t)是幹燥溫度和物料終了含水率。幹燥過程中的r(t)由幹燥工藝要求的控製程序設定,即由專家係統ri,2]給出過程控製規律。過程檢測的主要信號是熱風溫度、風壓和物料含水率。溫度測量采用熱電阻溫度計,物料含水率檢測采用自行研製的穀物含水率測定裝置,測定規律由程序設定。
2、單片機控製係統結構
采用單片機80C51作為控製器的CPU。外部擴展EPROM 2764,RAM 6264,通用I/()口8155,數模轉換器DAC0832輸出變頻器控製信號,由變頻器控製排糧裝置和升運器轉速。模數轉換器采用ADC0809,鍵盤、顯示器選8279芯片控製。外部中斷“0”設計為緊急停機,外部中斷“1”為執行數據查詢和幹燥運轉方式。控製係統分為數據檢測模塊、動作執行模塊、鍵盤設定顯示模塊、安全檢測報警模塊、數據通訊模塊,結構如圖2所示。
影響穀物幹燥的主要因素有:環境溫濕度、排氣溫濕度、熱風溫度、風量、排糧速度、穀物含水率、幹燥時間、gucenghoududeng。ganzaoguochengzhongrefengwendudebianhuazuiweipinfan,caiyongshedingrefengwendushangxiaxianzhihekongzhigongyouliangdekongzhishouduanbaozhengrefengwenduzaiyunxufanweinei。tongguotiaokongganzaohongganjipailianglun、排pai糧liang螺luo旋xuan輸shu送song器qi以yi及ji升sheng運yun器qi的de轉zhuan速su來lai調tiao節jie處chu理li過guo程cheng,以yi實shi時shi控kong製zhi穀gu物wu在zai幹gan燥zao段duan受shou熱re的de滯zhi留liu時shi間jian。穀gu物wu含han水shui狀zhuang態tai是shi確que定ding幹gan燥zao條tiao件jian以yi及ji處chu理li幹gan燥zao方fang式shi、幹燥時間、熱風流動狀態等過程控製量的主要依據,是幹燥中的決策變量。
3、係統控製模塊設計
3.1 數據采集模塊
數據采集模塊由溫度傳感器、變送器、模數轉換電路、單片機組成。選用PT100熱敏電阻器及S108高分子濕敏電容作為感溫、感濕元件,配以WS302溫濕度變送器,將物理信號轉換成0~5 V的標準電壓信號輸出。溫度測量範圍在0N100 C,精度為±0.5 C;采用自製的測試係統檢測物料含水率,測量精度±1%。測量模擬信號依次送入ADC0809,經過A/D轉換進入單片機。A/D轉換選用ADC0809芯片,分辨力為0.4。ADC0809的時鍾取自8031的AI}E經二分頻的信號,當A/D轉換完畢,8031讀取轉換後的數字量。ADC0809與片外的RAM統一編址。數據采集模塊完成信息采集後,經單片機處理、顯示輸出的同時,亦可通過串行口向外部傳輸。
數據采集按照設定的時間間隔進行,通過改變定時器中斷次數得到不同定時間隔。每采集15個數據為一數據樣,采用“冒泡排序法”、平均濾波法和移動平均加權濾波法確定數據的權重,受幹擾較小的數據權重較大,受幹擾大的數據權重較小。
采集到的模擬量經ADC0809轉換為計算機可辨識的二進製數字量,進行運算判斷,執行控製程序。經過數製轉換在顯示麵板上顯示十進製。
3.2 數據通訊模塊
幹燥過程檢測到的數據可以傳輸到外部接收設備,如集錄儀或計算機,可以自動追蹤幹燥烘幹機的運行數據。單片機的P3.0、P3.1口作為串行通訊輸入輸出。由於異步通信雙方各自有自己的時鍾源,為保證捕捉到的信號正確,選擇的時鍾頻率比波特率高64倍。晶振采用11. 059 MHz,定時器產生2 400的波特率。選用ICIJ232轉換芯片,實現單片機與外部集錄儀或計算機通訊。
3.3 動作執行模塊
動作執行機構包括水分檢測計、提升機、燃燒器、風機、排糧電機等,單片機控製係統由PI()8155的通用I/0口控製外部各執行機構,通過固態繼電器(SSR)等中間設備實現弱電控製強電。數字信號經8155芯片轉變成模擬信號,然後由0~5 V的電壓信號驅動外部執行機構。
3.3.1 循環速度的控製
通過DlA轉換器DAC0832輸出控製量,控製變頻器的輸入電壓,調整排糧輪的轉速,以調整循環速度。CPU接收到水分檢測儀和溫度傳感器輸入的離散化數字量後,做出控製判斷,查規則表確定排糧電機的轉速,向變頻器輸出0~5V的標準電壓信號的控製模擬量,由變頻器控製排糧電機的轉速。DAC的輸出采用單緩衝方式,將二級寄存器的控製信號並接,輸入數據在控製信號作用下直接寫入DAC寄存器中。
3.3.2進糧控製
通過PI()8155的PB.0口(kou)連(lian)接(jie)的(de)固(gu)態(tai)繼(ji)電(dian)器(qi)控(kong)製(zhi)提(ti)升(sheng)機(ji)的(de)電(dian)源(yuan)。係(xi)統(tong)接(jie)通(tong)電(dian)源(yuan)複(fu)位(wei),啟(qi)動(dong)提(ti)升(sheng)機(ji)。在(zai)幹(gan)燥(zao)烘(hong)幹(gan)機(ji)上(shang)部(bu)裝(zhuang)有(you)光(guang)電(dian)料(liao)位(wei)傳(chuan)感(gan)器(qi),當(dang)料(liao)位(wei)達(da)到(dao)預(yu)定(ding)量(liang)時(shi),輸(shu)出(chu)端(duan)發(fa)出(chu)糧(liang)滿(man)報(bao)警(jing)信(xin)號(hao)和(he)控(kong)製(zhi)信(xin)號(hao),控(kong)製(zhi)電(dian)路(lu)的(de)繼(ji)電(dian)器(qi)斷(duan)開(kai)常(chang)閉(bi)開(kai)關(guan),切(qie)斷(duan)提(ti)升(sheng)機(ji)的(de)電(dian)源(yuan),停(ting)止(zhi)運(yun)轉(zhuan)。在(zai)進(jin)糧(liang)過(guo)程(cheng)中(zhong)采(cai)用(yong)查(zha)詢(xun)等(deng)待(dai)方(fang)式(shi)檢(jian)測(ce)進(jin)糧(liang)狀(zhuang)態(tai)。
3.3.3 水分檢測控製
自行研製了電阻式在線水分檢測裝置。PI08155的PB.1口控製水分檢測儀驅動電機電源。由程序控製采樣時間間隔。檢測的模擬量經模數轉換存儲在寄存器(SFR)中。在水分計將檢測到的含水率送入模數ADC轉換器後,CPU即發出中斷指令,切斷水分檢測驅動電機電源,完成一次檢測。
3.3.4燃燒器的控製
幹(gan)燥(zao)過(guo)程(cheng)中(zhong)熱(re)風(feng)溫(wen)度(du)因(yin)受(shou)到(dao)各(ge)種(zhong)幹(gan)擾(rao)因(yin)素(su)的(de)影(ying)響(xiang)而(er)不(bu)停(ting)地(di)波(bo)動(dong)。為(wei)保(bao)持(chi)燃(ran)燒(shao)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing),把(ba)燃(ran)燒(shao)器(qi)的(de)供(gong)油(you)量(liang)固(gu)定(ding)在(zai)相(xiang)對(dui)較(jiao)小(xiao)的(de)變(bian)化(hua)範(fan)圍(wei)內(nei),通(tong)過(guo)調(tiao)整(zheng)送(song)風(feng)量(liang)和(he)排(pai)糧(liang)速(su)度(du)達(da)到(dao)改(gai)變(bian)幹(gan)燥(zao)溫(wen)度(du)和(he)幹(gan)燥(zao)時(shi)間(jian)的(de)目(mu)的(de)。PI08155的PB.2口控製燃燒器的電源開關,按溫度傳感器的反饋信息設計幹燥烘幹機模糊控製。為防止溫度過高、過(guo)低(di)的(de)安(an)全(quan)隱(yin)患(huan),在(zai)幹(gan)燥(zao)室(shi)熱(re)風(feng)入(ru)口(kou)處(chu)安(an)裝(zhuang)極(ji)限(xian)溫(wen)度(du)控(kong)製(zhi)器(qi),用(yong)熱(re)電(dian)偶(ou)測(ce)量(liang)溫(wen)度(du),輸(shu)出(chu)繼(ji)電(dian)器(qi)開(kai)關(guan)控(kong)製(zhi)信(xin)號(hao),常(chang)閉(bi)觸(chu)點(dian)開(kai)關(guan)與(yu)燃(ran)燒(shao)器(qi)的(de)電(dian)源(yuan)線(xian)連(lian)為(wei)一(yi)體(ti),常(chang)開(kai)開(kai)關(guan)連(lian)接(jie)報(bao)警(jing)指(zhi)示(shi)燈(deng)。
3.3.5風機的控製
風機在幹燥過程中處於連續運轉狀態,控製較為簡單。PI08155的PB.3口kou控kong製zhi風feng機ji的de電dian源yuan開kai關guan。在zai幹gan燥zao烘hong幹gan機ji開kai始shi進jin糧liang的de同tong時shi啟qi動dong風feng機ji通tong風feng,按an照zhao幹gan燥zao工gong藝yi要yao求qiu,初chu期qi的de通tong風feng量liang相xiang對dui較jiao大da,低di水shui分fen階jie段duan風feng量liang減jian小xiao,溫wen度du隨sui之zhi升sheng高gao。幹gan燥zao結jie束shu時shi,首shou先xian中zhong斷duan燃ran燒shao器qi供gong油you,繼ji續xu通tong風feng10min,使油路中的燃料燃盡,高溫部件得到充分冷卻。
3.4鍵盤設定顯示模塊
鍵盤、顯示器是控製係統的輸入、輸出設備,可實現人機對話、參數設定、測量結果、查詢內容等功能。在幹燥過程控製係統中,要求完成多路參數巡回檢測、數據處理、控製計算等工作,實時性要求高。為節省CPU工作時間,鍵盤顯示器采用硬件掃描方式。選用通用鍵盤、顯示接口芯片8279。
3.5 安全檢測報警模塊
幹燥過程出現異常時的中斷申請均設計成低電平申請響應,8031的P3.2、P3.3分別是外部中斷“0”和外部中斷“1”的引腳,通過按鍵與電源模擬連接。申請中斷時按下中斷鍵,等待CPU響應,轉入執行程序。外部中斷“0”是緊急停機,包括停止燃油供給和各電機運轉等。外部中斷“1”shizhixingshujuzhaxunheganzaoyunzhuanfangshigongneng,yunzhuanfangshibaokuodingshiyunzhuanhezidongyunzhuanliangzhongfangshi。weilegengqingchudeguanchaganzaohongganjiyunzhuanqingkuang,zaikongzhimianbanshangshejilegezhongyunzhuanzhuangtaizhishideng,xuanyongfaguangerjiguanzuoweizhishideng,yiPI08155的PC. 0~5口和8031的Pl. 0~1.7口為輸出口,Pl口在CPU複位後為高電平狀態,所以與Pl口連結的發光二極管共陽極,815 5PC口連結的發光二極管共陰極。
4、結束語
benyanjiukaifaledanpianjiganzaoguochengkongzhixitongbingshixianledanpianjiyujisuanjideshuangxiangtongxun,jiangguwushencengganzaozhuanjiaxitongyongyuganzaohongganjichuliguochengkongzhixitong,weikaifazhinengxingjizhongkongzhiganzaozhongxindiandinglejishujichu。



