邵陽(yáng)學(xué)院信息工程學(xué)院 鄧梓良 江世明

生物質(zhì)爐灶智能控制器的料機(jī)設(shè)計(jì)

邵陽(yáng)學(xué)院信息工程學(xué)院 鄧梓良 江世明

生物質(zhì)燃料作為一種可直接燃燒的新型清潔燃料，有效地利用這些生物質(zhì)材料，能夠有效地節(jié)能減排。但生物質(zhì)燃料在燃燒過(guò)程中如果燃燒不充分，會(huì)出現(xiàn)冒濃煙現(xiàn)象，影響環(huán)境?？紤]到工廠的使用環(huán)境和強(qiáng)大的電磁干擾等特殊情況，生物質(zhì)燃料灶智能控制器使用PLC作為控制核心，采用溫度傳感器實(shí)現(xiàn)給料自動(dòng)控制，采用觸摸屏作為控制和顯示設(shè)備，實(shí)現(xiàn)操作智能化，觸摸屏與PLC之間進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，可隨時(shí)切換生物質(zhì)控制器的工作狀態(tài)。

生物質(zhì)燃料；控制器；PLC

0 引言

在我國(guó)，對(duì)生物質(zhì)成型燃料燃燒所進(jìn)行的理論研究很少，對(duì)生物質(zhì)成型燃料的燃燒機(jī)理及動(dòng)力學(xué)特性研究才剛剛開(kāi)始，關(guān)于生物質(zhì)成型燃料燃燒理論與數(shù)據(jù)還沒(méi)有人系統(tǒng)地提出。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與人們生活水平的提高，木材下腳料、植物秸稈的剩余量越來(lái)越大，由于這些廢棄物密度小，占用空間大，銷(xiāo)毀處理不但需要大量的人力、物力，且污染環(huán)境。如在我國(guó)遼闊的平原上，每年有幾千萬(wàn)噸的秸稈、稻草、稻殼、花生殼、玉米芯、油茶殼、棉籽殼等生物質(zhì)燃料就地焚燒，直接導(dǎo)致大氣污染，部分地區(qū)因此產(chǎn)生霧霾。另一方面，工廠、單位、酒店、賓館、學(xué)校等絕大部分是以煤或油作為燃料，煤、油的燃燒會(huì)給環(huán)境造成巨大污染．如何有效利用這些生物質(zhì)材料，節(jié)能減排，造福人類(lèi)。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本控制器硬件系統(tǒng)主要由PLC控制器、風(fēng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速模塊、料機(jī)PWM調(diào)速模塊、水位傳感器、按鍵模塊等組成。硬件系統(tǒng)方框圖如圖1所示。

圖1 硬件系統(tǒng)方框圖

2 料機(jī)調(diào)速設(shè)計(jì)

采用國(guó)產(chǎn)PLC國(guó)產(chǎn)三菱plcFX2N在線下載監(jiān)控觸摸屏文本斷電保持內(nèi)置電源，

調(diào)速采用外圍電路采用比US52 US6120交流測(cè)速變速電機(jī)調(diào)速器，減速電機(jī) 減速馬達(dá)調(diào)速板。調(diào)速實(shí)物設(shè)計(jì)，通過(guò)原理分析，原理圖設(shè)計(jì)，程序設(shè)計(jì)。需要搭建品臺(tái)驗(yàn)證其正確性與可靠性，產(chǎn)品測(cè)試圖如圖2所示：

圖2 電機(jī)測(cè)試

3 調(diào)速數(shù)據(jù)測(cè)量

通過(guò)按鍵調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，通過(guò)轉(zhuǎn)速表測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速，輸入輸出數(shù)據(jù)如表1所示：

表1 數(shù)據(jù)測(cè)量

通過(guò)表1可知，誤差控制在5.00%以內(nèi)，符合設(shè)計(jì)要求。

4 觸控界面設(shè)計(jì)

在本系統(tǒng)中，觸摸屏要擔(dān)任監(jiān)控系統(tǒng)各個(gè)部分的運(yùn)行狀態(tài)，而且還需要擔(dān)任控制作用，所以在設(shè)計(jì)觸控界面軟件設(shè)計(jì)時(shí)，需要全面考慮各個(gè)功能部分，必須以觸摸屏為人機(jī)交互界面，把操作和顯示集于一體，實(shí)時(shí)顯示溫度風(fēng)量料量及設(shè)備運(yùn)行狀況。使用You-Kong觸摸屏軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件，按照流程以及PLC的梯形圖對(duì)寄存器的分配設(shè)計(jì)好觸摸屏界面。雖然組態(tài)和梯形圖程序不是很復(fù)雜，但是在數(shù)據(jù)交互和連接時(shí)還是會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。因此在界面設(shè)計(jì)初期，就需要配置用戶應(yīng)用軟件。使用軟件工具對(duì)PLC各種資源進(jìn)行分配。界面設(shè)計(jì)完成后，下載到觸摸屏里面去。效果圖如圖3所示。

圖3 觸摸屏界面設(shè)計(jì)效果圖

5 系統(tǒng)工作流程設(shè)計(jì)

由于生物質(zhì)構(gòu)建不一樣，使用條件不一樣，采取分區(qū)間實(shí)現(xiàn)智能控制，以燃燒后的溫度和排放量來(lái)調(diào)節(jié)供料的大小,從而使生物質(zhì)燃料燃燒更加充分，C02等有害氣體凈排放量更小。以觸摸屏為人機(jī)交互界面,把操作和顯示集于一體,實(shí)時(shí)顯示溫度風(fēng)量料量及設(shè)備運(yùn)行狀況。因此需要分為3個(gè)檔位進(jìn)行控制。首先在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，需要開(kāi)機(jī)自檢，就是檢測(cè)各個(gè)部分是否工作正常，在系統(tǒng)正常的情況下才能按下點(diǎn)火鍵，系統(tǒng)開(kāi)始點(diǎn)火。在點(diǎn)火階段也就是系統(tǒng)運(yùn)行階段，本階段需要先送料，然后點(diǎn)火送風(fēng)。在點(diǎn)火完成后，需要人為控制不同的檔位，使得火力的大小不一樣。在按下停機(jī)鍵后，系統(tǒng)首先停止送料，然后進(jìn)行吹風(fēng)，需要把灶內(nèi)的生物質(zhì)燃料全部吹干凈。

6 測(cè)試結(jié)論

系統(tǒng)在PLC控制下，對(duì)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，控制生物質(zhì)燃料灶的風(fēng)和料的比例，使得灶內(nèi)長(zhǎng)期處于穩(wěn)定的燃燒環(huán)境，能夠使生物質(zhì)燃料充分燃燒。但是，因灶的使用環(huán)境惡劣，高溫潮濕等惡劣條件下，對(duì)電子元器件的阻值精度，穩(wěn)定性，電感量等參數(shù)影響都非常大，使得產(chǎn)品的穩(wěn)定性以及可靠性降低。在今后的研究中需要使用質(zhì)量可靠的元器件，對(duì)控制器進(jìn)行降溫與防水措施，提高控制器的可靠度以及降低控制器的返廠率。

[1]譚季秋,宋曉波,朱培立,胡為民,龔磊.生物質(zhì)氣化爐智能控制器設(shè)計(jì)[J].湖南工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010(02).

[2]蔣明華.生物質(zhì)電廠上料控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].揚(yáng)州大學(xué),2014.

[3]趙慶.生物質(zhì)秸稈炭化爐的結(jié)構(gòu)優(yōu)化與試驗(yàn)研究[D].石河子大學(xué),2014.

鄧梓良（1966—），男，大學(xué)本科，現(xiàn)就讀于邵陽(yáng)學(xué)院信息工程學(xué)院電子信息工程專業(yè)，研究方向：嵌入式系統(tǒng)。