王志軍

〔新疆農(nóng)墾現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展集團(tuán)有限公司，新疆克拉瑪依834000〕

一、引言

棉花加工過程中，不同工藝環(huán)節(jié)對回潮率的要求不同。研究表明：籽棉回潮率在5%～6.5%時(shí)，籽棉清理機(jī)的清雜效率較高，可以充分清除籽棉中的雜質(zhì)，為此在籽棉預(yù)處理過程中需要對籽棉回潮率進(jìn)行控制。由于國內(nèi)環(huán)保要求逐漸提高，近年來加工廠逐步將籽棉干燥用的燃煤熱源更換為電熱源或者燃?xì)鉄嵩?，干燥熱風(fēng)溫度便于精確控制，為棉花回潮率的精確控制提供了有利條件。

二、控制對象介紹

籽棉干燥熱源為直燃式燃?xì)鉅t，無需交換器，溫度調(diào)節(jié)過程響應(yīng)速度較快。燃?xì)鉅t使用線性燃燒器，燃燒器直接安裝在風(fēng)道內(nèi)，待加熱的空氣從燃燒器中間和旁邊流過，部分空氣為燃燒提供氧氣助燃，大部分空氣與燃燒產(chǎn)生的高溫氣體直接混合，形成用于干燥籽棉的熱風(fēng)。燃?xì)鉅t通過控制天然氣進(jìn)氣量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)燃燒器火焰強(qiáng)度，進(jìn)而調(diào)節(jié)出口熱風(fēng)溫度。

籽棉預(yù)處理過程中可通過控制干燥熱風(fēng)溫度對籽棉回潮率進(jìn)行調(diào)控。對于相同回潮率的籽棉，干燥熱風(fēng)溫度越高，干燥后籽棉回潮率越低；相反干燥熱風(fēng)溫度越低，干燥后回潮率越高。為此，控制干燥后籽棉回潮率的關(guān)鍵是基于干燥后籽棉回潮率值對干燥熱風(fēng)溫度進(jìn)行反饋控制。

MJHZ型籽棉回潮率在線檢測裝置安裝在籽棉輸送管道上，該裝置使用電阻法對管道中的籽棉回潮率值進(jìn)行測量，測量后籽棉回潮值通過無線通訊發(fā)送到籽棉回潮率控制系統(tǒng)，為籽棉回潮率閉環(huán)控制提供重要的反饋信息。

三、串級控制系統(tǒng)介紹

串級控制系統(tǒng)是使用較為廣泛的一種復(fù)雜控制系統(tǒng)，其特點(diǎn)是系統(tǒng)有兩個(gè)閉環(huán)回路，主閉環(huán)回路在外面，副閉環(huán)回路在里面。在串級控制中，無論是主回路還是副回路都有著各自的控制對象、測量變送器和控制器。在主回路中的控制對象、被測參數(shù)和控制器分別被稱為主對象、主參數(shù)和主控制器；在副回路內(nèi)則相應(yīng)地被稱為副對象、副參數(shù)和副控制器。主控制器具有自己獨(dú)立的給定值，它的輸出作為副控制器的給定值，而副控制器的輸出信號則送到控制機(jī)構(gòu)去控制生產(chǎn)過程。

四、干燥后籽棉回潮率串級控制設(shè)計(jì)

籽棉干燥過程中有干燥后籽棉回潮率與干燥熱風(fēng)溫度兩個(gè)對象需要控制。籽棉回潮率控制器為主控制器，燃?xì)鉅t熱風(fēng)溫度控制器為副控制器。主控制器按回潮率的測量返回值與回潮設(shè)定值的偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，其輸出作為燃?xì)鉅t溫度控制器的設(shè)定值，使用PID控制算法。副控制器是按熱風(fēng)溫度的測量反饋值與控制器輸出值的偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，其輸出直接控制執(zhí)行器（燃?xì)膺M(jìn)氣量調(diào)節(jié)閥），使用PID控制算法。控制系統(tǒng)的組成原理框圖如圖1所示。

圖1 回潮率串級控制系統(tǒng)方框圖

五、籽棉回潮率串級控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

本串級控制系統(tǒng)基于西門子PLC S7-200 SMART進(jìn)行實(shí)施。系統(tǒng)使用溫度采集模塊對PT100熱電阻檢測的溫度信號進(jìn)行采集；通過無線通信技術(shù)對籽棉回潮率檢測裝置的測量值進(jìn)行讀取；通過觸控屏對系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置與操作；通過PLC完成邏輯控制與回潮率串級控制。

使用Micro/WIN SMART編程軟件，建立燃?xì)鉅t熱風(fēng)控制回路與籽棉回潮控制回路，編寫控制程序。在程序中籽棉回潮率設(shè)定值儲存在寄存器VD212中，干燥后籽棉回潮檢測反饋值儲存在寄存器VW534中。在自動控制狀態(tài)下，根據(jù)回潮率檢測反饋值和回潮率設(shè)定值，籽棉回潮率控制器自動計(jì)算出干燥后籽棉回潮率要達(dá)到設(shè)定值所需的干燥熱風(fēng)溫度，并將所需干燥溫度寫入寄存器VW560中，寄存器VW560中的數(shù)值經(jīng)數(shù)據(jù)格式處理后最終寫入寄存器VD204。寄存器VD204中儲存數(shù)據(jù)為燃?xì)鉅t溫度控制器的設(shè)定值，寄存器AIW18中為干燥熱風(fēng)溫度檢測反饋值。根據(jù)熱風(fēng)溫度的設(shè)定值與熱風(fēng)溫度的反饋值，燃?xì)鉅t溫度控制器自動控制天然氣進(jìn)氣量調(diào)節(jié)閥的開度調(diào)節(jié)火力大小，對熱風(fēng)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，完成籽棉回潮的串級控制。通過對兩個(gè)控制器PID控制參數(shù)的整定與優(yōu)化，最終干燥熱風(fēng)溫度控制精度達(dá)到±1℃，干燥后籽棉回潮率控制精度達(dá)到±0.5%，滿足籽棉預(yù)處理環(huán)節(jié)對籽棉回潮率的控制要求。

六、結(jié)論

隨著技術(shù)發(fā)展，棉花加工行業(yè)諸多問題得到解決。以前籽棉干燥用的燃煤熱源在溫度控制過程中存在較大滯后性，棉花干燥回潮率的精確控制沒有得到很好地解決。文中控制系統(tǒng)使用溫控滯后性較小的直燃式燃?xì)鉅t，通過串級控制系統(tǒng)很好地實(shí)現(xiàn)籽棉預(yù)處理環(huán)節(jié)回潮率的精確控制，解決了棉花加工行業(yè)一個(gè)技術(shù)難題，對促進(jìn)棉花產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效具有重要意義。