秸稈顆粒水暖鍋爐的自動(dòng)控制系統(tǒng)

劉 偉 孟慶福 張立明

(黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院齊齊哈爾農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，黑龍江 齊齊哈爾 161005)

1 自動(dòng)控制系統(tǒng)的目的和要求

本文主要研究了一套燃燒自動(dòng)控制系統(tǒng)，在不需要外界干涉的情況下，實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)運(yùn)行，包括能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)進(jìn)料、自動(dòng)點(diǎn)火、自動(dòng)清查，同時(shí)該控制系統(tǒng)還要能夠根據(jù)與水暖鍋爐的水溫情況實(shí)現(xiàn)自動(dòng)熄滅和自動(dòng)重啟等功能。

我們設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)一般有2種功能模式：一種是自動(dòng)運(yùn)行模式，另一種是手動(dòng)調(diào)整模式。在自動(dòng)運(yùn)行模式下，只要開啟控制開關(guān)，控制系統(tǒng)就會按照設(shè)計(jì)好的運(yùn)行流程全程自動(dòng)運(yùn)行，不需要任何外界干涉，手動(dòng)調(diào)整模式下，部分控制參數(shù)是可以手動(dòng)調(diào)整的，因?yàn)樵谑褂貌煌N燃料時(shí)，最佳運(yùn)行參數(shù)往往是不相同的，為了保證使用時(shí)能達(dá)到最佳效果，部分控制參數(shù)需要根據(jù)燃料和使用環(huán)境進(jìn)行不同調(diào)整。

圖1

該自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)該達(dá)到以下要求：

(1)由于燃燒器屬于熱利用設(shè)備，因此安全性要求比較高，所以要求燃燒器自動(dòng)控制系統(tǒng)必須穩(wěn)定、可靠、安全，同時(shí)要求操作方便；

(2)由于燃燒器使用時(shí)安裝的位置比較低矮，因此要求控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)與機(jī)體分離的控制裝置，能夠方便操作者的使用；

(3)自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，要求當(dāng)水暖鍋爐達(dá)到一定溫度時(shí)，燃燒器能夠自動(dòng)熄滅，而且這個(gè)水溫應(yīng)該是可以由操作者自行設(shè)置的，設(shè)置范圍在50～90℃；同時(shí)要求當(dāng)水暖鍋爐水溫下降到一定溫度時(shí)，燃燒器可以自動(dòng)重新啟動(dòng)，設(shè)置范圍為10～22℃；

(4)由于不同的燃料點(diǎn)火性能具有一定的差異，因此要求自動(dòng)控制系統(tǒng)的初始進(jìn)料量和風(fēng)速是可以調(diào)節(jié)的。根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)，點(diǎn)火進(jìn)料的電機(jī)連續(xù)運(yùn)行范圍是0～150s，點(diǎn)火時(shí)風(fēng)速要求為2.8m/s左右；

(5)自動(dòng)控制系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，要求進(jìn)料速度、風(fēng)速、清渣速度是可以調(diào)節(jié)的。

2 總體設(shè)計(jì)方案

秸稈顆粒水暖鍋爐的控制系統(tǒng)主要分為4個(gè)單元，分別是：人機(jī)交互單元、驅(qū)動(dòng)單元、信號采集單元、執(zhí)行單元，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2

2.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)各組成單元分析

(1)人機(jī)交互單元。人機(jī)交互單元主要結(jié)構(gòu)就是一個(gè)控制盒，控制盒里主要有控制芯片、外圍電路等組成，另外，為了安裝和使用上的方便，水溫傳感也是直接接在控制盒上?？刂坪猩嫌幸恍┌存I和旋轉(zhuǎn)鈕，可以對自動(dòng)控制系統(tǒng)一些運(yùn)行和參數(shù)進(jìn)行控制調(diào)節(jié)。

(2)驅(qū)動(dòng)單元。驅(qū)動(dòng)單元主要是由各種變壓器、繼電器等驅(qū)動(dòng)元器件組成，主要功能是接受控制系統(tǒng)發(fā)出的操作指令然后采取相應(yīng)的控制動(dòng)作去控制各種執(zhí)行部件。

(3)信號采集單元。信號采集單元由水溫傳感器、溫控開關(guān)和火焰?zhèn)鞲衅鹘M成，它們主要是實(shí)時(shí)采集控制系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的各種參數(shù)，然后反饋至控制器以保證控制系統(tǒng)正常運(yùn)行。

(4)執(zhí)行單元。燃燒器的執(zhí)行單元主要是一些燃燒器運(yùn)行時(shí)的功能部件，包括點(diǎn)火絲、風(fēng)機(jī)、進(jìn)料電機(jī)和清查電機(jī)，它們接受驅(qū)動(dòng)單元的直接控制，實(shí)現(xiàn)停、轉(zhuǎn)、變速等各種功能。

2.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)總流程

將以上幾個(gè)組成單元融合在一起，就得出總流程，如圖3所示。

圖3

3 主要部件設(shè)計(jì)

自動(dòng)控制系統(tǒng)中控制盒在整個(gè)控制系統(tǒng)中屬于外置設(shè)備，為了實(shí)際操作中的安全與方便，操作盒是從燃燒器中引出的。它是自動(dòng)控制系統(tǒng)中人機(jī)交互的主要媒介，一方面，操作者的調(diào)節(jié)意圖要通過控制盒傳遞給燃燒器，另一方面，燃燒器的部分運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)通過操作盒反饋給操作者，這樣才能實(shí)現(xiàn)操作者盒機(jī)器之間的交流。本自動(dòng)控制系統(tǒng)操作盒面板設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4

4 結(jié)語

該自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)燃燒器在不需要外界干涉的情況下能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行，能根據(jù)水暖鍋爐水溫情況自動(dòng)熄滅和自動(dòng)重啟。同時(shí)，由于不同秸稈顆粒燃料的差異性比較大，所以在必要的時(shí)候系統(tǒng)還可以對初始進(jìn)料量、進(jìn)料速度、風(fēng)速、清渣速度等控制參數(shù)進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)。該項(xiàng)研究有效解決了秸稈顆粒燃燒的自動(dòng)控制問題，為促進(jìn)秸稈綜合利用起到了積極的作用。