秸稈顆粒水暖鍋爐的自動控制系統

劉 偉 孟慶福 張立明

(黑龍江省農業機械工程科學研究院齊齊哈爾農業機械化研究所，黑龍江 齊齊哈爾 161005)

1 自動控制系統的目的和要求

本文主要研究了一套燃燒自動控制系統，在不需要外界干涉的情況下，實現完全自動運行，包括能夠實現自動進料、自動點火、自動清查，同時該控制系統還要能夠根據與水暖鍋爐的水溫情況實現自動熄滅和自動重啟等功能。

我們設計自動控制系統一般有2種功能模式：一種是自動運行模式，另一種是手動調整模式。在自動運行模式下，只要開啟控制開關，控制系統就會按照設計好的運行流程全程自動運行，不需要任何外界干涉，手動調整模式下，部分控制參數是可以手動調整的，因為在使用不同種燃料時，最佳運行參數往往是不相同的，為了保證使用時能達到最佳效果，部分控制參數需要根據燃料和使用環境進行不同調整。

圖1

該自動控制系統應該達到以下要求：

(1)由于燃燒器屬于熱利用設備，因此安全性要求比較高，所以要求燃燒器自動控制系統必須穩定、可靠、安全，同時要求操作方便；

(2)由于燃燒器使用時安裝的位置比較低矮，因此要求控制系統設計一個與機體分離的控制裝置，能夠方便操作者的使用；

(3)自動控制系統運行時，要求當水暖鍋爐達到一定溫度時，燃燒器能夠自動熄滅，而且這個水溫應該是可以由操作者自行設置的，設置范圍在50～90℃；同時要求當水暖鍋爐水溫下降到一定溫度時，燃燒器可以自動重新啟動，設置范圍為10～22℃；

(4)由于不同的燃料點火性能具有一定的差異，因此要求自動控制系統的初始進料量和風速是可以調節的。根據實際試驗，點火進料的電機連續運行范圍是0～150s，點火時風速要求為2.8m/s左右；

(5)自動控制系統在正常運行時，要求進料速度、風速、清渣速度是可以調節的。

2 總體設計方案

秸稈顆粒水暖鍋爐的控制系統主要分為4個單元，分別是：人機交互單元、驅動單元、信號采集單元、執行單元，控制系統結構如圖2所示。

圖2

2.1 自動控制系統各組成單元分析

(1)人機交互單元。人機交互單元主要結構就是一個控制盒，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。控制盒上有一些按鍵和旋轉鈕，可以對自動控制系統一些運行和參數進行控制調節。

(2)驅動單元。驅動單元主要是由各種變壓器、繼電器等驅動元器件組成，主要功能是接受控制系統發出的操作指令然后采取相應的控制動作去控制各種執行部件。

(3)信號采集單元。信號采集單元由水溫傳感器、溫控開關和火焰傳感器組成，它們主要是實時采集控制系統運行時的各種參數，然后反饋至控制器以保證控制系統正常運行。

(4)執行單元。燃燒器的執行單元主要是一些燃燒器運行時的功能部件，包括點火絲、風機、進料電機和清查電機，它們接受驅動單元的直接控制，實現停、轉、變速等各種功能。

2.2 自動控制系統總流程

將以上幾個組成單元融合在一起，就得出總流程，如圖3所示。

圖3

3 主要部件設計

自動控制系統中控制盒在整個控制系統中屬于外置設備，為了實際操作中的安全與方便，操作盒是從燃燒器中引出的。它是自動控制系統中人機交互的主要媒介，一方面，操作者的調節意圖要通過控制盒傳遞給燃燒器，另一方面，燃燒器的部分運行狀態參數通過操作盒反饋給操作者，這樣才能實現操作者盒機器之間的交流。本自動控制系統操作盒面板設計如圖4所示。

圖4

4 結語

該自動控制系統實現燃燒器在不需要外界干涉的情況下能實現自動運行，能根據水暖鍋爐水溫情況自動熄滅和自動重啟。同時，由于不同秸稈顆粒燃料的差異性比較大，所以在必要的時候系統還可以對初始進料量、進料速度、風速、清渣速度等控制參數進行手動調節。該項研究有效解決了秸稈顆粒燃燒的自動控制問題，為促進秸稈綜合利用起到了積極的作用。