王志軍

〔新疆農墾現(xiàn)代農業(yè)產業(yè)化發(fā)展集團有限公司，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，籽棉清理機的清雜效率較高，可以充分清除籽棉中的雜質，為此在籽棉預處理過程中需要對籽棉回潮率進行控制。由于國內環(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氣熱源，干燥熱風溫度便于精確控制，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氣爐，無需交換器，溫度調節(jié)過程響應速度較快。燃氣爐使用線性燃燒器，燃燒器直接安裝在風道內，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生的高溫氣體直接混合，形成用于干燥籽棉的熱風。燃氣爐通過控制天然氣進氣量調節(jié)閥調節(jié)燃燒器火焰強度，進而調節(jié)出口熱風溫度。

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

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雜控制系統(tǒng)，其特點是系統(tǒng)有兩個閉環(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；在副回路內則相應地被稱為副對象、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構去控制生產過程。

四、干燥后籽棉回潮率串級控制設計

籽棉干燥過程中有干燥后籽棉回潮率與干燥熱風溫度兩個對象需要控制。籽棉回潮率控制器為主控制器，燃氣爐熱風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定值的偏差進行調節(jié)，其輸出作為燃氣爐溫度控制器的設定值，使用PID控制算法。副控制器是按熱風溫度的測量反饋值與控制器輸出值的偏差進行調節(jié)，其輸出直接控制執(zhí)行器（燃氣進氣量調節(jié)閥），使用PID控制算法?？刂葡到y(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)實現(xiàn)

本串級控制系統(tǒng)基于西門子PLC S7-200 SMART進行實施。系統(tǒng)使用溫度采集模塊對PT100熱電阻檢測的溫度信號進行采集；通過無線通信技術對籽棉回潮率檢測裝置的測量值進行讀取；通過觸控屏對系統(tǒng)進行參數(shù)設置與操作；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，建立燃氣爐熱風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定值，籽棉回潮率控制器自動計算出干燥后籽棉回潮率要達到設定值所需的干燥熱風溫度，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)為燃氣爐溫度控制器的設定值，寄存器AIW18中為干燥熱風溫度檢測反饋值。根據(jù)熱風溫度的設定值與熱風溫度的反饋值，燃氣爐溫度控制器自動控制天然氣進氣量調節(jié)閥的開度調節(jié)火力大小，對熱風溫度進行調節(jié)，完成籽棉回潮的串級控制。通過對兩個控制器PID控制參數(shù)的整定與優(yōu)化，最終干燥熱風溫度控制精度達到±1℃，干燥后籽棉回潮率控制精度達到±0.5%，滿足籽棉預處理環(huán)節(jié)對籽棉回潮率的控制要求。

六、結論

隨著技術發(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氣爐，通過串級控制系統(tǒng)很好地實現(xiàn)籽棉預處理環(huán)節(jié)回潮率的精確控制，解決了棉花加工行業(yè)一個技術難題，對促進棉花產業(yè)提質增效具有重要意義。