畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于智能模塊的飼料環(huán)模制粒機(jī)控制系統(tǒng)研究

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1、 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 題 目 基于智能模塊的飼料環(huán)模制粒機(jī)控制系統(tǒng)研究 作 者： 專 業(yè)： 自動(dòng)化(本一) 指導(dǎo)教師： 完成日期： 2015年 5月 25日 原 創(chuàng) 性 聲 明 本人聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果。參與同一工作的其他同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。

2、 簽 名： 日 期： 本論文使用授權(quán)說(shuō)明 本人完全了解南通大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留論文及送交論文復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱；學(xué)校可以公布論文的全部或部分內(nèi)容。 （保密的論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定） 學(xué)生簽名： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 南 通 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文） 題目： 基于智能模塊的飼料環(huán)模制粒機(jī)控制系統(tǒng)研究 　

3、 姓 名：　　　　 指導(dǎo)教師：　　　　 專 業(yè)：自動(dòng)化(本一)　 南通大學(xué)電氣工程學(xué)院 2015 年 5 月18日 南通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘 要 現(xiàn)今，在世界上有百分之五十以上的飼料生產(chǎn)都要采用制粒工藝。由此可以看出，制粒工藝在飼料加工過(guò)程中地位顯著。飼料生產(chǎn)機(jī)械有四大主機(jī)，它們分別為混合機(jī)、粉碎機(jī)、膨化機(jī)、制粒機(jī)，其中制粒機(jī)在飼料生產(chǎn)過(guò)程中占有突出的地位，其性能好壞直接與顆粒飼料的生產(chǎn)質(zhì)量緊密相關(guān)。 本文研究的飼料環(huán)模制粒機(jī)控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)：檢測(cè)與節(jié)能管理。檢測(cè)是

4、通過(guò)傳感器采集物料溫度、主機(jī)電流、喂料頻率、蒸汽閥開(kāi)度，并將檢測(cè)到的結(jié)果顯示在智能模塊軟件上。節(jié)能管理指的是，通過(guò)PID算法實(shí)現(xiàn)制粒機(jī)內(nèi)物料溫度和主機(jī)電流的控制，以達(dá)到節(jié)約能耗和提高飼料質(zhì)量的目的。 為了實(shí)現(xiàn)這些要求，控制器采用智能模塊μPAC-7186EG，并通過(guò)RS-485通訊與模擬量輸入模塊i-7017（主機(jī)電流信號(hào)、喂料速率信號(hào)）、數(shù)據(jù)采集模塊i-7033（進(jìn)料溫度信號(hào)、調(diào)質(zhì)溫度信號(hào)）、模擬量輸出模塊i-7024（蒸汽閥信號(hào)、喂料機(jī)信號(hào)）進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并通過(guò)μPAC-7186EG以串口通信方式傳輸給PC機(jī)。信號(hào)采集模塊將采集的信號(hào)傳輸給μPAC-7186EG，通過(guò)其編譯好的PID算法

5、計(jì)算出蒸汽控制閥門信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)制粒機(jī)的控制。 關(guān)鍵詞：智能模塊，制粒機(jī)，溫度，節(jié)能管理 ABSTRACT Nowadays, in the world there are more than fifty percent of feed production should adopt granulation process. It can be seen that the status of granulating process is significant in the process of feed making. There are four hosts

6、of feed manufacturing machinery, including mixer, grinder, extruder, granulating machine, and the granulating machine is prominent in the feed production process, so its performance is directly associated with the production quality of pellets. The main achievement of this study about the control s

7、ystem of Ring die pelletizing machine:testing and energy saving management. Testing means that the temperature of the material, the current of the main motor, feeding frequency, the opening degree of steam valve are collected by sensor, and the detected results are displayed on the intelligent softw

8、are modules. Energy saving management refers to achieve the control of material temperature and the main motor of current in the granulating machine through the PID algorithm,so that achieve the purpose of saving energy and improving feed quality. To achieve these requirements, the controller uses

9、intelligent modules μPAC-7186EG, and it communicates with the analog input module i-7017 (master current signal, feeding rate signal), data acquisition module i-7033 (feed temperature signal , quenching temperature signal), analog output module i-7024 (steam valve signal, feeder signal) through RS-4

10、85 , and we can send signal to PC by serial communication from μPAC-7186EG. In order to achieve the control of the granulating machine, signal acquisition module transmitting the collected signals to μPAC-7186EG, calculated steam control valve signal compiled by its PID algorithm. Keywords: Intel

11、ligent Module, Granulating Machine, Temperature, Energy Saving Management 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 第一章 緒 論 1 1.1選題的背景和意義 1 1.1.1 選題背景 1 1.1.2 選題意義 2 1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3 1.3論文主要研究?jī)?nèi)容 3 第二章 環(huán)模制粒機(jī)系統(tǒng)的研究 4 2.1環(huán)模制粒機(jī)基本結(jié)構(gòu)和工藝過(guò)程 4 2.2環(huán)模制粒機(jī)的控制回路 5 2.3環(huán)模制粒機(jī)生產(chǎn)率影響因素及計(jì)算方法 5 2.3.1 生產(chǎn)率

12、計(jì)算方法 5 2.3.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)生產(chǎn)率的影響分析 5 2.3.3 環(huán)模轉(zhuǎn)速對(duì)生產(chǎn)率的影響 6 2.3.4 壓輥數(shù)目對(duì)生產(chǎn)率的影響 6 第三章 系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 8 3.1系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 8 3.2系統(tǒng)的生產(chǎn)流程 9 3.3智能模塊的基本原理 11 3.3智能模塊的通訊 17 3.4 系統(tǒng)的軟件組成 18 3.4.1地址的分配 18 3.4.2智能模塊的運(yùn)行 19 3.4.3控制算法的程序?qū)崿F(xiàn) 20 第四章 結(jié)論與展望 25 4.1結(jié)論 25 4.2展望 25 參考文獻(xiàn) 26 致 謝 27 IV 第一章 緒 論 1.1

13、選題的背景和意義 1.1.1 選題背景 近來(lái)二十多年,飼料行業(yè)在我國(guó)迅速發(fā)展,目前已經(jīng)建成了頗為完善且稍具規(guī)模的生產(chǎn)體系,逐漸成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)中一個(gè)舉足輕重的產(chǎn)業(yè)?，F(xiàn)如今,我國(guó)制粒機(jī)機(jī)器的成套能力擁有相當(dāng)?shù)囊?guī)模和水準(zhǔn),機(jī)械產(chǎn)品的品種、規(guī)格、系列大致上可以滿足當(dāng)前我國(guó)發(fā)展飼料加工業(yè)的要求。目前國(guó)內(nèi)的飼料加工業(yè)廠家也在不斷增多，已經(jīng)出現(xiàn)了一些知名企業(yè)。但值得注意的是，飼料加工主機(jī)的自動(dòng)化控制技術(shù)水平在我國(guó)仍然普遍較低，已經(jīng)開(kāi)發(fā)完成的商品也基本無(wú)法在技術(shù)上達(dá)到應(yīng)有的成熟性、可靠性、穩(wěn)定性要求。 當(dāng)前，在世界上有百分之五十以上的飼料廠生產(chǎn)飼料都需要用到制粒工藝。由此可以看出，飼料在加工的過(guò)程當(dāng)中制粒

14、工藝的作用相當(dāng)明顯。飼料生產(chǎn)機(jī)械有四大主機(jī)，它們分別為混合機(jī)（利用機(jī)械力和重力將物料混合均勻）、粉碎機(jī)（用于中低硬度物料的粉碎）、膨化機(jī)（飼料的膨化）和制粒機(jī)，其中制粒機(jī)在飼料生產(chǎn)過(guò)程中占有突出的地位，其性能好壞直接與顆粒飼料的生產(chǎn)質(zhì)量緊密相關(guān)。英國(guó)、意大利、瑞士等發(fā)達(dá)國(guó)家的制粒機(jī)技術(shù)十分先進(jìn)，我國(guó)的制粒機(jī)技術(shù)大多源于這些國(guó)家，市場(chǎng)上現(xiàn)在流行的主要制粒機(jī)也都是購(gòu)買國(guó)外相應(yīng)產(chǎn)品技術(shù)資料然后進(jìn)行模仿生產(chǎn)出來(lái)的。中國(guó)的飼料生產(chǎn)廠家生產(chǎn)出的制粒機(jī)制粒效果不佳，生產(chǎn)效率低下，電耗較高，質(zhì)量相對(duì)較差，而且他們往往沒(méi)有完善的制粒工藝技術(shù)。因而，研究制粒工藝限制條件，完善制粒工藝參數(shù)和制粒機(jī)的整體性能，提升生

15、產(chǎn)效率和節(jié)約能源，這些問(wèn)題急需要解決。 1910年英國(guó)生產(chǎn)出世界上的首臺(tái)擠壓式飼料制粒機(jī)。在此之后，制粒機(jī)發(fā)展迅速，隨即出現(xiàn)了很多不同形式的制粒機(jī)如對(duì)輥式制粒機(jī)、修樂(lè)式制粒機(jī)、平模式制粒機(jī)以及環(huán)模式制粒機(jī)。當(dāng)前的飼料膨化制粒機(jī)就是由擠壓式制粒機(jī)發(fā)展而來(lái)，它的主要作用是對(duì)飼料原料進(jìn)行膨化處理；對(duì)輥式制粒機(jī)和修樂(lè)式制粒機(jī)沒(méi)有進(jìn)行大規(guī)模的發(fā)展，因?yàn)樗鼈兊男什桓卟⑶翌w粒質(zhì)量很難達(dá)到要求；平模式制粒機(jī)制造成本高，制粒效率低，同時(shí)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的原因，生產(chǎn)出的顆粒飼料不是很均勻，逐漸被環(huán)模制粒機(jī)所取代；環(huán)模制粒機(jī)性能優(yōu)越，因而一直得到廣泛應(yīng)用，現(xiàn)已成為世界上顆粒飼料加工的最重要的機(jī)型。根據(jù)壓輥數(shù)量的差異，可

16、以分為兩壓輥制粒機(jī)和三壓輥制粒機(jī)。壓輥數(shù)不同制粒的性質(zhì)也有差別，兩壓輥制粒機(jī)主要用于畜禽料的制粒，三壓輥制粒機(jī)主要用于水產(chǎn)飼料的制粒[1][2][3]。以上制粒機(jī)結(jié)構(gòu)原理如圖1.1所示。 圖1.1 制粒機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖 1.1.2 選題意義 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，飼料工業(yè)的發(fā)展也突飛猛進(jìn)，飼料市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)相當(dāng)激烈。飼料廠只有降低生產(chǎn)成本，才能在激烈的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中獲得利潤(rùn)，從而擴(kuò)大企業(yè)規(guī)模。而節(jié)能是提高競(jìng)爭(zhēng)力的唯一途徑，因而飼料廠飼料生產(chǎn)迫切需要大量新型高效的制粒設(shè)備。隨著制粒工藝技術(shù)的研究和發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在制粒機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)中被廣泛應(yīng)用。制粒機(jī)系統(tǒng)的可控性差，且控制過(guò)程相當(dāng)復(fù)

17、雜，不僅要充分了解復(fù)雜的制粒工藝，還需要排除大量的干擾因素。而且，作為操縱變量的喂料量、蒸汽添加量和作為被控變量的主機(jī)電流、調(diào)質(zhì)溫度并不是同步變化的，它們之間存在遲滯。延遲時(shí)間是由制粒系統(tǒng)和飼料配方共同來(lái)決定的，制粒加工通常是采用模糊控制算法進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制的。因此，世界各國(guó)關(guān)于制粒機(jī)的主要研究方向是設(shè)計(jì)更有應(yīng)用前景、能廣泛實(shí)施的制粒機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)以及更合理、更優(yōu)化的控制算法。 基于智能模塊的飼料環(huán)模制粒機(jī)控制系統(tǒng)的研究，能夠提高中國(guó)飼料生產(chǎn)的競(jìng)爭(zhēng)力。在經(jīng)濟(jì)全球化的趨勢(shì)下，飼料生產(chǎn)技術(shù)的改進(jìn)更是起到了改善民生的重要作用。智能模塊下的飼料環(huán)模制粒機(jī)，不僅能夠提高飼料生產(chǎn)的質(zhì)量，節(jié)約能源損耗，更能

18、夠提高生產(chǎn)效率，減輕操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。研究好環(huán)模制粒機(jī)的控制技術(shù)，有助于更快的研制出新型高效的制粒機(jī)，從而提升制粒質(zhì)量和制粒效率，增強(qiáng)我國(guó)制粒機(jī)產(chǎn)品的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)水平，進(jìn)而提高飼料機(jī)械生產(chǎn)制造的整體水平，對(duì)加快飼料工藝的發(fā)展具有顯著的理論價(jià)值和實(shí)用價(jià)值。 1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 當(dāng)今國(guó)內(nèi)，大部分制粒機(jī)還采用人工控制的手段，這種人工控制方法主要有三個(gè)方面的缺陷：（1）顆粒飼料質(zhì)量不固定。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)節(jié)喂料量、蒸汽添加量是至關(guān)重要的，這些控制因素很可能會(huì)影響顆粒飼料整體的光潔度、色澤、粉化率以及水中穩(wěn)定性等質(zhì)量指標(biāo)，從而導(dǎo)致飼料質(zhì)量下降；（2）制粒機(jī)產(chǎn)量低。

19、在生產(chǎn)過(guò)程中，制粒機(jī)操作人員經(jīng)常讓制粒機(jī)主電機(jī)的實(shí)際電流遠(yuǎn)小于其額定電流，就是為了避免制粒機(jī)環(huán)模打滑和停機(jī)等現(xiàn)象的發(fā)生。這種以犧牲產(chǎn)量來(lái)保證制粒機(jī)長(zhǎng)期安全、可靠運(yùn)行的控制方法，必然使得產(chǎn)量下降；（3）需要人工等待操作，工人工作環(huán)境太差、工作強(qiáng)度過(guò)大。制粒機(jī)工作現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，多粉塵、高溫、高噪聲等現(xiàn)象十分常見(jiàn)，制粒機(jī)操作工在工作過(guò)程當(dāng)中不僅要頻繁取樣、調(diào)整設(shè)備，還要及時(shí)處理制粒機(jī)堵機(jī)和打滑這些麻煩的問(wèn)題。因此，飼料工業(yè)迫切需求高性能制粒機(jī)的出現(xiàn)[4][5][6]。 現(xiàn)今，與歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的高性能制粒機(jī)仍然存在很大差距，但也有一些學(xué)者已經(jīng)開(kāi)始開(kāi)發(fā)研究智能自動(dòng)控制制粒機(jī)。廣東農(nóng)機(jī)所的王斌

20、斌為改善環(huán)模制粒機(jī)的自動(dòng)控制水平做出來(lái)一定的貢獻(xiàn)，他提出的環(huán)模制粒機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，著重解釋了制粒機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成、控制理論與控制算法[7]。 歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家在高性能自動(dòng)控制制粒機(jī)方面一直走在時(shí)代的前端，引領(lǐng)技術(shù)的發(fā)展。他們采用現(xiàn)代工業(yè)中常用的IPC+PLC（工控機(jī)+可編程控制器）控制模式，用于生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控的PC機(jī)為上位機(jī)，現(xiàn)場(chǎng)控制模塊PLC作為下位機(jī)，這樣來(lái)完成數(shù)據(jù)的采集和輸出，以此控制現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)飼料的設(shè)備。在丹麥研究出的NORVIDAN制粒機(jī)控制系統(tǒng)下，工人可以對(duì)制粒機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制[8][9]。只需在遠(yuǎn)程控制室即可實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程，并通過(guò)修改制粒工藝參數(shù)來(lái)達(dá)到期望的結(jié)果。 1.3論文主

21、要研究?jī)?nèi)容 本文根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外飼料環(huán)模制粒機(jī)的研究現(xiàn)狀，結(jié)合飼料生產(chǎn)企業(yè)設(shè)備和實(shí)際生產(chǎn)的情況，對(duì)制粒機(jī)制粒工藝進(jìn)行探索分析，并且根據(jù)分析結(jié)果開(kāi)發(fā)基于智能模塊的飼料環(huán)模制粒機(jī)控制系統(tǒng)，并進(jìn)行控制程序的調(diào)試，重點(diǎn)進(jìn)行以下三個(gè)方面的研究： （1） 制粒機(jī)基本結(jié)構(gòu)以及生產(chǎn)率的分析 （2） 環(huán)模制粒機(jī)控制系統(tǒng)的研究 （3） 智能模塊的基本工作原理及其應(yīng)用 第二章 環(huán)模制粒機(jī)系統(tǒng)的研究 2.1環(huán)模制粒機(jī)基本結(jié)構(gòu)和工藝過(guò)程 圖2.1 環(huán)模制粒機(jī)基本結(jié)構(gòu)圖 喂料器將粉狀物料送入環(huán)模制粒機(jī)中，最先是進(jìn)入調(diào)質(zhì)器當(dāng)中。調(diào)質(zhì)器的作用是調(diào)質(zhì)，也就是讓粉狀物料和蒸汽相混合，從而提高制粒的效果

22、，并對(duì)物料進(jìn)行所需的工藝處理。經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)器可以將粉狀物料調(diào)制成膏狀物料，并將膏狀物料送去制粒[10]。在制粒工藝中，膏狀物料被送入一個(gè)環(huán)模制粒裝置中。該裝置中設(shè)有刀片和環(huán)模。在主電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下，膏狀物料會(huì)被壓入環(huán)模制粒裝置中，再通過(guò)刀片將其切成一個(gè)個(gè)顆粒。環(huán)模制粒機(jī)基本結(jié)構(gòu)圖如圖2.1。 2.2環(huán)模制粒機(jī)的控制回路 圖2.2 制粒機(jī)控制系統(tǒng)圖 制粒機(jī)控制回路如圖2.2所示。基于智能模塊的飼料環(huán)模制粒機(jī)控制系統(tǒng)是一個(gè)雙輸入雙輸出多變量系統(tǒng)，主要控制的是主電機(jī)電流和調(diào)質(zhì)溫度。其中，喂料電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速u1（控制喂料量）和蒸汽閥開(kāi)度uT（控制調(diào)質(zhì)溫度）為系統(tǒng)的操縱變量，環(huán)模制粒機(jī)主電機(jī)電流

23、y1和調(diào)質(zhì)溫度yT為被控變量。按照單個(gè)回路來(lái)看，調(diào)質(zhì)溫度與設(shè)定值有偏差的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)調(diào)節(jié)蒸汽閥開(kāi)度來(lái)使溫度達(dá)到設(shè)定值；制粒機(jī)主電機(jī)電流與設(shè)定值有一定的誤差時(shí)，應(yīng)當(dāng)調(diào)節(jié)喂料量來(lái)使電流達(dá)到設(shè)定值。然而，喂料量的增加不僅導(dǎo)致制粒機(jī)主電機(jī)電流增大，同樣也會(huì)引起調(diào)質(zhì)溫度的降低；要使調(diào)質(zhì)溫度上升，必須增大蒸汽閥開(kāi)度從而增加蒸汽量，而蒸汽量的上升又會(huì)在一定程度上導(dǎo)致膏狀物料的熟化、軟化，進(jìn)而造成制粒機(jī)主機(jī)電流的減小[11]。綜上所述，調(diào)質(zhì)溫度和主電機(jī)電流之間存在耦合。 2.3環(huán)模制粒機(jī)生產(chǎn)率影響因素及計(jì)算方法 2.3.1 生產(chǎn)率計(jì)算方法 環(huán)模制粒機(jī)單位時(shí)間產(chǎn)量q的計(jì)算表達(dá)式如下： （1） 式中,Z

24、為壓輥個(gè)數(shù);ε為環(huán)模開(kāi)孔率;R為環(huán)模內(nèi)徑;h為擠壓物料高度;B為環(huán)模寬度;為物料的密度;n為環(huán)模轉(zhuǎn)速;ω為環(huán)模角速度。 2.3.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)生產(chǎn)率的影響分析 根據(jù)公式（1）所示，要提高生產(chǎn)率，不僅可以增大環(huán)模內(nèi)徑R與環(huán)模寬度B，還可以增大壓輥直徑,使允許的最大擠壓物料高度h隨之增加。當(dāng)環(huán)模內(nèi)徑R固定的時(shí)候,提高生產(chǎn)率q的有效方法應(yīng)當(dāng)是增大環(huán)模寬度B和壓輥直徑。然而，值得一提的是：壓輥直徑的增大受到很多其他機(jī)械結(jié)構(gòu)的影響，因而不能完全按照理論上的設(shè)計(jì)；環(huán)模寬度B的增加將有可能會(huì)導(dǎo)致物料的分布不夠均勻,從而引起不必要的振動(dòng)。 2.3.3 環(huán)模轉(zhuǎn)速對(duì)生產(chǎn)率的影響 從式（1）可以看出,要使生

25、產(chǎn)率得到提高，一定程度上升高轉(zhuǎn)速是很有效的方法。然而，能耗、振動(dòng)等因素會(huì)制約環(huán)模轉(zhuǎn)速n的進(jìn)一步提高:一者,環(huán)模轉(zhuǎn)速n的進(jìn)一步提高受到電機(jī)功率的限制;再有,環(huán)模轉(zhuǎn)速n提高了，那么能耗也一樣會(huì)增加。如果環(huán)模轉(zhuǎn)速提高了,擠壓物料高度便會(huì)降低，從而造成擠壓力減小，但是顆粒溫度會(huì)升高,總體上能耗增加了。 2.3.4 壓輥數(shù)目對(duì)生產(chǎn)率的影響 由式（1）可以知道,在其他條件相同時(shí),壓輥個(gè)數(shù)Z越多,生產(chǎn)率越高。但是,壓輥個(gè)數(shù)Z如果增多,必然會(huì)造成壓輥直徑減小,進(jìn)而又會(huì)使生產(chǎn)率降低。因此，要想有效地提高環(huán)模制粒機(jī)的生產(chǎn)率，要通過(guò)更精細(xì)的計(jì)算來(lái)確定應(yīng)對(duì)方法，只增加壓輥個(gè)數(shù)Z是無(wú)法適用于所有情況的。以MUZL4

26、20T型號(hào)制粒機(jī)為例做對(duì)比實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行生產(chǎn)率計(jì)算：二輥時(shí)環(huán)模內(nèi)徑R為460 mm,壓輥直徑為216 mm;三輥時(shí)環(huán)模內(nèi)徑R為460 mm,壓輥直徑為205 mm。分別取物料為35°、40°、45°、50°和55°攫取角。其他參數(shù)取值相同:環(huán)模寬度B為160 mm,物料密度為0.7 kg/L,環(huán)模開(kāi)孔率ε為0.35,環(huán)模線速度為7.1 m/s[12] 。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示,繪制成折線圖如圖2.3所示。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,如果生產(chǎn)率計(jì)算是假定制粒機(jī)按照最大物料高度工作,那么二輥制粒機(jī)的生產(chǎn)率明顯不如三輥制粒機(jī),且物料的攫取角越大劣勢(shì)越突出。在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中,因?yàn)橛玫降碾姍C(jī)功率有限制,最大物料高度

27、通常遠(yuǎn)低于最大物料擠壓高度，此時(shí)由于三輥制粒機(jī)壓輥直徑太小，必然會(huì)產(chǎn)生比二輥制粒機(jī)更高的能耗。當(dāng)物料擠壓高度將受到限制的時(shí)候,三輥制粒機(jī)生產(chǎn)率雖然高，但也會(huì)產(chǎn)生較高的能耗。 表1 二輥和三輥環(huán)模制粒機(jī)理論生產(chǎn)率對(duì)比 圖2.3 三輥與二輥的最大生產(chǎn)率對(duì)比曲線 第三章 系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 3.1系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 為了實(shí)現(xiàn)這些要求，控制器采用智能模塊μPAC-7186EG，并通過(guò)RS-485通訊與模擬量輸入模塊i-7017（主機(jī)電流信號(hào)、喂料速率信號(hào)）、數(shù)據(jù)采集模塊i-70

28、33（進(jìn)料溫度信號(hào)、調(diào)質(zhì)溫度信號(hào)）、模擬量輸出模塊i-7024（蒸汽閥開(kāi)度、喂料機(jī)喂料速率）進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并通過(guò)μPAC-7186EG以串口通信方式傳輸給PC機(jī)。μPAC-7186EG通過(guò)信號(hào)采集模塊和模擬量輸入模塊接收數(shù)據(jù)，通過(guò)其編譯好的PID算法計(jì)算出參數(shù)，并通過(guò)模擬量輸出模塊輸出信號(hào)，控制蒸汽閥開(kāi)度和喂料機(jī)喂料速率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)制粒機(jī)的控制。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的大體框架如圖3.1所示，各模塊對(duì)應(yīng)特定的功能，相互協(xié)調(diào)完成控制要求。 圖3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 3.2系統(tǒng)的生產(chǎn)流程 手動(dòng)模式流程圖如圖3.2所示，此時(shí)，制粒機(jī)控制系統(tǒng)始終處于等待外部信號(hào)的狀態(tài)。在等待

29、外部信號(hào)的過(guò)程中，系統(tǒng)會(huì)持續(xù)判別是否出現(xiàn)故障。當(dāng)所有機(jī)器正常運(yùn)行時(shí)，則可以進(jìn)行人工操作。而任一機(jī)器出現(xiàn)故障都將會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的故障標(biāo)志，從而能夠很容易找出故障所在。 圖3.2 手動(dòng)模式下的軟件設(shè)計(jì)流程圖 自動(dòng)模式流程圖如圖3.3所示，該過(guò)程不需要人工操作，所有機(jī)器正常工作的時(shí)候能夠使被控變量達(dá)到設(shè)定值。如果出現(xiàn)機(jī)器故障，該系統(tǒng)也能夠使制粒機(jī)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)并停車處理。系統(tǒng)一旦啟動(dòng)，便能夠一直循環(huán)運(yùn)行，使主機(jī)電流和溫度動(dòng)態(tài)的穩(wěn)定在設(shè)定值，直至系統(tǒng)檢測(cè)到停止信號(hào)或出現(xiàn)故障時(shí)才會(huì)退出循環(huán)狀態(tài)。 圖3.3 自動(dòng)模式下的軟件設(shè)計(jì)流程圖 在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試之前，可以

30、選取實(shí)驗(yàn)室的鍋爐水箱為被控對(duì)象，針對(duì)已經(jīng)設(shè)計(jì)好的控制算法進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。由于被控對(duì)象的選取要與制粒機(jī)的自身特性和要求基本相同，顯然要使用液位與溫度作為兩被控變量。液位的改變量要反映到鍋爐中需要液位控制閥執(zhí)行一段時(shí)間，液位采用壓力傳感器測(cè)量，溫度用一個(gè)大滯后的水箱( 內(nèi)部含 PT100 溫度傳感器)所測(cè)得。另外，液位對(duì)水溫也產(chǎn)生一定的影響，這種影響正體現(xiàn)了制粒機(jī)系統(tǒng)的滯后性與耦合性?？刂菩Ч麍D如圖 3.4 所示。 圖3.4 實(shí)驗(yàn)控制效果圖 3.3智能模塊的基本原理 1998年推出的PAC系列產(chǎn)品之中便已經(jīng)有了μPAC，現(xiàn)已經(jīng)廣泛用在工業(yè)控制的各種領(lǐng)域。μPAC可用作核

31、心計(jì)算單元、通信控制器，它是獨(dú)立控制器，還可以嵌入到各種各樣的OEM商品當(dāng)中去。為了縮短研發(fā)周期，減少支出成本，用μPAC來(lái)構(gòu)建控制系統(tǒng)是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。μPAC外型小巧、功能強(qiáng)大、品質(zhì)優(yōu)秀，對(duì)于系統(tǒng)集成的開(kāi)發(fā)，這無(wú)疑是最佳選擇。如圖3.5所示，μPAC-7186產(chǎn)品是在I-7188系列基礎(chǔ)上的升級(jí)產(chǎn)品，不僅很大程度上提升了硬件規(guī)格，也極大的改進(jìn)了其軟件支持和易用性。 μPAC-7186EG系列是內(nèi)含 ISaGRAF 軟邏輯的掌上型PAC。內(nèi)部有一個(gè)10/100 Base-TX 乙太網(wǎng)路通訊埠, 一個(gè)RS-232和一個(gè)RS-485序列通訊埠。要增加更多的連接埠,記憶體或 I/O 點(diǎn)，使用者可

32、以在μPAC-7186EG機(jī)板內(nèi)插上一塊擴(kuò)充卡 (X-Board)。μPAC-7186EG 也支持Modbus Serial通訊協(xié)議,Modbus TCP/IP通訊協(xié)議,Modbus Master通訊協(xié)議,遠(yuǎn)程I/O, Fbus, Ebus, SMS手機(jī)簡(jiǎn)訊服務(wù),無(wú)線通訊,GPS 衛(wèi)星通訊,FRnet, CAN等遠(yuǎn)程I/O連接服務(wù)及使用者自定通訊協(xié)議。 該課題實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，μPAC-7186EG接線：COM2用于與輸入模塊、輸出模塊以及采集模塊進(jìn)行通信，以太網(wǎng)口和COM1用于與計(jì)算機(jī)通信，電源端子正負(fù)端分別接電源正負(fù)端口。 圖3.5 μPAC-7186EG模塊 i-7

33、017為模擬量輸入模塊，有8個(gè)通道，采用通用的Modbus RTU通信協(xié)議。該模塊擁有美國(guó)ADI公司生產(chǎn)的高性能A/D轉(zhuǎn)換芯片，日本NEC生產(chǎn)出來(lái)的高質(zhì)量光電隔離器件，并提供高耐壓、多量程、低漂移、遠(yuǎn)距離、寬泛工作環(huán)境溫度、高性價(jià)比、遠(yuǎn)超同類的智能控制解決辦法。i-7017為差分輸入，共有8 路。該模塊16 位分辨率，其通訊速率最高可達(dá)到115200bps，主要用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的分布式模擬量數(shù)據(jù)輸入。i-7017的校準(zhǔn)方法通常采用最簡(jiǎn)單的軟件校準(zhǔn)法，這種方法進(jìn)行零點(diǎn)校準(zhǔn)和滿量程校準(zhǔn)比較方便。另外，采集模塊的通訊網(wǎng)路采用RS-485進(jìn)行通信，并將分散在現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)的模擬量通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后傳輸?shù)街鳈C(jī)進(jìn)

34、行處理或由PC機(jī)遠(yuǎn)程控制主站點(diǎn)。為了防止程序跑飛，保障工業(yè)控制過(guò)程的安全性，該模塊還設(shè)計(jì)了獨(dú)有的雙看門狗（即軟件看門狗和硬件看門狗）安全設(shè)計(jì)。一旦RS485通訊網(wǎng)路發(fā)生問(wèn)題或斷路，主控PC機(jī)和模塊間將無(wú)法通訊，此時(shí)軟件看門狗也會(huì)啟動(dòng)。軟件看門狗設(shè)計(jì)巧妙，使用方便，配合上工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的安全措施，可大大增加系統(tǒng)的安全性。 依據(jù)產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)，產(chǎn)品主要技術(shù)參數(shù)如下。 輸入端口：8路差動(dòng)，接線接口：使用外接式10位接線端子，拆卸連線方便，輸入類型：mA(外接125Ω電阻)，輸入范圍：4～20mA，輸入阻抗：100Ω，采樣速率：15次每秒，分辨率：16位，帶寬：15.75Hz，精確度：±0.02%或

35、更好，零點(diǎn)漂移：20uV/°C，滿程量漂移：25ppm/°C，過(guò)電壓保護(hù)：±35V，光電隔離耐壓: 3750Vrms，微處理器： 內(nèi)置22M的CPU，帶看門狗，高速可靠，防止死機(jī)，RS485速率：1200～115200bps 之間與RS485總線速度適應(yīng)，狀態(tài)指示燈： 上電自檢通過(guò)常亮，通信時(shí)閃亮，工作溫度：-25°C～+75°C 存放溫度：-40°C～+85°C ，工作濕度：5%～95%,無(wú)凝露，外接電源電壓： +10～30V 功耗： 1.3W。 i-7017各引腳以及接線方式如圖3.6所示。該課題需要測(cè)主機(jī)電流，因此使用右邊外接125Ω的接線方法。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，i-7017的DATA+接7

36、186的D2+，i-7017的DATA- 接7186的D2- ，+Vs接24V直流電源正端，GND接24V電源負(fù)端。 圖3.6 i-7017模塊及其接線圖 i-7024模塊為4通道模擬量輸出模塊，其中包括4個(gè)電壓輸出通道和四個(gè)電流輸出通道。i-7024模塊還具備內(nèi)置的微型CPU和牢固的塑料外殼，因此，其廣泛適用于各種復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境中。該模塊還自帶雙看門狗定時(shí)器，充分保障系統(tǒng)安全，防止程序跑飛。由于模塊內(nèi)置自適應(yīng)芯片，因而組建網(wǎng)絡(luò)連接方便，通用性好。除此之外，模塊內(nèi)部裝備有3000V直流電隔離，有高過(guò)壓保護(hù)和高開(kāi)關(guān)量電壓輸入等功能。該模塊上手容易使用便捷，能夠非常容易地與S

37、CADA/ HMI以及PLC等工控設(shè)備進(jìn)行通訊。更值得一提的是，i-7024模塊可以快速組建網(wǎng)絡(luò)，僅需要兩根通訊雙絞線就可以建立起一個(gè)多點(diǎn)的分散式RS-485網(wǎng)絡(luò)。 本設(shè)計(jì)中，由模塊i-7024以電信號(hào)來(lái)完成控制信號(hào)的輸出。由于該模塊的輸出為電流輸出，對(duì)于電流信號(hào)而言需要經(jīng)過(guò)放大電路放大后，轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的電壓信號(hào)才能更方便的測(cè)量到。因此在模塊i-7024的輸出端通過(guò)250的電阻將4～20mA的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，通過(guò)使用萬(wàn)用表測(cè)量i-7024輸出端的電壓來(lái)檢驗(yàn)?zāi)K是否調(diào)通。若輸出端有電壓說(shuō)明模塊可以正常工作，若沒(méi)有電壓變化說(shuō)明模塊連接有錯(cuò)誤。 i-7024參數(shù)如下： 輸出通道：4個(gè)，輸

38、出電壓： 0 ～5 V，±5 V，0～10 V，±10 V，輸出電流： 0～20 mA，4 ～20 mA，分辨率： 14 bit，精確度： ±0.1% FSR，重復(fù)精度： ±1% FSR，外部24V電源： 1050 Ω，隔離保護(hù)： 3750 Vrms，電源電壓： 10 ～30 VDC，電源功耗： 2.4 W。 i-7024也是需要外接24V的直流電源，其數(shù)據(jù)端口DATA+和DATA-分別也要與控制器的對(duì)應(yīng)端口相連接才能相互通信。該課題中，7024作為模擬量輸出模塊，采用電流輸出形式，在Iout和AGND之間需要串聯(lián)一個(gè)1KΩ的電阻和一個(gè)24V直流電源，接線如圖3-7右圖所示。 圖3.

39、7 i-7024模塊及其接線圖 i-7033為采集模塊，有4個(gè)通道的溫度采集和3個(gè)通道的熱電阻輸入模塊。 i-7033模塊具有內(nèi)置的微處理器和堅(jiān)固的工業(yè)級(jí)塑料外殼，因此可以廣泛的應(yīng)用在不同工業(yè)環(huán)境當(dāng)中。作為信號(hào)采集模塊，同樣需要研究其參數(shù)和性能。輸入通道：3，輸入類型：熱電阻，熱電阻類型：Pt100 α=0.00385，Pt100 α=0.003916，Ni120，Pt1000 α=0.00385 接線方式：2/3/4 線 分辨率：16 位，采樣速率：15/12.5 次/秒，精確度：±0.1 %，帶寬：15.7 Hz，零點(diǎn)漂移：±0.5 μV/℃ ，滿量程漂移：±25 μV/℃

40、，共模抑制比：150 dB mi， 差模抑制比：100 dB min，斷線檢測(cè)：有，隔離保護(hù)：3000 V直流，電源電壓：+10 ～ +30 V直流，電源功耗：1.0 W（I-7033）/1.6，工作溫度：-25 ～75 ℃，存儲(chǔ)溫度：-40 ～ 85 ℃，相對(duì)濕度：5 ～ 90%，無(wú)冷凝，特殊功能：雙看門狗[13]。接線如圖3.8所示。 圖3.8 i-7033模塊及其接線圖 I-7000系列模塊安裝步驟如下： （1）連接輸入信號(hào)。 （2）通過(guò)?DATA+和?DATA-端口將模塊接入?RS-485 網(wǎng)絡(luò)。若上位機(jī)有且僅有一個(gè)?RS-232 端口，則需要 RS-232

41、到?RS-485轉(zhuǎn)換器來(lái)連接。 （3）?通過(guò)+Vs 和?GND 端口，將+10 到+30V 穩(wěn)壓或非穩(wěn)壓直流電源入模塊?？赏ㄟ^(guò)發(fā)送命令%AANNTTCCFF對(duì)模塊進(jìn)行設(shè)置。 （4）讀取每個(gè)輸入通道數(shù)據(jù)只需向模塊發(fā)送命令#AA 或#AAN 即可。 （5）?若上位機(jī)為已安裝 Windows 操作系統(tǒng)的?PC，則DCON?Utility 即可方便的對(duì)模塊進(jìn)行設(shè)置和讀取數(shù)據(jù)。 硬件連接如圖3.9(a)和圖3.9(b)所示。 圖3.9（a） 系統(tǒng)硬件連接實(shí)物圖 圖3.9（b） 系統(tǒng)硬件連接原理圖 3.3智能模塊的通訊 RS-232的邏輯“1”用-12V表示，邏

42、輯“0”用12V表示。RS-232通訊是比較常用的類型，其通信線至少有3條，即RX,TX,GND。通信方式為全雙工，也就是通信允許數(shù)據(jù)在兩個(gè)方向上同時(shí)傳輸，相當(dāng)于結(jié)合了兩個(gè)單工通信。因?yàn)橐褂媒^對(duì)電壓表示邏輯，電壓只能固定在12V或-12V，導(dǎo)線電阻等因素會(huì)影響干擾邏輯，通訊距離通常不遠(yuǎn)[14]。 在RS-232后推出了RS-422，這種通訊方式相比之前有很大不同。它用兩根線之間的電壓差表示邏輯，即TTL差動(dòng)電平表示邏輯，兩線之間電壓差為正值表示邏輯“0”，反之則為“1”。RS-422至少需要4根通信線，一般比RS-232多一根地線，通信方式同樣是全雙工，通常情況下一個(gè)驅(qū)動(dòng)器最多可以驅(qū)動(dòng)10

43、個(gè)接收器。由于通訊距離與通訊速率成反比，一般高速率通信可以用在距離較短的情況下，低速率時(shí)往往進(jìn)行較遠(yuǎn)距離通信（通常可達(dá)到1千米）。 在RS-422后產(chǎn)生的RS-485基本上沿用了RS-422的方法，它們之間主要的區(qū)別在于RS-485可以是半雙工的。半雙工數(shù)據(jù)傳輸是指數(shù)據(jù)可以在一個(gè)信號(hào)載體的兩個(gè)方向上傳輸，但不可以同時(shí)傳輸，比如對(duì)講機(jī)的通信模式。而且每個(gè)驅(qū)動(dòng)器最少能驅(qū)動(dòng)32個(gè)接收器（即接收器為1/32單位負(fù)載）。接收器的阻抗越高，驅(qū)動(dòng)器能夠驅(qū)動(dòng)的接收器數(shù)量越多。全雙工RS-485驅(qū)動(dòng)/接收器對(duì)可以用在RS-422網(wǎng)絡(luò)。 RS-485采用差分信號(hào)負(fù)邏輯，兩根線之間的電壓差為+(2～6)V則表示

44、邏輯“1”；兩線間的電壓差為-(2～6)V則表示邏輯“0”。。RS-485的通信范圍最遠(yuǎn)可達(dá)1200米，最大傳輸速率為10Mbps。傳輸速率與傳輸范圍成反比關(guān)系，即傳輸速率越大傳輸距離越短，通常要達(dá)到最遠(yuǎn)的通信距離，傳輸速率可以設(shè)定為100Kbps，增設(shè)RS-485中繼器可以讓傳輸?shù)木嚯x更遠(yuǎn)。由于RS485接口電平與TTL電平相似且兼容，因而RS-485可以很方便地連接到TTL電路上。RS-485接口組合了平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器，抗共模干擾能力強(qiáng)，即抗噪聲干擾能力強(qiáng)。 半雙工的RS485接口是外接兩根線的，大多采用的是屏蔽雙絞線傳輸。利用總線式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的接線方法，在同一總線上最多可以接32個(gè)

45、點(diǎn)。主從通信方式在RS-485通信網(wǎng)絡(luò)中很常用，所謂的主從通信方式即一個(gè)主機(jī)帶多個(gè)從機(jī)。通常，只需要用一對(duì)雙絞線將各個(gè)接口的兩個(gè)端口串接起來(lái)即可，至此連接完成RS-485通信線路。RS485接口連接器采用DB-9的9芯插頭。RS-485通訊接口只需要兩根通訊線，可以在多個(gè)設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。 在硬件通訊接口建立后，在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠布g需要約定一個(gè)數(shù)據(jù)通訊協(xié)議，以使接收端能夠解碼收到的數(shù)據(jù)。通訊協(xié)議往往有標(biāo)準(zhǔn)的格式，例如“ModBus”協(xié)議。標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議內(nèi)容全面，包含的內(nèi)容很多，但不易理解[15]。 3.4 系統(tǒng)的軟件組成 本系統(tǒng)使用了DCON_Utility、MiniOS7_Stud

46、io、MiniOS7_Utility、VxCommW7等軟件，PC機(jī)通過(guò)串口與控制器μPAC-7186EG進(jìn)行通訊。首先，必須對(duì)模塊的IP地址、波特率、數(shù)據(jù)位和停止位進(jìn)行初始化設(shè)置，初始化完成之后才能進(jìn)行編譯調(diào)試。程序下載時(shí)，應(yīng)將μPAC-7186EG置于INIT狀態(tài)，搜索模塊時(shí)將其置于Normal狀態(tài)。 3.4.1地址的分配 VxComm指的是“虛擬串口”。該軟件可以為計(jì)算機(jī)提供串口接口和TCP/IP接口兩個(gè)軟件接口。針對(duì)遠(yuǎn)程的串口，操作系統(tǒng)提供VxComm驅(qū)動(dòng)軟件。為了和遠(yuǎn)端串口或I/O相連，用戶可以用它來(lái)建立一個(gè)虛擬串口。建立好這個(gè)虛擬串口后，將串行設(shè)備升級(jí)可以通過(guò)以太網(wǎng)來(lái)解決問(wèn)題，

47、上位軟件只需要連接到這個(gè)虛擬串口上，不需要更改源程序代碼。 μPAC-7186EG作為控制器需要為它分配一個(gè)地址，本系統(tǒng)分配PC機(jī)地址（10.1.0.98）和7186EG地址（10.1.0.99）使它們處于同一個(gè)網(wǎng)段內(nèi)。系統(tǒng)默認(rèn)μPAC-7186EG為COM1,其下位I/O模塊為COM12。如圖3.10所示。 圖3.10 下位機(jī)的端口 3.4.2智能模塊的運(yùn)行 MiniOS7 Utility是用戶設(shè)置MiniOS7系統(tǒng)，并將文件下載至采用MiniOS7系統(tǒng)的嵌入式控制器的軟件。支持串口(RS-232)和以太網(wǎng)(TCP/UDP)連接。 主要功能： (1)文件操作(下載，刪除，

48、更新MiniOS7系統(tǒng)) (2)系統(tǒng)設(shè)定 (時(shí)間、IP地址、串口、盤(pán)符) (3)信息檢測(cè) (CPU類型、Flash容量、SRAM容量、串口數(shù)量等) 包含的常用工具：7188XW, 7188EU, 7188E,SendTCP, Send232, VxComm Utility 支持的操作系統(tǒng)：Windows 98/NT/2000/XP/Vista/Windows7 將直流穩(wěn)壓電源與各模塊連接，通上24V電壓，此時(shí)將7186置于INIT狀態(tài)，加載好串口啟動(dòng)程序并運(yùn)行，如圖3.11所示。 圖3.11 串口的運(yùn)行 DCON協(xié)議是一種問(wèn)答式通訊協(xié)議，通常用于I-700

49、0/8K/87K 系列產(chǎn)品中，它用一種簡(jiǎn)單的ASCII碼格式來(lái)定義，如$AAN，$AAS6，＃AAN等等，其通訊可以使用RS-232、RS-485或以太網(wǎng)等通訊方式。DCON協(xié)議還自帶很多工具，其中包含：DCON Utility, DCON_Labview, DCON Indusoft,DCON_DLL,DCON_ActiveX,DCON_Linux,DCON_DDE等等。 DCON Utility主要功能：模塊設(shè)置 DCON Indusoft：Indusoft捆綁驅(qū)動(dòng) DCON Utility (DOS) 主要功能：模塊診斷 DCON_Labview:Labview捆綁驅(qū)動(dòng)程

50、序 運(yùn)行DCON-Utility軟件并搜索相關(guān)模塊（i-7017、i-7033、i-7024），設(shè)置其波特率、數(shù)據(jù)位和停止位。如圖3-12所示。i-7017地址為0，波特率115200，8位數(shù)據(jù)位和1位停止位，4~20mA模擬量輸入，50Hz。i-7033地址為1，波特率115200, 波特率115200，8位數(shù)據(jù)位和1位停止位，0~100℃溫度輸入，α=0.00385, 50Hz。i-7024地址為2，波特率115200，8位數(shù)據(jù)位和1位停止位，4~20mA模擬量輸出，50Hz。 圖3.12 I/O顯示 3.4.3控制算法的程序?qū)崿F(xiàn) MiniOS7 Studio是一

51、個(gè)良好的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，其功能全面使用方便，已經(jīng)越來(lái)越受到客戶們的青睞。該軟件中常見(jiàn)的內(nèi)容有項(xiàng)目管理、編譯器、文本編輯、調(diào)試信息、連接器等，再此基礎(chǔ)上，MiniOS7還包括控件管理功能、瀏覽器、設(shè)置熱鍵配置、程序代碼分析、幫助文檔和尋找?guī)旌瘮?shù)等重要方面內(nèi)容，并整合了MiniOS7 Utility的功能，集編程下載為一體，很大程度上減少了用戶MiniOS7程序的開(kāi)發(fā)時(shí)間。MiniOS7 Studio綜合了使用者所需要的全部功能，讓用戶得以充分體驗(yàn)IDE開(kāi)發(fā)環(huán)境的優(yōu)勢(shì)，拋棄了原先開(kāi)發(fā)方式中，需要用到多種不同軟件工具的缺點(diǎn)，使用戶可以把更多的精力集中到程序開(kāi)發(fā)中。 本論文使用MiniOS7-Stud

52、io對(duì)控制器μPAC-7186EG進(jìn)行控制算法的C程序編寫(xiě)，如圖3.13所示。以PID控制算法以及解耦合的方法達(dá)到控制制粒機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的效果。該方法為自動(dòng)控制，穩(wěn)定性較高，控制效果較好。 圖3.13 C程序代碼 本論文使用軟件得到控制結(jié)果如圖3.14（溫度檢測(cè)結(jié)果）、圖3.15（主機(jī)電流檢測(cè)結(jié)果）圖3.16（電動(dòng)閥控制結(jié)果）所示。 圖3.14溫度檢測(cè)結(jié)果 圖3.15主機(jī)電流檢測(cè)結(jié)果 圖3.16電動(dòng)閥控制控制結(jié)果 第四章 結(jié)論與展望 4.1結(jié)論 本論文設(shè)計(jì)的基于智能模塊的飼料環(huán)模制粒

53、機(jī)控制系統(tǒng)是一個(gè)雙輸入、雙輸出控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的大體設(shè)計(jì)方法上文已經(jīng)詳述，在此大致總結(jié)一下全文。該系統(tǒng)的控制量有：蒸汽量、喂料量；測(cè)量值有：蒸汽閥開(kāi)度、進(jìn)料溫度；被控變量有：主機(jī)電流、調(diào)質(zhì)溫度。智能模塊包括控制器、模擬量輸入模塊i-7017、數(shù)據(jù)采集模塊i-7033、模擬量輸出模塊i-7024，模塊之間采用RS-485通信，模塊與計(jì)算機(jī)之間采用RS-232串口通信。在所有模塊調(diào)通之后，在計(jì)算機(jī)中編寫(xiě)控制程序并將程序下載到控制器中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)制粒機(jī)相應(yīng)的控制要求。本論文不僅闡明了制粒機(jī)的基本結(jié)構(gòu)以及環(huán)模制粒機(jī)的工作原理，更是從自動(dòng)控制的角度去解決環(huán)模制粒機(jī)在實(shí)際生產(chǎn)操作過(guò)程中的問(wèn)題。 4.2展望

54、 本論文中，傳感器與采集模塊i-7033以及智能模塊與上位機(jī)通信，都是采用有線連接方式。在制粒機(jī)工作現(xiàn)場(chǎng)往往環(huán)境惡劣，有線連接線路很容易受環(huán)境影響，會(huì)導(dǎo)致信號(hào)傳輸不穩(wěn)定。采用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)無(wú)疑是很有效的方法，不僅可以改善信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，還能夠讓工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)更加有條理。為了不大量更換設(shè)備，可以直接在每個(gè)傳感器上連接一個(gè)無(wú)線發(fā)送模塊，在蒸汽閥和喂料電機(jī)上連接一個(gè)無(wú)線接收模塊，在上位機(jī)監(jiān)控單元上連接一個(gè)無(wú)線收發(fā)模塊。如圖4.1所示。 圖4.1 無(wú)線連接示意圖 參考文獻(xiàn) [1]陳炳偉. 環(huán)模制粒機(jī)高效制粒機(jī)理與性能分析[D].南京理工大學(xué),2009. [2]孫營(yíng)超. 環(huán)模制粒機(jī)制粒工藝研

55、究與控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)[D].南京理工大學(xué),2009. [3]孫旭清. 環(huán)模制粒機(jī)的主體結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[D].江南大學(xué),2009. [4]張堃,費(fèi)敏銳,吳建國(guó),張培建,胡志江. 一類參數(shù)不確定時(shí)滯系統(tǒng)的智能控制應(yīng)用研究[J]. 儀器儀表學(xué) 報(bào),2014,06:1394-1401. [5]施水娟. 環(huán)模制粒機(jī)擠壓成形機(jī)理分析與結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化[D].南京理工大學(xué),2011. [6]張堃,吳建國(guó),張培建,胡志江. 基于專家系統(tǒng)的環(huán)模制粒機(jī)控制系統(tǒng)研究[J]. 計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化 學(xué),2012,10:1249-1252. [7]王斌斌. 環(huán)模制粒機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備,2007,

56、05:51-54. [8]王敏. 環(huán)模制粒機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)[J]. 湖南飼料,2006,04:39-41. [9]皮蘇敏. 環(huán)模制粒機(jī)的探析與簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2013,26:42. [10]林文卿. 嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)在飼料制粒機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D].東華大學(xué),2011. [11]秦磊,吳建國(guó),薛源,楊曉偉. 基于STM32的環(huán)模制粒機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 儀表技 術(shù),2014,11:16-19+24. [12]范文海,范天銘,王祥,秦永林. 環(huán)模制粒機(jī)生產(chǎn)率理論計(jì)算及其影響因素分析[J]. 糧食與飼料工 業(yè),2011,06:34-36.

57、 [13]Stevens,C.A.Starch gelatinization and the influence of Particle size,steam pressure and die speed on the pelleting process [D].PhD thesis,Kansas State Univ,USA,1987 [14]Jonathan B radshow. Feed Operation, Controlling Energry Costs [J]. World Grain, 2007(2):66~69 [15]Collison, R. and Chil

58、ton, J.A. Gelatinization of starch in extruded products [J].Cereal Chem,1977,9:309一 315 致 謝 本文是在導(dǎo)師吳建國(guó)教授的悉心指導(dǎo)下完成的。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的所有階段，從選題、方案設(shè)計(jì)、調(diào)試、結(jié)果分析和論文的寫(xiě)作都凝聚著吳教授的大量心血。在此，特向吳教授表示誠(chéng)摯的感謝和由衷的敬意。感謝吳教授在我迷茫時(shí)給了我方向，在我對(duì)設(shè)計(jì)方案百思不得其解的時(shí)候?qū)ξ夷托牡闹笇?dǎo)。吳教授治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，對(duì)待科學(xué)兢兢業(yè)業(yè)，讓我深深地感受到了科學(xué)的樂(lè)趣。同時(shí)，還要特別感謝劉進(jìn)學(xué)長(zhǎng)對(duì)我不厭其煩幫助。 感謝自113班的所有同學(xué)，感謝613實(shí)驗(yàn)室的所有兄弟姐妹，感謝宿舍的室友，是你們給予我良好的學(xué)習(xí)和生活環(huán)境。在離別之際，祝愿大家身體健康、萬(wàn)事如意。 感謝我的父母，是你們辛辛苦苦供我上學(xué)，給我依靠。如果沒(méi)有你們精神上的鼓勵(lì)、物質(zhì)上的支持，我永遠(yuǎn)不可能有機(jī)會(huì)追逐自己夢(mèng)想。 最后，衷心的感謝在百忙中審閱本論文的各位專家、教授！由于本人水平有限，論文中難免有不足之處，懇請(qǐng)各位專家、教授批評(píng)指正。 28