基于PLC的煙葉烤房自動加煤系統(tǒng)設(shè)計

吳正興，徐萬明，楊思陽，黃 軍

（黔東南民族職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州 凱里556000）

0 引言

烤房是烤煙生產(chǎn)必不可少的基本設(shè)備。九十年代后，國家煙草局在全國范圍內(nèi)積極推廣三段式密集型烤房[1]。這種烤房雖在一定程度上可提高煙葉烤制質(zhì)量，節(jié)省燃煤，但燃煤添加的方式局限于人工加燃煤和半自動加燃煤，且對何時加料也受限于煙葉烤制人員的經(jīng)驗判斷。同時，烤房內(nèi)溫度的不均勻、可靠性低、勞動強度大、工作環(huán)境惡劣等也影響了煙葉烤制效率的提高。

可編程控制器具有自動控制能力強、使用方便、維護容易、通用性強、可靠性高、易于擴展等優(yōu)點[2]。為了能有效解決烤房自動加煤系統(tǒng)所面臨的問題，保證烤房內(nèi)溫度的穩(wěn)定性，提高煙葉烤制質(zhì)量及企業(yè)的經(jīng)濟效益，設(shè)計了一款基于PLC的煙葉烤房自動加煤系統(tǒng)。

1 自動加煤系統(tǒng)總體方案設(shè)計

1.1 傳送機構(gòu)和輔助設(shè)備的選用

烤房內(nèi)穩(wěn)定的溫度是烤煙質(zhì)量的保證，但對火爐燃料定時、定量的供給有很高要求。本煙葉烤房自動加煤系統(tǒng)選用具有運輸效率高、可靠性好、傳送精度高、易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點的螺旋式傳送機構(gòu)，實現(xiàn)火爐燃料的定時定量供給。

輔助設(shè)備主要選用帶有電動砸門的漏斗一個，控制柜一個，鼓風(fēng)機一臺，電動機一臺。

1.2 控制器的確定

單片機具有極強的實時數(shù)據(jù)處理功能，且價格便宜，功耗小，系統(tǒng)運行成本低，但惡劣環(huán)境下工作穩(wěn)定性差，抗干擾能力不強，現(xiàn)場維護困難，技術(shù)學(xué)習(xí)難度大，采用單片機控制需要有較高專業(yè)技術(shù)才能使系統(tǒng)可靠穩(wěn)定地工作。

PLC雖成本較高，但具有通用性強、抗干擾能力強、可靠性高、編程語言簡單易學(xué)、使用方便、易于擴展、控制系統(tǒng)調(diào)試周期短等特點，且無需拆動任何硬件，即可在線修改控制程序，調(diào)整控制方案，實現(xiàn)程序執(zhí)行狀況的實時監(jiān)控，為現(xiàn)場調(diào)試和維護提供極大的方便。

煙葉烤房自動加煤系統(tǒng)涉及的控制環(huán)節(jié)較多，對溫度的穩(wěn)定性和控制精度要求較高，抗干擾能力要求強，且能夠在惡劣環(huán)境下可靠工作，鑒于此，采用PLC控制方式。

1.3 自動加煤系統(tǒng)的整體方案

烤房自動加煤系統(tǒng)主要由電動機、螺旋傳送機、驅(qū)動裝置、傳感器、PLC、補風(fēng)機及其相關(guān)的輔助機構(gòu)組成。該系統(tǒng)的工作原理是通過電動機驅(qū)動螺旋傳送機將煤粉運送至烤房燃燒室，經(jīng)補風(fēng)機強制補風(fēng)，使煤粉接近完全燃燒；利用傳感器檢測烤房內(nèi)的溫度，當(dāng)傳感器發(fā)出低溫度信號時，PLC啟動補風(fēng)機補風(fēng)，經(jīng)規(guī)定的時間，若溫度上升，則加煤電動機不啟動，若溫度沒有上升，則視為燃料耗盡且啟動加煤電動機進行添加煤料，保證烤房內(nèi)溫度的穩(wěn)定。該系統(tǒng)通過上述的工作實現(xiàn)煙葉烤制過程中不同時段給定相應(yīng)溫度并保持穩(wěn)定的控制要求?？傮w方案結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。

圖1 總體方案結(jié)構(gòu)簡圖

2 基于PLC自動加煤機構(gòu)控制系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 硬件選型

2.1.1 溫度傳感器的選型

傳感器的選擇要考慮傳感器的檢測精度、靈敏性、穩(wěn)定性、工作壽命、工作條件等因素。經(jīng)查閱，本系統(tǒng)選用美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源AD590型溫度傳感器。該型傳感器將溫度轉(zhuǎn)換為電流輸出，具有線性良好、性能穩(wěn)定、靈敏度高、不需輔助電源、無需補償、抗干擾能力強、可遠距離測溫等特點，適用于該系統(tǒng)。

2.1.2 PLC的選型

PLC是自動加煤系統(tǒng)的核心。為提高系統(tǒng)可靠性，實現(xiàn)手動輸入模式，輸入和輸出共設(shè)計11個點。為降低成本，PLC選用交流電源，輸出采用繼電器輸出方式。根據(jù)日常使用情況和輸入輸出點數(shù)的要求選用三菱FX2N-16MR-001型PLC。因自動加煤系統(tǒng)含有溫度傳感器模擬量的輸入，根據(jù)三菱PLC選型手冊，選定FX2N-4AD-TC溫度傳感器作為輸入模塊。

2.2 系統(tǒng)控制電路的設(shè)計2.2.1 PLC的I/O端口分配

本設(shè)計I/O端口分配及功能如表1所示。

表1 I/O端口分配及功能

2.2.2 控制電路

自動加煤控制系統(tǒng)主要由鼓風(fēng)機主電路、輸送機主電路、閘門主電路及PLC與溫度傳感器輸入模塊等構(gòu)成，其系統(tǒng)控制電路如圖2所示。

圖2 自動加煤系統(tǒng)控制電路

2.3 控制系統(tǒng)程序設(shè)計

圖3 控制流程圖

3 總結(jié)

該自動加煤系統(tǒng)控制簡單、方便、實用，只要把加料漏斗加滿煤，按下啟動按鈕即可實現(xiàn)自動烤煙。同時，本設(shè)計增加了手動操作功能，提升了系統(tǒng)控制靈活性，實現(xiàn)緊急或特殊情況下的人工控制。該系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)相對簡單，現(xiàn)場調(diào)試和維護方便，惡劣環(huán)境下工作穩(wěn)定性好，抗干擾能力強，可實時監(jiān)控和調(diào)整烤房內(nèi)溫度，提高煙葉烤制質(zhì)量，增加經(jīng)濟收益，在煙葉烤房建設(shè)中具有一定的推廣價值。

參考文獻：

[1]宮長榮，陳江華，周義和．我國煙葉烘烤設(shè)備的歷史演變與發(fā)展創(chuàng)新[N]．東方煙草報，2004．

[2]王新娜，孫新鳳，姜秉梁.可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2012：3-4.

[3]陸宏偉，于春光.關(guān)于“密集式烤房烘烤龍江煙葉”技術(shù)探討[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2010，23（1）：117.