自動控制技術在制粒機上的應用及對制粒性能的影響

創德任艷萍

   制粒機作為顆粒飼料生產工藝中最為主要的設備之一，它的性能優劣直接影響到顆粒飼料的生產質量。隨著現代養殖業與飼料工業的發展，飼料市場的競爭日趨激烈，飼料生產廠家需要設備制造廠家提供高產、節能、自動化程度高、易于操作、制粒效果好的制粒設備。近年來，制粒技術不斷和自動控制技術相結合，出現了一批現代化的飼料生產廠和高自動化的現代制粒設備，從而提高了生產效率和產品質量，適應了飼料行業快速發展的要求。筆者根據在飼料制粒設備上多年的研究、開發與制造經歷，總結了自動控制技術在制粒機上的運用情況及對制粒機性能的影響，以供飼料生產廠家選購設備時參考。
　　1 制粒機喂料速度自動控制技術
　　該技術的主要目的是為了保證制粒機工作電流的穩定性，以充分發揮制粒機生產能力和防止堵機。其作用原理是：喂料器電機采用變頻器進行變頻控制，并在電控中心采用PLC控制技術。在制粒機工作前，先要在 PLC控制參數中輸入制粒機正常工作時的所需電流，一般取電機額定電流值的80%~95%，對于容易制粒的飼料取較大值，難以制粒的飼料則取較小值；在制粒機工作中，PLC控制中心則根據采集到的電流實際值和設定值進行對比，如果實際值小于設定值，則給喂料器的變頻器一個增加一定喂料頻率的信號，喂料速度加快，喂料量于是增大，反之，則需要降低喂料頻率，減小喂料量。需要注意的是，由于飼料在制粒前需要進入調質器進行調質，需要一定時間才能到達制粒室，因此，喂料速度的變化引起主電機電流的變化有一個滯后時間，這個滯后時間反映在PLC程控中，就要求PLC控制中心采集電流信號的頻率要合理，如果頻率較小，則不能及時地將喂料速度和實際電流調整到最佳狀態；如果頻率較快，則可能調節過度，使實際參數在最佳參數左右擺動較大，甚至會造成堵機。經過合理的編程控制，該項技術能很好地保證制粒機工作電流的平穩性，充分發揮制粒性能，減少機器的故障發生率。
　　2 制粒機調質溫度自動控制技術
　　調質溫度是制粒過程中是一個非常重要的參數。不同的飼料品種及配方所要求的調質溫度是不盡相同的，如含有熱敏性配方成份的飼料一般要求調質溫度不超過 60℃，畜禽料的調質溫度大體在75~90℃之間，水產料的調質溫度則一般在85~100℃之間。具體到每一個飼料配方，調質溫度都有一個最佳值，如果我們能夠做到在實際工作中將飼料調質后的溫度調整到最佳值或在其附近窄區間小幅度波動，則能最大限度滿足產品質量要求，但在實際生產中，由于工況較為復雜，如鍋爐供汽壓力不穩定，蒸汽流量及溫度有變化，喂料量大小也有不同等，再加上操作人員水平有高有低，實際的調質溫度很難保證一個最佳值，有時擺動的幅度范圍還比較大，這樣就影響了調質效果，有時會引起堵機，同時操作人員需要不斷地對調質溫度加以調整，浪費了大量人力。
　　為了改善人工調節調質溫度的不足，溫度自動控制技術被加以開發和利用。它是在制粒機的調質器出料口處設置溫度傳感器，在蒸汽管路中設置等比例控制閥并安裝在原來用于手動調節蒸汽量的截止閥處，溫度傳感器和等比例控制閥由PLC控制中心進行控制，其操作介面一般設置在制粒機現場安裝的觸摸屏上。工作時，由操作者在觸摸屏中輸入所做飼料的調質溫度值，如某一雞飼料配方所需調質溫度為85℃，則開始制粒后，溫度傳感器不斷地把由飼料調質溫度變化引起的電流變化反饋到PLC控制中心， PLC控制中心再把電流信號轉化為溫度信號后和所設定溫度值進行比較，根據比較值的高低來決定開啟等比例控制閥的閥門大小，直到溫度達到85℃為止。采用該種自動控制方式，溫度波動范圍一般可控制在±2℃之內，完全滿足了生產需要，使制出的顆粒質量均勻一致，并減輕了操作者的勞動強度。
　　3 制粒機壓輥和環模間隙自動調節技術
　　制粒機壓輥和環模的間隙調節，是操作制粒機的一個重要環節，間隙調整得合理，則制粒機產量高，能耗低，顆粒質量好，壓輥和環模磨損小，使用壽命長；反之，則制粒機不能正常工作，顆粒質量沒有保證，壓輥和環模在間隙過小時則會磨損嚴重，甚至出現環模爆裂。這就對制粒機操作人員提出了較高的要求，需要有豐富的壓輥調節知識才行。為了減少人為操作不穩定因素的影響，同時也是為了減輕人的工作強度、提高生產效率，壓輥和環模間隙自動調節技術應運而生。它主要是由油缸執行系統、角度傳感器及PLC控制系統等組成，油缸執行系統的作用是推動壓輥順時針或逆時針轉動，即使得壓輥和環模間隙增大或減小；角度傳感器的作用是感知壓輥角度的變化并把變化信號傳遞給PLC控制系統；PLC控制系統則負責把壓輥角度的變化轉化為壓輥和環模間隙大小的變化并與設定間隙值進行比較，由此確定油缸執行系統的動作方向和大小，直到實際間隙和設定間隙在誤差允許的范圍內一致為止。該系統可采用現場觸摸屏作為“人機對話”的界面，操作方便，調節精度高，壓輥和環模間隙誤差可控制在±0.1 mm之內，并且可在制粒機工作中隨時可調，極大地提高了工作可靠性和工作效率，降低了勞動強度，壓輥和環模的磨損減小，大大延長了使用壽命。
　　4 制粒機傳動皮帶液壓自動張緊技術
　　皮帶型傳動的制粒機操作維護方便，但需要定期檢查皮帶的松緊度。如果皮帶張緊采用手動調節機構，由于皮帶在使用中的磨損，當維護不及時時，有可能造成皮帶打滑并燒毀皮帶。制粒機皮帶液壓自動張緊技術，是通過一個油缸來張緊皮帶，油缸的油壓來自液壓泵并且大小可以調節，以滿足皮帶的張緊力。工作時，在制粒機啟動前首先啟動液壓泵，皮帶以設定的張力進行張緊，并在制粒機工作中始終保持恒定，皮帶不存在磨損后變松現象。當工作結束時，可在制粒機完全停穩后關掉液壓泵，油缸壓力消失，皮帶于是松開，對皮帶起到保護作用，延長了其使用壽命。
　　5 主軸軸承和壓輥軸承自動潤滑技術
　　主軸軸承和壓輥軸承自動潤滑技術的運用，是由于制粒機主軸軸承和壓輥軸承工作在高溫、高濕和高粉塵的惡劣環境下，需要對軸承進行良好的潤滑才能保證制粒機的正常運行，它需要的潤滑周期短，一般為1 h潤滑1次；潤滑油用量大，一般1臺中型的制粒機工作12 h約需要加1 kg的潤滑油，因此，如果采取手動潤滑，則費時費力，且潤滑油的用量難以保證。自動潤滑技術克服了手動潤滑的不足，它采用潤滑時間和潤滑數量可控制的潤滑泵來提供定時定量的潤滑油，并通過制粒機主軸后端的潤滑脂分配塊給主軸軸承和每個壓輥軸承分配一定量的潤滑油，保證了制粒機軸承潤滑的質量，并節省了大量的人力。
　　6 制粒機安全方面的自動控制技術
　　6.1 壓輥和環模自動保護系統
　　為了防止壓輥和環模之間進入鐵塊或其它大的硬質雜質對壓輥和環模造成損壞，在主軸后端特設置了安全銷式或液壓抱箍式的安全保護機構，當制粒機嚴重過載時，超過了安全銷的剪切力或超過了抱箍中摩擦片和摩擦盤的摩擦力，這時安全銷剪斷或者摩擦盤轉動，觸動安全開關動作，并把動作信號傳遞給控制中心，由控制中心發出停機指令，從而對壓輥和環模起到保護作用。
　　6.2 制粒機皮帶自動測速控制機構
　　為了防止皮帶打滑降低傳動效率和燒毀皮帶，在從動皮帶輪處可安裝速度傳感器，可以感應皮帶輪的轉速。當皮帶變松后打滑時，從動皮帶輪轉速會降低，當低于正常轉速值一定量時，一般設定為正常值的90%~95%，控制中心會報警，并隨即使制粒機斷電停機，以防皮帶燒毀。
　　6.3 制粒機旁通門自動卸荷機構
　　制粒機工作時有時會因為飼料原料、水分或溫度的變化產生負荷階段性的過載現象，如果不進行處理，可能會因過載而堵機，通常都是由操作者在觀察到電流過載時打開旁通門控制開關，使來料從旁通門流出，待電流回落到正常值時再關上。旁通門自動卸荷機構的控制原理和上述過程相類似，它是當控制中心檢測到實際電流超過設定值時，會給旁通門上的控制氣缸伸縮的電磁閥一個開門信號，旁通門于是被氣缸打開，飼料流出，電流隨即下降，然后旁通門再自動關閉。上述自控過程避免了制粒機隨時可能出現的堵機現象，也不再需要操作人員在現場一直守望著電流的變化情況，減輕了人的工作量。
　　7 結束語
　　從以上討論可知，隨著我國現代養殖業與飼料工業的大力發展，飼料設備在技術上有了很大進步，在制粒技術方面，自動化控制技術在各個環節上的普遍采用，極大地提高了生產效率和產品質量，降低了人的工作強度，保證了制粒過程的穩定性和安全性，為現代化的飼料廠的建設提供了高性能的關鍵設備。