一種動模式生物質(zhì)制粒機定量喂料裝置制造方法
【專利摘要】一種動模式生物質(zhì)制粒機定量喂料裝置，由料筒、料倉、絞龍外筒、絞龍葉片、聯(lián)軸器和三相交流電機組成，所述控制裝置還包括嵌入式控制系統(tǒng)、變頻器和編碼器，所述嵌入式控制系統(tǒng)，用于：根據(jù)設(shè)定的生物質(zhì)顆粒密度值，計算出相應(yīng)的設(shè)定速度值，進而計算出該設(shè)定速度值對應(yīng)的變頻器頻率，輸出至變頻器，在該變頻器頻率下控制三相交流電機啟動；和通過編碼器讀取輸出三相交流電機實時轉(zhuǎn)速，根據(jù)設(shè)定速度值和實時轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)變頻器頻率，使電機實時轉(zhuǎn)速與設(shè)定速度值相匹配。本發(fā)明能解決強制喂料時由于喂料過多所導(dǎo)致的電機堵轉(zhuǎn)問題，提高喂料過程的自動化程度及喂料量均勻性，從而使生物質(zhì)顆粒密度均勻一致。
【專利說明】一種動模式生物質(zhì)制粒機定量喂料裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)機械領(lǐng)域，具體涉及到一種用于生物質(zhì)制粒機定量喂料控制控制
>J-U裝直。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，世界范圍內(nèi)的能源消耗主要是以煤炭、石油和天然氣為主的不可再生能源。由于其具有不可再生性，其利用是以消耗地球資源為代價。同時人類在使用這些能源的過程中，也在嚴重地破壞人類的生存環(huán)境，其主要表現(xiàn)在:溫室效應(yīng)氣體的排放AO5^P NOx等有害氣體的排放；粉塵的排放三個方面。
[0003]生物質(zhì)顆粒是一種零排放、可再生能源。通過生物質(zhì)制粒機將各類松散的生物質(zhì)原料(主要是農(nóng)作物秸桿、農(nóng)產(chǎn)品加工廢棄物、林木加工廢棄物等)用機械加壓的方法，使原來松散的、沒有一定形狀的原料壓縮成具有一定形狀的、密度較大的成型燃料。生物質(zhì)顆粒燃燒所釋放出的CO2大體上相當(dāng)于其生長時通過光合作用所吸收的CO2，所以燃用生物質(zhì)能時CO2的排放量可以認為是零，這是氣、油、煤等常規(guī)能源所無法比擬的。
[0004]生物質(zhì)顆粒具有取材容易、加工簡單、成本較低、便于儲存和運輸、易著火、燃燒性能好、熱效率高的優(yōu)點，可作為炊事、取暖的燃料，也可以作為工業(yè)鍋爐和電廠的燃料。近年來，世界各國普遍開展了對生物質(zhì)固化成型技術(shù)的研究和應(yīng)用，開發(fā)出多種生物質(zhì)制粒機。生物質(zhì)制粒機有多種結(jié)構(gòu)類型，包括環(huán)模制粒機、平模制粒機、沖壓式制粒機等。
[0005]平模機與環(huán)模機相比， 具有能耗低、結(jié)構(gòu)簡單、模具維護成本低、調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點，得到越來越多廠家的重視。平模機具有兩種形式，動模式和動輥式。動輥式制粒機利用主電機施加在壓輥的力對平鋪在模具上的原料進行擠壓，擠壓時，壓輥向下的分力能有效的將原料帶入到壓輪下，因此加工出的顆粒具有高的密度和長度。動輥式制粒機雖然能夠加工出高質(zhì)量的生物質(zhì)顆粒，但其缺點也比較明顯，由于壓輪的的軸承內(nèi)置在制粒機里面，加工過程中產(chǎn)生的高溫和原料的粉塵，對軸承的壽命產(chǎn)生很大的影響。而動模式制粒機由于軸承外置，因此散熱條件好，可以有效的提高軸承壽命，降低設(shè)備維護成本。但是動模式制粒機是通過模具的轉(zhuǎn)動，利用模具與壓輪之間的摩擦力使壓輪旋轉(zhuǎn)，從而對模具與壓輪之間的原料施加壓緊力進行壓制，由于模具與壓輪之間的摩擦力以及壓輪與原料之間的摩擦力較小，因此在工作過程中，會造成進料不足，從而造成顆粒的密度小、長度短等缺陷，
目前尚未檢索到基于電流檢測的動模式生物質(zhì)制粒機定量喂料控制方法和裝置方面的專利和文獻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此本發(fā)明針對動模式制粒機進料不足的問題，提供了一種動模式生物質(zhì)制粒機定量喂料控制裝置，用以對制粒機喂料系統(tǒng)進行定量控制。控制方法簡單；能夠有效的防止制粒機強制喂料系統(tǒng)堵轉(zhuǎn)；能夠有效提高生物質(zhì)顆粒的密度和長度。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種動模式生物質(zhì)制粒機定量喂料裝置，由料筒、料倉、絞龍外筒、絞龍葉片、聯(lián)軸器和三相交流電機組成，其特征是，所述控制裝置還包括嵌入式控制系統(tǒng)、變頻器和編碼器，所述編碼器連接于三相交流電機軸和嵌入式控制系統(tǒng)之間，所述變頻器連接于三相交流電機定子繞組和嵌入式控制系統(tǒng)之間；
所述變頻器用于調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速；
所述編碼器用于測量電機轉(zhuǎn)速；
所述嵌入式控制系統(tǒng)，用于:
根據(jù)設(shè)定的生物質(zhì)顆粒密度值，計算出相應(yīng)的設(shè)定速度值，進而計算出該設(shè)定速度值對應(yīng)的變頻器頻率，輸出至變頻器，在該變頻器頻率下控制三相交流電機啟動；和
通過編碼器讀取輸出三相交流電機實時轉(zhuǎn)速，根據(jù)設(shè)定速度值和實時轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)變頻器頻率，使電機實時轉(zhuǎn)速與設(shè)定速度值相匹配。
[0008]上述技術(shù)方案中，三相交流電機旋轉(zhuǎn)通過聯(lián)軸器帶動絞龍葉片旋轉(zhuǎn)，料筒里面的粉狀原料被強行送入到壓輪與模具的結(jié)合處，然后通過壓輪的擠壓作用，擠入模具的出料孔中。通過編碼器測量電機的實際轉(zhuǎn)速，嵌入式控制系統(tǒng)根據(jù)編碼器測量的轉(zhuǎn)速進行動態(tài)控制。
[0009]作為本發(fā)明的進一步改進，所述嵌入式控制系統(tǒng)中設(shè)有速度-密度關(guān)系曲線，所述嵌入式控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的生物質(zhì)顆粒密度值和速度-密度關(guān)系曲線，計算出相應(yīng)的電機速度值。
[0010]作為本發(fā)明的進一步改進，所述根據(jù)設(shè)定速度值和實時轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)變頻器頻率具體包括:如果電機轉(zhuǎn)速低于設(shè)定速度值，則表示進料過多，降低變頻器的頻率，使電機轉(zhuǎn)速下降，使料筒里面的粉料減少，在設(shè)定的時間后，再恢復(fù)至速度設(shè)定值對應(yīng)頻率；如果電機轉(zhuǎn)速高于設(shè)定值，則表示進料過少，增加變頻器的頻率，此時電機轉(zhuǎn)速增加，使料筒里面的粉料增加，在設(shè)定的時間后，再恢復(fù)至速度設(shè)定值對應(yīng)頻率。所述設(shè)定的時間根據(jù)生物質(zhì)的種類設(shè)定，一般為0.5-1.5秒。
[0011]作為本發(fā)明的進一步改進，所述嵌入式控制系統(tǒng)中設(shè)有電機堵轉(zhuǎn)閾值，當(dāng)電機實時轉(zhuǎn)速波動超過電機堵轉(zhuǎn)閾值時，所述嵌入式控制系統(tǒng)停止變頻器頻率輸出，使得電機停止運行。在控制過程中，電機實時轉(zhuǎn)速圍繞設(shè)定速度值上下波動，如果波動超過電機堵轉(zhuǎn)閾值，表示系統(tǒng)定量喂料發(fā)生故障，則停機維修。
[0012]作為本發(fā)明的進一步改進，所述嵌入式控制系統(tǒng)包括主控芯片以及分別和主控芯片連接的控制面板、通信模塊和存儲器；控制程序存儲在主控芯片內(nèi)部的Flash存儲器中；
所述主控芯片，用于接收設(shè)定生物質(zhì)顆粒密度值和編碼器信號，輸出變頻器控制頻
率；
所述通信模塊，用于在變頻器和主控芯片之間進行雙向通信；
所述存儲器，用于存儲生物質(zhì)顆粒密度設(shè)定值。
[0013]所述嵌入式控制系統(tǒng)的控制流程如下:
(1)首先通過控制面板上的密度設(shè)定按鍵，設(shè)定需要生物質(zhì)顆粒密度值；
(2)在存儲速度-密度的二維數(shù)組中查找設(shè)定密度對應(yīng)的速度值，如果找不到，則通過線性插值的方法推算出速度值；
(3)根據(jù)速度與頻率之間的關(guān)系，算出變頻器頻率值；
(4)根據(jù)變頻器頻率值設(shè)定變頻器控制頻率，啟動電機； (5)通過編碼器測量電機實際轉(zhuǎn)速；
(6)判斷電機轉(zhuǎn)速是否超過或者小于設(shè)定速度值，如果超過設(shè)定速度值，則將頻率值減小，通過通信模塊設(shè)定變頻器頻率值，直到電機轉(zhuǎn)速減低到設(shè)定速度值為止；如果電機轉(zhuǎn)速低于設(shè)定速度值，則將頻率值增加，然后通過通信模塊設(shè)定變頻器頻率值，直到電機轉(zhuǎn)速增加到設(shè)定速度值為止；
(7)如果電機轉(zhuǎn)速超過或者小于電機堵轉(zhuǎn)閾值，則控制變頻器控制頻率，使電機停機。
[0014]本發(fā)明中，首先通過實驗確定速度與生物質(zhì)顆粒密度之間的關(guān)系，在測試時記錄不同的喂料轉(zhuǎn)速對應(yīng)的不同的生物質(zhì)顆粒密度，得到速度-密度關(guān)系曲線；然后將速度-密度關(guān)系曲線編制在控制程序中；在制粒機制粒時，首先通過控制裝置上的設(shè)定按鍵，設(shè)定生物質(zhì)顆粒密度值，控制系統(tǒng)根據(jù)速度-密度曲線計算出相應(yīng)的速度值，進而計算出該速度對應(yīng)的變頻器頻率，然后通過RS485接口，設(shè)定變頻器頻率，并啟動喂料電機；控制裝置通過編碼器讀取輸出電機轉(zhuǎn)速；然后根據(jù)控制規(guī)律調(diào)節(jié)變頻器頻率，使電機速度與設(shè)定速度相匹配。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:解決了由于喂料過多引起的電機堵轉(zhuǎn)；由于喂料不均勻引起的生物質(zhì)顆粒密度不均勻以及長度短等問題。提高了喂料的自動化程度，提高了生物質(zhì)顆粒的密度和長度，進而提高了生物質(zhì)顆粒的產(chǎn)量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2嵌入式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
圖3控制面板結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4定量喂料控制流程圖。
[0017]圖中:1.料筒；2.料倉；3.絞龍外筒；4.絞龍葉片；5.聯(lián)軸器；6.三相交流電機7.壓輪8.模具9.編碼器10.變頻器11.嵌入式控制系統(tǒng)；12.存儲器；13.主控芯片；14.通信模塊；15.輸入按鍵；16.數(shù)碼管；17.控制面板；18.正常燈；19.故障燈；20.粉狀原料；21.生物質(zhì)顆粒100.生物質(zhì)制粒機定量喂料控制裝置。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和實施例做進一步說明。
[0019]如圖1所示，一種動模式生物質(zhì)制粒機定量喂料裝置100，由料筒1、料倉2、絞龍外筒3、絞龍葉片4、聯(lián)軸器5、三相交流電機6、變頻器9、編碼器10和嵌入式控制系統(tǒng)11組成。其中三相交流電機6旋轉(zhuǎn)通過聯(lián)軸器6帶動絞龍葉片4旋轉(zhuǎn)，料筒I里面的粉狀原料19被強行送入到壓輪7與模具8的結(jié)合處，然后通過壓輪7的擠壓作用，擠入模具8的出料孔中，形成生物質(zhì)顆粒21。其中絞龍外筒3出料口為三角形出料口，并與壓輪7側(cè)面和圓弧面間隙配合，配合間隙Imm左右，留間隙的目的是讓多余的粉料從料筒溢出，可以進一步防止電機堵轉(zhuǎn)；絞龍葉片4呈錐形，圓錐角度為40度，其目的為減輕施加在粉料上的擠壓力，防止粉料結(jié)塊。
[0020]編碼器9測量電機6的實時轉(zhuǎn)速，嵌入式控制系統(tǒng)11根據(jù)編碼器9測量的轉(zhuǎn)速，控制變頻器10的頻率輸出，對電機速度進行動態(tài)控制。[0021]嵌入式控制系統(tǒng)11，用于:根據(jù)設(shè)定的生物質(zhì)顆粒密度值和速度-密度關(guān)系曲線，計算出相應(yīng)的設(shè)定速度值，進而計算出該設(shè)定速度值對應(yīng)的變頻器頻率，輸出至變頻器10，在該變頻器頻率下控制三相交流電機6啟動；通過編碼器9讀取輸出三相交流電機6的實時轉(zhuǎn)速，根據(jù)設(shè)定速度值和實時轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)變頻器頻率，使電機6實時轉(zhuǎn)速與設(shè)定速度值相匹配。
[0022]如圖3所示，嵌入式控制系統(tǒng)由主控芯片以及分別和主控芯片連接的控制面板、通信模塊和存儲器組成。主控芯片13采用AT89S52芯片，控制程序存儲在主控芯片內(nèi)部的Flash存儲器中。通信模塊14采用MAX485芯片，用于在變頻器9和主控芯片13之間進行雙向通信。存儲器12采用24C04存儲器，用于存儲生物質(zhì)顆粒密度設(shè)定值?？刂泼姘?7上設(shè)有輸入按鍵15和數(shù)碼管16。
[0023]MAX485芯片的DI引腳與單片機TXD連接、RO引腳與單片機RXD連接、石和DE引腳連接在一起并與單片機Pl.7引腳連接。MAX485接口芯片是Maxim公司的一種RS485芯片，使用RS485,可以有效的提聞傳輸距尚和抗干擾能力。
[0024]編碼器輸出的A向脈沖接到單片機的外部計數(shù)器TO引腳上，通過軟件進行計數(shù)。
[0025]24C04存儲器的SCL引腳接到單片機的P3.4引腳上，SDA引腳接到P3.5引腳上，主控芯片13按照24C 04存儲器12規(guī)定的時序在設(shè)定密度時將生物質(zhì)顆粒密度值輸入到24C04存儲器中，每次系統(tǒng)開機時則從24C04中讀取生物質(zhì)顆粒密度設(shè)定值，并根據(jù)速度-密度曲線計算出對應(yīng)的變頻器頻率。
[0026]數(shù)碼管16的abcdefgdp引腳分別接到PO端口相應(yīng)引腳上，位選信號接到P2對應(yīng)的引腳上。
[0027]控制面板17如圖1所示，包括按鍵15和數(shù)碼管16和顯示燈。其中正常燈18用于顯示系統(tǒng)正常工作狀態(tài)；故障燈19用于顯示系統(tǒng)運行故障，例如電機堵轉(zhuǎn)；密度設(shè)定操作按鍵15a用于增加和減小密度值；數(shù)碼管16用于顯示在設(shè)定時顯示設(shè)定速度值以及運行時動態(tài)顯示當(dāng)前電機轉(zhuǎn)速；電機控制鍵15b用于啟動和停止電機。
[0028]在生物質(zhì)制粒機定量喂料控制裝置100進行定量控制之前需要收集速度與生物質(zhì)顆粒密度之間的關(guān)系數(shù)據(jù)，獲取速度-密度關(guān)系曲線，步驟如下:
(1)手工設(shè)定變頻器頻率值，然后啟動喂料電機；
(2)記錄控制系統(tǒng)上顯示的電機實際轉(zhuǎn)速；
(3)然后使用精密天平測量顆粒重量，并通過卡尺測量生物質(zhì)顆粒的長度，然后根據(jù)生物質(zhì)顆粒的長度、重量和直徑計算顆粒的密度；
(4)重復(fù)上述步驟，每次設(shè)定不同的轉(zhuǎn)速，得到對應(yīng)的顆粒密度。
[0029]上述步驟得到的轉(zhuǎn)速與密度對應(yīng)關(guān)系。然后將測量出的速度-密度關(guān)系通過Kei IC51編程軟件編制在程序中。在程序中通過二維數(shù)組存儲速度-密度關(guān)系，數(shù)組的類型為float類型。
[0030]嵌入式控制系統(tǒng)11嵌入式控制系統(tǒng)11控制電機喂料的流程圖如圖2所示，控制的流程的具體步驟如下:
(1)首先通過控制面板上的密度設(shè)定按鍵，設(shè)定需要生物質(zhì)顆粒密度值；
(2)控制程序在存儲速度-密度的二維數(shù)組中查找設(shè)定密度對應(yīng)的速度值，如果找不到，則通過線性插值的方法推算出速度值。[0031](3)根據(jù)速度與頻率之間的關(guān)系，算出變頻器頻率值，計算公式如下:
【權(quán)利要求】
1.一種動模式生物質(zhì)制粒機定量喂料裝置，由料筒、料倉、絞龍外筒、絞龍葉片、聯(lián)軸器和三相交流電機組成，其特征是，所述控制裝置還包括嵌入式控制系統(tǒng)、變頻器和編碼器，所述編碼器連接于三相交流電機軸和嵌入式控制系統(tǒng)之間，所述變頻器連接于三相交流電機定子繞組和嵌入式控制系統(tǒng)之間； 所述變頻器用于調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速； 所述編碼器用于測量電機轉(zhuǎn)速； 所述嵌入式控制系統(tǒng)，用于: 根據(jù)設(shè)定的生物質(zhì)顆粒密度值，計算出相應(yīng)的設(shè)定速度值，進而計算出該設(shè)定速度值對應(yīng)的變頻器頻率，輸出至變頻器，在該變頻器頻率下控制三相交流電機啟動；和 通過編碼器讀取輸出三相交流電機實時轉(zhuǎn)速，根據(jù)設(shè)定速度值和實時轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)變頻器頻率，使電機實時轉(zhuǎn)速與設(shè)定速度值相匹配。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定量喂料控制裝置，其特征是，所述嵌入式控制系統(tǒng)中設(shè)有速度-密度關(guān)系曲線，所述嵌入式控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的生物質(zhì)顆粒密度值和速度-密度關(guān)系曲線，計算出相應(yīng)的電機速度值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定量喂料控制裝置，其特征是，所述根據(jù)設(shè)定速度值和實時轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)變頻器頻率具體包括:如果電機實時轉(zhuǎn)速低于設(shè)定速度值，在一個設(shè)定的時間內(nèi)，降低變頻器的頻率，使電機實時轉(zhuǎn)速下降，再恢復(fù)至速度設(shè)定值對應(yīng)頻率；如果電機實時轉(zhuǎn)速高于設(shè)定速度值，在一個設(shè)定的時間內(nèi)，增加變頻器的頻率，使電機實時轉(zhuǎn)速增加，再恢復(fù)至速度設(shè)定值對應(yīng)頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定量喂料控制裝置，其特征是，所述嵌入式控制系統(tǒng)包括主控芯片以及分別和主控芯片連接的控 制面板、通信模塊和存儲器；控制程序存儲在主控芯片內(nèi)部的Flash存儲器中； 所述主控芯片，用于接收設(shè)定生物質(zhì)顆粒密度值和編碼器信號，輸出變頻器控制頻率； 所述通信模塊，用于在變頻器和主控芯片之間進行雙向通信； 所述存儲器，用于存儲生物質(zhì)顆粒密度設(shè)定值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的定量喂料控制裝置，其特征是，所述嵌入式控制系統(tǒng)的控制流程如下: (1)首先通過控制面板上的密度設(shè)定按鍵，設(shè)定需要生物質(zhì)顆粒密度值； (2)在存儲速度-密度的二維數(shù)組中查找設(shè)定密度對應(yīng)的速度值，如果找不到，則通過線性插值的方法推算出速度值； (3)根據(jù)速度與頻率之間的關(guān)系，算出變頻器頻率值； (4)根據(jù)變頻器頻率值設(shè)定變頻器控制頻率，啟動電機； (5)通過編碼器測量電機實際轉(zhuǎn)速； (6)判斷電機轉(zhuǎn)速是否超過或者小于設(shè)定速度值，如果超過設(shè)定速度值，則將頻率值減小，通過通信模塊設(shè)定變頻器頻率值，直到電機轉(zhuǎn)速減低到設(shè)定速度值為止；如果電機轉(zhuǎn)速低于設(shè)定速度值，則將頻率值增加，然后通過通信模塊設(shè)定變頻器頻率值，直到電機轉(zhuǎn)速增加到設(shè)定速度值為止； (7)如果電機轉(zhuǎn)速超過或者小于電機堵轉(zhuǎn)閾值，則控制變頻器控制頻率，使電機停機。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定量喂料控制裝置，其特征是，所述絞龍外筒出料口為三角形出料口，并與壓輪側(cè)面和圓弧面間隙配合，配合間隙1_。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定量喂料控制裝置，其特征是，所述絞龍葉片呈錐形，圓錐角度為40度。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的定量喂料控制裝置，其特征是，所述主控芯片(13)采用AT89S52芯片；通信模塊(14)采用MAX485芯片；所述存儲器(12)采用24C04存儲器；所述控制面板(17)上設(shè)有輸`入按鍵(15)和數(shù)碼管(16)。
【文檔編號】B01J2/22GK103480302SQ201310406489
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月9日
【發(fā)明者】肖愛民 申請人:張家港鹿鳴生物質(zhì)能源設(shè)備有限公司