秸秆颗粒水暖锅炉的自动控制系统

刘 伟 孟庆福 张立明

(黑龙江省农业机械工程科学研究院齐齐哈尔农业机械化研究所，黑龙江 齐齐哈尔 161005)

1 自动控制系统的目的和要求

本文主要研究了一套燃烧自动控制系统，在不需要外界干涉的情况下，实现完全自动运行，包括能够实现自动进料、自动点火、自动清查，同时该控制系统还要能够根据与水暖锅炉的水温情况实现自动熄灭和自动重启等功能。

我们设计自动控制系统一般有2种功能模式：一种是自动运行模式，另一种是手动调整模式。在自动运行模式下，只要开启控制开关，控制系统就会按照设计好的运行流程全程自动运行，不需要任何外界干涉，手动调整模式下，部分控制参数是可以手动调整的，因为在使用不同种燃料时，最佳运行参数往往是不相同的，为了保证使用时能达到最佳效果，部分控制参数需要根据燃料和使用环境进行不同调整。

图1

该自动控制系统应该达到以下要求：

(1)由于燃烧器属于热利用设备，因此安全性要求比较高，所以要求燃烧器自动控制系统必须稳定、可靠、安全，同时要求操作方便；

(2)由于燃烧器使用时安装的位置比较低矮，因此要求控制系统设计一个与机体分离的控制装置，能够方便操作者的使用；

(3)自动控制系统运行时，要求当水暖锅炉达到一定温度时，燃烧器能够自动熄灭，而且这个水温应该是可以由操作者自行设置的，设置范围在50～90℃；同时要求当水暖锅炉水温下降到一定温度时，燃烧器可以自动重新启动，设置范围为10～22℃；

(4)由于不同的燃料点火性能具有一定的差异，因此要求自动控制系统的初始进料量和风速是可以调节的。根据实际试验，点火进料的电机连续运行范围是0～150s，点火时风速要求为2.8m/s左右；

(5)自动控制系统在正常运行时，要求进料速度、风速、清渣速度是可以调节的。

2 总体设计方案

秸秆颗粒水暖锅炉的控制系统主要分为4个单元，分别是：人机交互单元、驱动单元、信号采集单元、执行单元，控制系统结构如图2所示。

图2

2.1 自动控制系统各组成单元分析

(1)人机交互单元。人机交互单元主要结构就是一个控制盒，控制盒里主要有控制芯片、外围电路等组成，另外，为了安装和使用上的方便，水温传感也是直接接在控制盒上。控制盒上有一些按键和旋转钮，可以对自动控制系统一些运行和参数进行控制调节。

(2)驱动单元。驱动单元主要是由各种变压器、继电器等驱动元器件组成，主要功能是接受控制系统发出的操作指令然后采取相应的控制动作去控制各种执行部件。

(3)信号采集单元。信号采集单元由水温传感器、温控开关和火焰传感器组成，它们主要是实时采集控制系统运行时的各种参数，然后反馈至控制器以保证控制系统正常运行。

(4)执行单元。燃烧器的执行单元主要是一些燃烧器运行时的功能部件，包括点火丝、风机、进料电机和清查电机，它们接受驱动单元的直接控制，实现停、转、变速等各种功能。

2.2 自动控制系统总流程

将以上几个组成单元融合在一起，就得出总流程，如图3所示。

图3

3 主要部件设计

自动控制系统中控制盒在整个控制系统中属于外置设备，为了实际操作中的安全与方便，操作盒是从燃烧器中引出的。它是自动控制系统中人机交互的主要媒介，一方面，操作者的调节意图要通过控制盒传递给燃烧器，另一方面，燃烧器的部分运行状态参数通过操作盒反馈给操作者，这样才能实现操作者盒机器之间的交流。本自动控制系统操作盒面板设计如图4所示。

图4

4 结语

该自动控制系统实现燃烧器在不需要外界干涉的情况下能实现自动运行，能根据水暖锅炉水温情况自动熄灭和自动重启。同时，由于不同秸秆颗粒燃料的差异性比较大，所以在必要的时候系统还可以对初始进料量、进料速度、风速、清渣速度等控制参数进行手动调节。该项研究有效解决了秸秆颗粒燃烧的自动控制问题，为促进秸秆综合利用起到了积极的作用。