干燥后籽棉回潮率串级控制

王志军

〔新疆农垦现代农业产业化发展集团有限公司，新疆克拉玛依834000〕

一、引言

棉花加工过程中，不同工艺环节对回潮率的要求不同。研究表明：籽棉回潮率在5%～6.5%时，籽棉清理机的清杂效率较高，可以充分清除籽棉中的杂质，为此在籽棉预处理过程中需要对籽棉回潮率进行控制。由于国内环保要求逐渐提高，近年来加工厂逐步将籽棉干燥用的燃煤热源更换为电热源或者燃气热源，干燥热风温度便于精确控制，为棉花回潮率的精确控制提供了有利条件。

二、控制对象介绍

籽棉干燥热源为直燃式燃气炉，无需交换器，温度调节过程响应速度较快。燃气炉使用线性燃烧器，燃烧器直接安装在风道内，待加热的空气从燃烧器中间和旁边流过，部分空气为燃烧提供氧气助燃，大部分空气与燃烧产生的高温气体直接混合，形成用于干燥籽棉的热风。燃气炉通过控制天然气进气量调节阀调节燃烧器火焰强度，进而调节出口热风温度。

籽棉预处理过程中可通过控制干燥热风温度对籽棉回潮率进行调控。对于相同回潮率的籽棉，干燥热风温度越高，干燥后籽棉回潮率越低；相反干燥热风温度越低，干燥后回潮率越高。为此，控制干燥后籽棉回潮率的关键是基于干燥后籽棉回潮率值对干燥热风温度进行反馈控制。

MJHZ型籽棉回潮率在线检测装置安装在籽棉输送管道上，该装置使用电阻法对管道中的籽棉回潮率值进行测量，测量后籽棉回潮值通过无线通讯发送到籽棉回潮率控制系统，为籽棉回潮率闭环控制提供重要的反馈信息。

三、串级控制系统介绍

串级控制系统是使用较为广泛的一种复杂控制系统，其特点是系统有两个闭环回路，主闭环回路在外面，副闭环回路在里面。在串级控制中，无论是主回路还是副回路都有着各自的控制对象、测量变送器和控制器。在主回路中的控制对象、被测参数和控制器分别被称为主对象、主参数和主控制器；在副回路内则相应地被称为副对象、副参数和副控制器。主控制器具有自己独立的给定值，它的输出作为副控制器的给定值，而副控制器的输出信号则送到控制机构去控制生产过程。

四、干燥后籽棉回潮率串级控制设计

籽棉干燥过程中有干燥后籽棉回潮率与干燥热风温度两个对象需要控制。籽棉回潮率控制器为主控制器，燃气炉热风温度控制器为副控制器。主控制器按回潮率的测量返回值与回潮设定值的偏差进行调节，其输出作为燃气炉温度控制器的设定值，使用PID控制算法。副控制器是按热风温度的测量反馈值与控制器输出值的偏差进行调节，其输出直接控制执行器（燃气进气量调节阀），使用PID控制算法。控制系统的组成原理框图如图1所示。

图1 回潮率串级控制系统方框图

五、籽棉回潮率串级控制系统实现

本串级控制系统基于西门子PLC S7-200 SMART进行实施。系统使用温度采集模块对PT100热电阻检测的温度信号进行采集；通过无线通信技术对籽棉回潮率检测装置的测量值进行读取；通过触控屏对系统进行参数设置与操作；通过PLC完成逻辑控制与回潮率串级控制。

使用Micro/WIN SMART编程软件，建立燃气炉热风控制回路与籽棉回潮控制回路，编写控制程序。在程序中籽棉回潮率设定值储存在寄存器VD212中，干燥后籽棉回潮检测反馈值储存在寄存器VW534中。在自动控制状态下，根据回潮率检测反馈值和回潮率设定值，籽棉回潮率控制器自动计算出干燥后籽棉回潮率要达到设定值所需的干燥热风温度，并将所需干燥温度写入寄存器VW560中，寄存器VW560中的数值经数据格式处理后最终写入寄存器VD204。寄存器VD204中储存数据为燃气炉温度控制器的设定值，寄存器AIW18中为干燥热风温度检测反馈值。根据热风温度的设定值与热风温度的反馈值，燃气炉温度控制器自动控制天然气进气量调节阀的开度调节火力大小，对热风温度进行调节，完成籽棉回潮的串级控制。通过对两个控制器PID控制参数的整定与优化，最终干燥热风温度控制精度达到±1℃，干燥后籽棉回潮率控制精度达到±0.5%，满足籽棉预处理环节对籽棉回潮率的控制要求。

六、结论

随着技术发展，棉花加工行业诸多问题得到解决。以前籽棉干燥用的燃煤热源在温度控制过程中存在较大滞后性，棉花干燥回潮率的精确控制没有得到很好地解决。文中控制系统使用温控滞后性较小的直燃式燃气炉，通过串级控制系统很好地实现籽棉预处理环节回潮率的精确控制，解决了棉花加工行业一个技术难题，对促进棉花产业提质增效具有重要意义。