专利名称：膨化机自动监测控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种单螺杆湿法膨化机系统，特别是一种由PLC自动控制下，在 螺杆挤压段螺套冷却温度低于50°C生产浮性和沉性宠物食品、水产及其他膨化颗粒饲料的 一种膨化机自动监测控制系统。
背景技术：
目前，具有自动监控功能的膨化机在膨化食品、膨化宠物食品、膨化水产及其他饲 料生产领域中得到了广泛的运用，但现有的膨化机自动监测控制系统缺少对于容重、水分 含量的检测，而且现有的膨化机监控系统对于喂料量、蒸汽添加量、温度、添加水量、添加油 量、主轴转速、切刀转速等数据的检测也不够精确，一般是通过流量计检测加入到机器中的 原料的量以及机器的固定参数进行理论值的计算，所得的数据与机器运转时的实际数据存 在较大的误差，使加工的产品的质量下降。
发明内容本实用新型的目的在于针对背景技术中所述的现有的膨化机监控系统缺乏对于 容重、水分含量的检测以及对于喂料量、蒸汽添加量、温度、添加水量、添加油量、主轴转速、 切刀转速等数据的检测不够精确的问题，提供一种膨化机自动监测控制系统。实现本实用新型的技术方案如下一种膨化机自动监测控制系统，其包括PLC可编程控制器和与PLC可编程控制器 连接的触摸屏，还包括与PLC可编程控制器输入端连接的蒸汽传感器组、水传感器组、烘干 机传感器组、油流量传感器、容重测定传感器以及螺套冷却温度传感器组，所述的PLC可编 程控制器包括蒸汽数据处理模块、水数据处理模块、烘干机数据处理模块、油数据处理模 块、容重数据处理模块、螺套冷却温度处理模块、主螺杆转速处理模块、切刀转速处理模块、 进料速度设定模块以及速度寄存模块；蒸汽传感器组通过A/D转换模块与蒸汽数据处理模 块连接，蒸汽数据处理模块的输出端通过D/A转换模块与蒸汽比例控制阀连接，水传感器 组通过A/D转换模块与水数据处理模块连接，水数据处理模块的输出端通过D/A转换模块 与水比例控制阀连接，烘干机传感器组通过A/D转换模块与烘干机数据处理模块连接，烘 干机数据处理模块的输出端通过D/A转换模块与烘干机控制阀连接，油流量传感器通过A/ D转换模块与油数据处理模块连接，油数据处理模块的输出端通过D/A转换模块与油比例 控制阀连接，容重测定传感器通过A/D转换模块与容重数据处理模块连接，容重数据处理 模块的输出端通过D/A转换模块与容重仪伺服控制器连接，螺套冷却温度传感器组通过A/ D转换模块与螺套冷却温度处理模块连接，螺套冷却温度处理模块的输出端通过D/A转换 模块与一节螺套水比例调节阀连接，主螺杆转速处理模块的输出端通过D/A转换模块与第 二变频电机连接，切刀转速处理模块的输出端通过D/A转换模块与第三变频电机连接，进 料速度设定模块的输出端通过D/A转换模块与第一变频电机连接，第一变频电机与喂料螺 杆连接，喂料螺杆的轴端设置有编码器，编码器的输出端与速度寄存模块连接，速度寄存模
3块的输出端与主螺杆转速处理模块和切刀转速处理模块连接。所述的蒸汽传感器组包括调质器温度传感器以及蒸汽流量传感器。所述的水传感器组包括水流量传感器、供料仓水分测定传感器、调质料出口水分 测定传感器以及供料仓温度传感器。所述的烘干机传感器组包括烘干机温度传感器以及烘干机出口水分测定传感器。所述的螺套冷却温度传感器组包括分别设置于第一节至第四节螺套上的第一节 螺套冷却温度传感器、第二节螺套冷却温度传感器、第三节螺套冷却温度传感器以及第四 节螺套冷却温度传感器。所述的触摸屏上设置有手动设定切刀转速的第一微调、手动设定主轴转速的第二 微调、手动设定调质器中蒸汽流量的第三微调、手动设定水流量的第四微调、手动设定调质 料出口水分含量的第五微调、手动设定烘干机出口水分含量的第六微调、手动设定含油量 的第七微调以及手动设定螺套温度的第八微调。本实用新型的有益效果为在PLC可编程控制器中增加了容重数据处理模块、水数 据处理模块以及螺套冷却温度处理模块，以及容重测定传感器、编码器、供料仓水分测定传 感器、调质料出口水分测定传感器、烘干机出口水分测定传感器以及螺套冷却温度传感器 组，对产品的容重以及加工过程中的水分、温度等参数进行即时准确的测定，有利于提高产 品质量，使生产的产品更能满足用户的需要。通过触摸屏可以显示出机器的运行状况，对喂 料量、蒸汽添加量、温度、添加水量、添加油量、主轴转速、切刀转速、螺套冷却温度等数据进 行显示，用户根据触摸屏显示的数据能够判断出机器运行的状态，触摸屏上设置有手动设 定切刀转速的第一微调、手动设定主轴转速的第二微调、手动设定调质器中蒸汽流量的第 三微调、手动设定水流量的第四微调、手动设定调质料出口水分含量的第五微调、手动设定 烘干机出口水分含量的第六微调、手动设定含油量的第七微调以及手动设定螺套温度的第 八微调，用户可以根据具体需要对这些参数调节，操作简单快捷。通过螺套冷却温度传感 器、螺套冷却温度处理模块以及一节螺套水比例调节阀，使膨化料在80°C以下的低温环境 下实现生产浮性、沉性膨化颗粒料的完美膨化，也可采用经制冷机组冷却的低温水保证在 高温(热带环境)下使膨化料能在温度50°C以下实现浮性、沉性膨化颗粒料的完美膨化。
图1为本实用新型的控制示意图；图2a为本实用新型的蒸汽管路示意图；图2b为本实用新型的添加水管路示意图；图2c为本实用新型的添加油管路示意图；图2d为本实用新型的螺套循环冷却水管路示意图；图3为本实用新型的触摸屏操作界面示意图；图中，1为触摸屏，2为A/D转换模块，3为D/A转换模块，4为调质器温度传感器，5 为蒸汽流量传感器，6为水流量传感器，7为供料仓水分测定传感器，8为调质料出口水分测 定传感器，9为供料仓温度传感器，10为烘干机温度传感器，11为烘干机出口水分测定传感 器，12为油流量传感器，13为容重测定传感器，14为第一节螺套冷却温度传感器，15为第 二节螺套冷却温度传感器，16为第三节螺套冷却温度传感器，17为第四节螺套冷却温度传感器，18为第一变频电机，19为第二变频电机，20为第三变频电机，21为蒸汽比例控制阀， 22为水比例控制阀，23为烘干机控制阀，24为油比例控制阀，25为容重仪伺服控制器，26为 一节螺套水比例调节阀，27为第一手动微调，28为第二手动微调，29为第三手动微调，30为 第四手动微调，31为第五手动微调，32为第六手动微调，33为第七手动微调，34为第八手动 微调，35为第一 PID控制单元，36为第二 PID控制单元，37为第三PID控制单元，38为第四 PID控制单元，39为第五PID控制单元，40为第六PID控制单元，41为第七PID控制单元， 42为第八PID控制单元，43为第九PID控制单元，44为第十PID控制单元，45为第i^一 PID 控制单元，46为第一比例设定单元，47为第二比例设定单元，48为速度寄存单元，49为进料 速度设定单元，50为气量设定单元，51为水量设定单元，52为第一水分设定单元，53为第二 水分设定单元，54为油量设定单元，55为时间设定单元，56为温度设定单元，57为编码器。
具体实施方式
参照附图1、图2a、图2b、图2c、图2d以及附图3所示的一种膨化机自动监测控制 系统，其包括触摸屏1、设置于膨化机上的传感器系统、PLC处理系统以及输出控制系统，传 感器系统包括蒸汽传感器组、水传感器组、烘干机传感器组、油流量传感器12、容重测定传 感器13以及编码器57，所述的PLC处理系统包括蒸汽数据处理模块、水数据处理模块、烘 干机数据处理模块、油数据处理模块、容重数据处理模块、喂料螺杆转速处理模块、主螺杆 转速处理模块以及切刀转速处理模块，所述的输出控制系统包括蒸汽比例控制阀21、水比 例控制阀22、烘干机控制阀23、油比例控制阀24、容重仪伺服控制器25以及第一变频电机 18、第二变频器和第三变频器。PLC可编程控制器中还包括A/D转换模块2和D/A转换模块 3，所述的蒸汽数据处理模块包括第一 PID控制单元35、与第一 PID控制单元35连接的气量 设定单元50以及第二 PID控制单元36，调质器温度传感器4与A/D转换模块2的输入端连 接，输入的信号经A/D转换模块2的转换输出到第一 PID控制单元35进行处理，处理后的 数据传输到第二 PID控制单元36，经第二 PID控制单元36处理后输出到蒸汽比例控制阀 21 ；蒸汽流量传感器5与A/D转换模块2的输入端连接，输入的信号经A/D转换模块2的转 换输出到第二 PID控制单元36进行处理，经第二 PID控制单元36处理后输出到蒸汽比例 控制阀21 ；通过蒸汽数据处理模块实现对蒸汽的自动控制。所述的水数据处理模块包括第 三PID控制单元37、与第三PID控制单元37连接的水量设定单元51以及第四PID控制单 元38、第五PID控制单元39、与第五PID控制单元39连接的第一水分设定单元52以及第 六PID控制单元40，水流量传感器6与A/D转换模块2的输入端连接，输入的信号经A/D转 换模块2的转换输出到第三PID控制单元37进行处理，处理后的数据传输到第四PID控制 单元38，经第四PID控制单元38处理后输出到水比例控制阀22 ；供料仓水分测定传感器7 与A/D转换模块2的输入端连接，输入的信号经A/D转换模块2的转换输出到第四PID控 制单元38进行处理，经第四PID控制单元38处理后输出到水比例控制阀22 ；调质料出口 水分测定传感器8与A/D转换模块2的输入端连接，输入的信号经A/D转换模块2的转换 输出到第五PID控制单元39进行处理，处理后的数据传输到第六PID控制单元40，经第六 PID控制单元40处理后输出到水比例控制阀22 ；供料仓温度传感器9与A/D转换模块2的 输入端连接，输入的信号经A/D转换模块2的转换输出到第六PID控制单元40进行处理， 经第六PID控制单元40处理后输出到水比例控制阀22 ；通过水数据处理模块实现对水的 自动控制。烘干机数据处理模块包括第七PID控制单元41、与第七PID控制单元41连接的第二水分设定单元53和第八PID控制单元42，烘干机温度传感器10与A/D转换模块2的 输入端连接，输入的信号经A/D转换模块2的转换输出到第七PID控制单元41进行处理， 处理后的数据传输到第八PID控制单元42，经第八PID控制单元42处理后输出到烘干机控 制阀23 ；烘干机出口水分测定传感器11与A/D转换模块2的输入端连接，输入的信号经A/ D转换模块2的转换输出到第八PID控制单元42进行处理，经第八PID控制单元42处理后 输出到烘干机控制阀23 ；通过烘干机数据处理模块实现对烘干机的自动控制。油控制模块 为第九PID控制单元43以及与之连接的油量设定单元54，油流量传感器12与A/D转换模 块2的输入端连接，输入的信号经A/D转换模块2的转换输出到第九PID控制单元43进行 处理，经第九PID控制单元43处理后输出到油比例控制阀24，通过油控制模块实现对油比 例的自动控制。所述的容重数据处理模块包括第十PID控制单元44以及与之连接的时间 设定单元55，容重测定传感器13与A/D转换模块2的输入端连接，输入的信号经A/D转换 模块2的转换输出到第十PID控制单元44进行处理，经第十PID控制单元44处理后输出 到容重仪伺服控制器25，通过容重数据处理模块实现对产品容重的自动控制。所述的螺套 冷却温度处理模块包括第十一PID控制单元45以及与之连接的温度设定单元56，螺套冷却 温度传感器组包括第一节螺套冷却温度传感器14、第二节螺套冷却温度传感器15、第三节 螺套冷却温度传感器16以及第四节螺套冷却温度传感器17，螺套冷却温度传感器组与A/D 转换模块2的输入端连接，输入的信号经A/D转换模块2的转换输出到第十一 PID控制单 元45进行处理，经第十一 PID控制单元45处理后输出到一节螺套水比例调节阀26，通过螺 套冷却温度处理模块实现对螺杆挤压腔的自动控制。喂料螺杆转速处理模块为进料速度设 定单元49，通过进料速度设定单元49设定喂料螺杆的转速，第一变频电机18与喂料螺杆连 接，编码器57设置于喂料螺杆的轴端。所述的主螺杆转速处理模块以及切刀转速处理模块 为速度寄存单元48，编码器57输出的信号传输到速度寄存单元48，速度寄存单元48分别 将信号传递到第一比例设定单元46以及第二比例设定单元47，经第一比例设定单元46以 及D/A转换模块3处理后传送到第二变频电机19，经第二比例设定单元47以及D/A转换模 块3处理后传送到第三变频电机20。通过主螺杆转速处理模块以及切刀转速处理模块可 以实现对主螺杆以及切刀转速的控制。第二比例设定单元47与所述的第一手动微调27连 接，第一比例设定单元46与第二手动微调28连接，第三手动微调29与气量设定单元50连 接，第四手动微调30与水量设定单元51连接，第五手动微调31与第一水分设定单元52连 接，第六手动微调32与第二水分设定单元53连接，第七手动微调33与油量设定单元54连 接，第八手动微调34与温度设定单元56连接。通过各个手动微调可以实现对气量、水量、 水分、油量以及主螺杆转速、切刀转速的手动控制，使这些参数更加符合用户的要求。 本实用新型的膨化机自动监测控制系统是湿法膨化机微电脑机电一体化自动控 制系统。设计为PLC可编程控制器自动控制下的喂料量、水份监测、水、油、蒸汽的添加和主 轴变频及全机电控的人机界面的可视控制系统。是基于传统的仅对膨化机水、蒸汽添加和 全机电控进行模拟性的模糊概念(如％、频率Hz)控制理念的改进。本系统是对膨化机粉料 的喂料量(Kg、% )、粉料和膨化颗粒含水量(水份Kg、% )、水(Kg、％ )、油(Kg、% )、 蒸汽(Kg、% )的添加、温度(°C )和主轴转速(r/min)、电流(A)、切刀转速(r/min)、干燥 机成品颗粒水份等进行实际值的随机监控和显示。配合变频调速，达到自动调节目的，操作 者可准确的掌握膨化机的各参数的实际值，随意性的加以微调。也可根据配方的和成品的要求，设置相应参数，一键开机生产。可大大减少传统凭操作经验以感观测试造成机头料的 浪费，降低了成本，提高生产效率。在机器开始工作前，用户可以根据需要设定初始参数，即对气量设定、水量设定、 第一水分设定、第二水分设定、油量设定、时间设定、温度设定以及主螺杆转速设定和切刀 转速设定等参数进行初始化设定，开机后，传感系统以及编码器57会实时对各个参数进行 监测，监测的结果输入到PLC可编程控制器，与初始参数进行比较，通过各个PID控制单元 进行运算和处理，控制各个控制阀以及变频器，使其参数与用户设定的初始参数相一致。编码器57是一种产生脉冲信号的元件，安装在喂料螺杆的轴端，其作用是当喂料 螺杆每旋转一圈就会输出一次脉冲，这样就可以准确的测量出喂料螺杆的转速，当喂料螺 杆的转速(也就是喂料量)变化时，通过速度寄存和比例设定单元运算，由D/A数字量和 模拟量转换模块去同步控制主螺杆和切刀的转速，这样的优点是，当根据需要改变喂料量 时，不需要再调整主螺杆和切刀的转速，同时由于喂料量的改变，粉料的水份也会变化，水 份监测也会同步控制并调整蒸汽、添加水，从而实现全机的自动化监控。传统的膨化机的 水、蒸汽添加和全机电控仅是进行模拟性的计算，比如转速是为电机变频器的频率转换的 模拟数(如％、频率Hz)，如转速是lOOOr/min，频率是50Hz，每IHz为20r，这只是理论值， 与真实数值存在一定的差距。又如蒸汽、添加水、添加油，如最大添加量200公斤，每是 2公斤，这也只是理论数值，与具体数值也不是完全相符的。本系统是对膨化机粉料的喂 料量(Kg、% )、粉料和膨化颗粒含水量(水份Kg、% )、水(Kg、％ )、油(Kg、% )、蒸汽 (Kg、% )的添加、温度(°C )和主轴转速(r/min)、电流(A)、切刀转速(r/min)、干燥机成 品颗粒水份等进行实际值的实时监控和显示，便于用户根据需要进行参数调整以提高产品 质量。所述的蒸汽控制阀、水比例控制阀22、油比例控制阀24以及螺套水比例调节阀的 具体管路连接以及工作原理如下蒸汽管路饱和蒸汽经减压阀调整到规定压力通过汽水分离器滤除蒸汽中的水份 (滤除的水份经疏水器1排回锅炉房)，得到的干饱和蒸汽通过蒸汽流量传感器5经调节阀 进入分汽包分配到调质器的各个蒸汽入口(疏水器2的作用是将分汽包内的冷凝水排回锅 炉房)。蒸汽在通过蒸汽流量传感器5时蒸汽流量传感器5会输出流量信号经A/D转换模 块2给PLC可编程控制器，当流量达到PLC可编程控制器的气量设定单元50的设定值时， 第一 PID控制单元35发出信号经D/A转换模块3输出给蒸汽调节阀，使调节阀动作控制蒸 汽流量在设定的范围内。实现自动控制的目的。添加水管路添加水经水泵增压通过溢流阀调节至规定压力后经压差保护器通过 流量计经添加水调节阀由管路截止阀分配到调质器的各个添加水入口。在通过水流量传感 器6时水流量传感器6会输出流量信号经A/D转换模块2给PLC可编程控制器，当流量达 到水量设定单元51的设定值时，第三PID控制单元37发送信号经D/A转换模块3输出给 添加水调节阀，使调节阀动作控制添加水流量在设定的范围内。实现自动控制的目的。添加油管路添加油经油泵增压通过溢流阀调节至规定压力后通过流量计经添加 油调节阀由管路输送到调质器的添加油入口。在通过油流量传感器12时油流量传感器12 会输出流量信号经A/D转换模块2给PLC可编程控制器，当流量达到油量设定单元54的设 定值时，第九PID控制单元43发送信号经D/A转换模块3输出给添加油调节阀，使调节阀动作控制添加油流量在设定的范围内。实现自动控制的目的。 螺套循环冷却水管路经冷却水塔冷却或制冷机组的冷却水经过水泵增压由各 截止阀分配进入各螺套的冷却夹套层，冷却水通过夹层的螺套内壁对螺杆挤压腔进行冷 却，经过热交换的冷却水由各螺套的冷却夹套层的出口的连接管路返回冷却水塔进行降温 冷却。在通过第一至第四节螺套温度传感器时，会输出温度信号经A/D转换模块2给PLC 可编程控制器，当温度达到温度设定单元56的设定值时，第十一 PID控制单元45发送信号 经D/A转换模块3输出给一节螺套水比例调节阀26，调整一节螺套的冷却水的流量参数控 制冷却水的温度，从而保证螺套在规定的低温条件下生产工作。
权利要求一种膨化机自动监测控制系统，其包括PLC可编程控制器和与PLC可编程控制器连接的触摸屏，其特征在于还包括与PLC可编程控制器输入端连接的蒸汽传感器组、水传感器组、烘干机传感器组、油流量传感器、容重测定传感器以及螺套冷却温度传感器组，所述的PLC可编程控制器包括蒸汽数据处理模块、水数据处理模块、烘干机数据处理模块、油数据处理模块、容重数据处理模块、螺套冷却温度处理模块、主螺杆转速处理模块、切刀转速处理模块、进料速度设定模块以及速度寄存模块；蒸汽传感器组通过A/D转换模块与蒸汽数据处理模块连接，蒸汽数据处理模块的输出端通过D/A转换模块与蒸汽比例控制阀连接，水传感器组通过A/D转换模块与水数据处理模块连接，水数据处理模块的输出端通过D/A转换模块与水比例控制阀连接，烘干机传感器组通过A/D转换模块与烘干机数据处理模块连接，烘干机数据处理模块的输出端通过D/A转换模块与烘干机控制阀连接，油流量传感器通过A/D转换模块与油数据处理模块连接，油数据处理模块的输出端通过D/A转换模块与油比例控制阀连接，容重测定传感器通过A/D转换模块与容重数据处理模块连接，容重数据处理模块的输出端通过D/A转换模块与容重仪伺服控制器连接，螺套冷却温度传感器组通过A/D转换模块与螺套冷却温度处理模块连接，螺套冷却温度处理模块的输出端通过D/A转换模块与一节螺套水比例调节阀连接，主螺杆转速处理模块的输出端通过D/A转换模块与第二变频电机连接，切刀转速处理模块的输出端通过D/A转换模块与第三变频电机连接，进料速度设定模块的输出端通过D/A转换模块与第一变频电机连接，第一变频电机与喂料螺杆连接，喂料螺杆的轴端设置有编码器，编码器的输出端与速度寄存模块连接，速度寄存模块的输出端与主螺杆转速处理模块和切刀转速处理模块连接。
2.根据权利要求1所述的膨化机自动监测控制系统，其特征在于所述的蒸汽传感器 组包括调质器温度传感器以及蒸汽流量传感器。
3.根据权利要求1所述的膨化机自动监测控制系统，其特征在于所述的水传感器组 包括水流量传感器、供料仓水分测定传感器、调质料出口水分测定传感器以及供料仓温度 传感器。
4.根据权利要求1所述的膨化机自动监测控制系统，其特征在于所述的烘干机传感 器组包括烘干机温度传感器以及烘干机出口水分测定传感器。
5.根据权利要求1所述的膨化机自动监测控制系统，其特征在于所述的螺套冷却温 度传感器组包括分别设置于第一节至第四节螺套上的第一节螺套冷却温度传感器、第二节 螺套冷却温度传感器、第三节螺套冷却温度传感器以及第四节螺套冷却温度传感器。
6.根据权利要求1所述的膨化机自动监测控制系统，其特征在于所述的触摸屏上设 置有手动设定切刀转速的第一微调、手动设定主轴转速的第二微调、手动设定调质器中蒸 汽流量的第三微调、手动设定水流量的第四微调、手动设定调质料出口水分含量的第五微 调、手动设定烘干机出口水分含量的第六微调、手动设定含油量的第七微调以及手动设定 螺套温度的第八微调。
专利摘要本实用新型公开了一种膨化机自动监测控制系统，其包括PLC可编程控制器、触摸屏以及设置于膨化机上的各种传感器，还包括相应的控制阀。本实用新型的优点在于能够通过触摸屏直观而且准确的了解到膨化机的运行状况，便于用户对各个参数进行调整，同时与现有的膨化机控制系统相比，增加了水分控制部分以及容重控制部分，使膨化机自动监测控制系统的监控更加完整。同时，本实用新型的膨化机自动监测控制系统实现了低温条件下生产浮性、沉性膨化颗粒料的完美膨化。
文档编号A23P1/14GK201732280SQ2010201387
公开日2011年2月2日 申请日期2010年3月17日 优先权日2010年3月17日
发明者武勇 申请人:武勇;张福平