甜菜顆粒粕是以甜菜廢絲（提取糖分后的甜菜絲）為原料制成的飼料，由于其特殊的營養(yǎng)成分以及便于存儲和運輸，近年來在國際市場很受歡迎，干燥過程是決定該產(chǎn)品質(zhì)量和成本的關(guān)鍵，目前我田糖廠還采用傳統(tǒng)的人工操作方式，存在著耗能（煤，電）多，干燥質(zhì)量受人為因素影響大，生產(chǎn)安全與可靠性差等問題。針對該干燥過程的特殊性及其實現(xiàn)自動控制的困難，我們研究和設(shè)計了具有特殊前饋補償作用的模糊控制系統(tǒng)，采用STD工業(yè)控制計算機(jī)和變頻調(diào)速技術(shù)實現(xiàn)了該干燥過程的自動控制，
一、干燥過程分析
    干燥過程包括兩個相互關(guān)聯(lián)的過程，即物料在回轉(zhuǎn)干燥機(jī)內(nèi)的水分蒸發(fā)過程，以及為干燥機(jī)提供熱量的燃燒爐燃煤過程。該工藝過程如圖1所示。
 
    物料（含水分70～80%的壓榨粕）經(jīng)給料機(jī)送入干燥機(jī)入口，同時與引風(fēng)機(jī)吸入的高溫?zé)煔?(650～900℃)相混合，使水分在干燥機(jī)內(nèi)連續(xù)蒸發(fā)．在干燥機(jī)回轉(zhuǎn)作用和引風(fēng)氣流的合作用下，物料漸漸移向干燥機(jī)出口，干燥成為符合工藝要求（含水分為12～14%）的干粕，在干燥過程中要求燃燒爐連續(xù)供給適當(dāng)溫度（根據(jù)物料情況設(shè)
定）的高溫?zé)煔�，并且保證煤的經(jīng)濟(jì)燃燒，降低生產(chǎn)能耗和污染。
    要實現(xiàn)上述過程的自動控制存在以下主要困難。
    1、目前還無法對于燥機(jī)排出的干粕作在線實時水分測定，也難以連續(xù)測定回轉(zhuǎn)干燥機(jī)內(nèi)部的溫度拐布。只能通過連續(xù)測定干燥機(jī)出口和入口溫度來舅定物料干燥狀態(tài)。
    2、干燥機(jī)內(nèi)物料的水分蒸發(fā)過程不僅取決于吸入的熱量，而且與引風(fēng)氣流和干燥機(jī)轉(zhuǎn)速相關(guān)，物判干燥狀態(tài)與干燥機(jī)出口溫度和入口溫度的關(guān)系是非線性的，時變的，并且有明顯滯后性，對該復(fù)雜控制對象難以建立精確控制模型。
3、本燃燒爐除了一般燃煤鏈條爐所表現(xiàn)出的非線性，時變性，較大純滯后特點外，其殊特性還在于：燃燒爐的煙道正是干燥機(jī)的干燥空間，而且物料是從燃燒爐與干燥機(jī)之間接口處投入。這對燃燒爐和干燥機(jī)都形成了強(qiáng)干擾，要求燃燒爐對負(fù)荷變化有較快響應(yīng)，同時盡可能保持最佳燃燒狀態(tài)，以利于節(jié)能。
二、控制系統(tǒng)硬件組成
    本系統(tǒng)硬件以STD工控機(jī)(CPU: V20)為核心，根據(jù)系統(tǒng)功能和現(xiàn)場特性配置了光隔型接口板卡：  A,D(STD-5488)、D/A(STD-5486).、DUD(( STD-t,373)等。還配置了熱電阻，熱電偶，差壓變送器，電子皮帶等。皮帶秤用咀實時檢測投入{燥機(jī)的物料流量。為了提高系統(tǒng)的控制精度和可靠性，同時有利于節(jié)能，系統(tǒng)中的電機(jī)( 4KW-110KW：全部采用變頻調(diào)速器( FUJI INVENTER:  FRENIC500(系列)驅(qū)動，取代了滑差調(diào)速電機(jī)和用擋風(fēng)板調(diào)書風(fēng)量的模式。
    為了適應(yīng)生產(chǎn)過程中的特殊處理，同時避免可能由計算機(jī)故障引起的停產(chǎn)事故，專門設(shè)計了一套手動方式集中控制器。由于本系統(tǒng)人機(jī)界面良好，切換特性理想，使得該手動方式可以作為計算機(jī)自動控制的輔助“智能”控制環(huán)節(jié)。操作人員可根據(jù)現(xiàn)場的特殊情況變化，對設(shè)備運行狀態(tài)進(jìn)行必要的調(diào)整，從而提高系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度和應(yīng)急性能，充分發(fā)揮人的智能。
三、控制模式與算法
    溫度控制是干燥過程的核心。盡管目前還無法對回轉(zhuǎn)烘干機(jī)內(nèi)部溫度分布以及被干燥物的水分作在線實時檢測，但是可以通過檢測和控制干燥機(jī)的出口溫度和入口溫度，使干燥機(jī)內(nèi)形成一個合適的干燥空間，從而控制物料水分蒸發(fā)過程，保證干粕水分符合工藝指標(biāo)。為了準(zhǔn)確控制干燥機(jī)的出口和入口溫度，同時考慮被控對象的復(fù)雜性，設(shè)計了具有模糊前饋補償?shù)拇�級控制系統(tǒng)，如圖2所示。該系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器也采用了模糊控制算法。
3.1  模糊前饋補償器
     由于受前工段生產(chǎn)的影響，投入干燥機(jī)的物料流量具由明顯的波動性，為了保證干燥質(zhì)量的穩(wěn)定，需要根據(jù)物料流量的變化及時調(diào)整干燥機(jī)出口溫度設(shè)定值和燃燒爐出口溫度設(shè)定值�？紤]到干燥質(zhì)量受物料流量變化的影響具有非線性，時變性和滯后性，為此設(shè)計了基于模糊控制原理的前饋補償器，實現(xiàn)了串級溫度控制系統(tǒng)主控，副控回路溫度設(shè)定值對物料流量波動的自動跟蹤，取得滿意補償結(jié)果。該前饋補償器如圖3所示。
    其中Mr為物料流量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定值，Mt為經(jīng)過處理的實測流量。E，EC，U分別是流量偏差e，偏差變化率△e．輸出控制量u的模糊語言變量。對應(yīng)模糊子集為：
    E={ NL, NM, NS, ZO, PS, PM, PL}
    EC={NL, NM, NS, ZO, PS, PM, PL}
    U={ NL, NM, NS, ZO, PS, PM, PL}
    該補償器的控制規(guī)則為：
    If  E=a：and EC=bj
    Then  U=ci  （i，j=1，2，3，…，7）
    根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試，得到相應(yīng)模糊控制表(表1)。由于燃燒爐出口溫度和干燥機(jī)出口溫度控制周期以及補償特性不同，因此模糊控制表設(shè)計也有所不同。
    經(jīng)現(xiàn)場實驗調(diào)測，調(diào)節(jié)器的控制周期是T2調(diào)節(jié)器控制周期的5倍，補償器控制時間與調(diào)節(jié)器控制時間同步。ATri是模糊補償器輸出的精確補償溫度值，為了保證系統(tǒng)在異常工況下的穩(wěn)定性，該值與調(diào)節(jié)器設(shè)定溫度值迭加時，要先作必要的判斷，遵從以下兩條規(guī)則：
 
    (1)如果當(dāng)前干燥機(jī)出口溫度處于負(fù)偏差區(qū)（負(fù)偏差值較大的區(qū)域定義為負(fù)偏差區(qū)），則燃燒爐出口溫度的負(fù)補償量無效（即不作補償）。
    (2)如果當(dāng)前干燥機(jī)出口溫度處于正偏差區(qū)（正偏差值較大的區(qū)域定義為負(fù)偏差區(qū)），則燃燒爐出口溫度的正補償量無效（即不作補償）。
    基于以上原理的模糊前饋補償器采用匯編語言編程實現(xiàn)。
3.2干燥機(jī)出口溫度調(diào)節(jié)器
    干燥機(jī)出口溫度調(diào)節(jié)器（Ti調(diào)節(jié)器）是系統(tǒng)主控回路調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器輸出量是燃燒爐出口溫度調(diào)節(jié)器（T2調(diào)節(jié)器）的設(shè)定溫度。在正常工況條件下，干燥機(jī)出口溫度與入口溫度間保持合理的溫差。此時干燥機(jī)出口溫度值是現(xiàn)場操作工人判斷物料干燥狀態(tài)的依據(jù)。操作工人根據(jù)當(dāng)前物料情況（壓榨粕含水分程度，物料流量，菜絲質(zhì)量，干粕水分的抽樣）結(jié)合生產(chǎn)經(jīng)驗來設(shè)定干燥機(jī)出口溫度。為了有效地克服串級回路干燥過程的滯后性，非線性和時變性，此調(diào)節(jié)器也采用模糊控制算法。
    此調(diào)節(jié)器的Furzy論域取7個檔級(NL, NM, NS，ZO, PL，PM，Ps)，共49條規(guī)則，用匯編語言編程實現(xiàn)。
3.3燃燒爐出口溫度調(diào)節(jié)器
燃燒爐出口溫度調(diào)節(jié)器（T2調(diào)節(jié)器）包括給煤控制，鼓風(fēng)控制和爐艟負(fù)壓控制三個部分．它由兩個典型的模糊控剖罌組合而成，其控制關(guān)系如圖4所示。
 
    鏈條式燃燒爐是一個復(fù)雜的多輸入多輸出對象，并且輸出輸入各量間存在著較強(qiáng)的耦合關(guān)系，在滿足干燥機(jī)熱量要求前提下，為了保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性，燃燒爐的給煤量，鼓風(fēng)量和引風(fēng)量三者互相制約。增大給煤量后，為使煤燃燒充分，則要求增大鼓風(fēng)量。而鼓風(fēng)量增大后，為了保持爐勝負(fù)壓，要相應(yīng)增大引風(fēng)量，經(jīng)過生產(chǎn)現(xiàn)場的反復(fù)實驗和氧量測定，確定了本系統(tǒng)的最佳風(fēng)／煤比。爐膛負(fù)壓控制在-30Pa～-45Pa之間。
3.4干燥機(jī)回轉(zhuǎn)速度控制模式
    干燥機(jī)回轉(zhuǎn)速度直接影響干燥空間的氣流速度和物料在干燥機(jī)內(nèi)的干燥時間。在正常工況下，操作工人是根據(jù)物料的穩(wěn)定流量大小來設(shè)定干燥機(jī)轉(zhuǎn)速。考慮到干燥機(jī)體積大（長14米，直徑2米），慣性強(qiáng)．為了在干燥機(jī)內(nèi)形成相對穩(wěn)定，而且和穩(wěn)定物料流量相適應(yīng)的引風(fēng)氣流以及干燥空間。同時又避免頻繁改變轉(zhuǎn)速，特別是避免瞬時流量隨機(jī)變化影響轉(zhuǎn)速，設(shè)計了圖5所示的滯回轉(zhuǎn)速控制特性。在編程實現(xiàn)該控制特性時，可將圖中的每個轉(zhuǎn)速階躍劃分為4個小增量，使之分時作用，這樣避免了大轉(zhuǎn)速階躍引起的機(jī)械沖擊。
四、結(jié)束語
    本控制系統(tǒng)已經(jīng)在內(nèi)蒙古烏蘭浩特糖廠投入生產(chǎn)運行，經(jīng)過幾個生產(chǎn)期的運行表明：此控制系統(tǒng)設(shè)計合理，性能穩(wěn)定可靠，操作簡單方便，很好的實現(xiàn)了顆粒粕干燥過程的自動控制，同時實現(xiàn)了該生產(chǎn)現(xiàn)場的微機(jī)化管理。采用本系統(tǒng)后，生產(chǎn)每噸顆粒粕的平均耗煤量（原煤）由原來的0.92噸降到0.74噸，節(jié)煤達(dá)20%。干粕水分穩(wěn)定在10%～14%范圍，產(chǎn)品質(zhì)量明顯提高，產(chǎn)生了顯著經(jīng)濟(jì)效益。