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    我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，每年生產(chǎn)的農(nóng)作物秸桿約7億噸，如此之大的資源除了一小部分用于畜牧外，其余的大部分都以直接燃燒的方式銷毀，既浪費(fèi)了資源又污染了環(huán)境。所以，合理有效的利用這項(xiàng)資源，是一件利國利民的大事。生物質(zhì)氣化技術(shù)，就是以生物質(zhì)為原料的氣化技術(shù)，使低生物質(zhì)完成從固態(tài)到可燃?xì)怏w的轉(zhuǎn)化。生物質(zhì)氣化實(shí)驗(yàn)平臺就是研究分析各類生物質(zhì)特性和氣化控制過程的重要實(shí)驗(yàn)裝置，通過實(shí)驗(yàn)可以為設(shè)計(jì)制造生物質(zhì)氣化設(shè)備提供所需基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和過程控制數(shù)據(jù)，對探詢生物質(zhì)氣化工藝過程，提高該類設(shè)備的產(chǎn)品性能具有良好的指導(dǎo)作用。為了準(zhǔn)確的掌握和控制生物質(zhì)的氣化過程，實(shí)驗(yàn)過程需要對多個(gè)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，對實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行跟蹤調(diào)控，實(shí)時(shí)顯示生物質(zhì)氣化后的主要?dú)怏w成分。要實(shí)現(xiàn)這些實(shí)驗(yàn)要求，用多種分離的測試儀表和分析儀器，依靠人工記錄數(shù)據(jù)和人工調(diào)控的方法，實(shí)驗(yàn)時(shí)的工作量很大，也無法保證各測試數(shù)據(jù)的同步性和準(zhǔn)確性。因此開發(fā)研制了以泓格I-7000模塊作為底層采集控制單元，以計(jì)算機(jī)配以組態(tài)軟件作為人機(jī)測控界面，能對實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測、數(shù)據(jù)存儲和設(shè)備調(diào)控為一體的計(jì)算機(jī)自動測控系統(tǒng)。
1  系統(tǒng)組成
    自動測控系統(tǒng)的組成框圖如圖1所示，主要分為由I-7000模塊組成的信號采集及控制單元、變頻器控制單元和上位計(jì)算機(jī)及組態(tài)軟件單元三個(gè)部分。

圖1  系統(tǒng)組成框圖

2  各部分主要功能
2.1  I-7000系列模塊
    I-7000系列模塊有信號調(diào)理采集，開關(guān)量控制，定時(shí)器／計(jì)數(shù)器等多種規(guī)格，具有采集精度高、可靠性好、抗干擾能力強(qiáng)、簡單易用、組合靈活方便、性價(jià)比較高等特點(diǎn)，其雙看門狗設(shè)計(jì)在模塊出錯時(shí)自動復(fù)位或保持安全狀態(tài)，非常適用于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和控制以及分布式的工業(yè)控制場合。由圖1可以看出，筆者選用了4只I-7000模塊，分別完成溫度采集、模擬量采集、開關(guān)量輸出和開關(guān)量采集功能，測控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和設(shè)備的啟停控制都是通過該部分完成的。
    I-7018模塊為8路熱電偶輸入模塊，可直接采集熱電偶信號，實(shí)驗(yàn)裝置中的8個(gè)溫度測點(diǎn)采用K型熱電偶，由一塊7018模塊完成溫度檢測。
    I-7017模塊為8路16位模擬量采集模塊，實(shí)驗(yàn)中需檢測的模擬量有：2路壓力信號，通過壓力變送器轉(zhuǎn)換為4～20mA電流信號接入模塊；1路料倉稱重信號，通過稱重傳感器和信號隔離放大后，轉(zhuǎn)換為4～20mA電流信號，用于計(jì)量進(jìn)料量；5路氣體成分信號，通過SIEMENS紅外在線氣體分析儀，將氣化后O₂、H₂、CO、CO₂、CH₄ 5種氣體占總氣體總體積的百分比，分別以4～20mA模擬信號輸出。這樣，8路模擬量信號通過各自的變送轉(zhuǎn)換后，由一塊7017模塊完成模擬量信號的采集。
    I-7043模塊為16通道開關(guān)量輸出模塊，配以隔離繼電器和交流接觸器用于控制設(shè)備的啟停。
    I-7041模塊為14通道隔離開關(guān)量輸入模塊，接入各控制設(shè)備的交流接觸器的常開接點(diǎn)，用于檢測設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。
    I-7520模塊為RS232轉(zhuǎn)RS485模塊，以上模塊通過RS485總線掛接在這一模塊下，在RS485總線上最多可掛256個(gè)模塊，若系統(tǒng)需要再增加采集或控制點(diǎn)時(shí)，還可以再加掛其他模塊進(jìn)行擴(kuò)展。I-7520的RS232接口與計(jì)算機(jī)的COM2串行接口連接。各個(gè)模塊在接入系統(tǒng)前需先設(shè)置唯一地址，設(shè)定相同的通訊速率，以免發(fā)生沖突造成數(shù)據(jù)混亂。
2.2  變頻器控制
    在實(shí)驗(yàn)過程中為了保證生物質(zhì)裂解所需要的溫度，需要對進(jìn)料量進(jìn)行調(diào)節(jié)。進(jìn)料裝置為電機(jī)帶動減速機(jī)驅(qū)動的螺旋絞龍，其轉(zhuǎn)速的快慢與進(jìn)料量成正比，可采用變頻器來控制調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速的方法控制進(jìn)料量。筆者選用的變頻器為丹佛斯VLT2800系列變頻器。變頻器的控制一般有手動控制、輸入模擬量控制和RS485串口控制等方法。為了實(shí)現(xiàn)通過計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)控制變頻器，經(jīng)過分析比較，筆者選擇了RS485串口控制，該方法的優(yōu)點(diǎn)是不需要配備成本較高的模擬量輸入輸出模塊，只需要增加一個(gè)RS232／RS485轉(zhuǎn)換接口，通過一根帶屏蔽的雙絞線連接至變頻器的RS485串行接口，就可以控制變頻器的啟動、停止和調(diào)節(jié)輸出頻率，還可以讀取變頻器的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)等內(nèi)容，功能強(qiáng)且非常方便。使用時(shí)根據(jù)變頻器資料提供的通訊規(guī)約編寫計(jì)算機(jī)串口通訊程序，并將變頻器設(shè)定為遠(yuǎn)程控制模式，確定通訊波特率，就可以由計(jì)算機(jī)對變頻器進(jìn)行控制調(diào)節(jié)。在操作時(shí)可通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊直接啟動停止電機(jī)，在顯示界面上直接調(diào)整輸出頻率，還可以顯示變頻器的輸出電壓、電流、功率和頻率等運(yùn)行參數(shù)，操作非常簡單直觀。
2.3  上位計(jì)算機(jī)組態(tài)軟件
    計(jì)算機(jī)測控軟件采用了組態(tài)王6.02，主界面為實(shí)驗(yàn)平臺的工藝流程圖，在圖中實(shí)驗(yàn)平臺的對應(yīng)位置直接顯示各測點(diǎn)的溫度、壓力實(shí)測值；在氣柜位圖旁以圖表框形式實(shí)時(shí)顯示產(chǎn)生氣體的5種氣體成分值；在設(shè)備控制框中，可以點(diǎn)擊啟動停止按紐對設(shè)備進(jìn)行控制，各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以指示燈的形式直接在設(shè)備位圖上顯示；變頻器的輸出頻率可以通過點(diǎn)擊變頻器調(diào)節(jié)框中的▲