在當今國際能源競爭日益激烈，傳統能源面臨枯竭的情況下，開發可再生的生物質能源勢在必行。通過對我國林木生物質資源的調查可知，每年有8～10億t林業“三剩”（采伐剩余物、造材剩余物、加工剩余物）可作為生物質能源的原料。林木生物質成型燃料（經
顆粒機或者
秸稈壓塊機加工壓制而成）具有熱值較高，燃燒清潔，可替代煤炭，在技術上易于實現等特點。
生物質常溫成型技術是將經過粉碎，并具有一定粒度的生物質放入擠壓成型機中，在一定壓力的作用下，制成塊狀物的低能耗加工技術。其把農、林業的廢棄物轉化成能源，使資源得到充分利用，并減少了對環境的污染。成型燃料可作為生物質氣化爐、高效燃燒爐和小型鍋爐的燃料，也可以進一步炭化，作為冶金、化工等行業的還原劑和添加劑等，其具有廣闊的應用前景。
1、系統組成及控制原理
1.1系統組成
成型機液壓控制系統由PLC控制主機、液壓傳感器、A/D轉換器（模擬量輸入模塊）、限位開關、按鈕、電磁閥和觸摸屏等組成，控制系統框圖如圖1所示。
1.2 系統工作原理
成型機液壓系統工作原理如圖2所示，其主要液壓元件名稱及功能如下。
①預壓油缸：用于將預壓倉的物料壓縮到主壓倉內；
②換位油缸：用于原料的壓縮塑型；
③主壓油缸：用于將預壓倉送來的物料最后成型；
④增壓油缸：用于增加主壓油缸的壓力；
⑤電磁控制閥：用于控制各油缸的運動方向；
⑥壓力傳感器：安裝于各油缸的進油管處，用于測量壓力及進行實時監控。
生物質成型機液壓系統所完成的基本功能如下：電機帶動螺旋進料桿旋轉進料后，由液壓油控制預壓油缸壓縮物料；隨后由主壓油缸進一步壓縮物料并使其成型；主壓油缸和預壓油缸回位后，換位油缸帶動成型塊到成型機的另一端，將壓制好的成型塊送到出料口，在下一循環中由出料桿將成型塊推出成型機。
2系統硬件設計
2.1壓力傳感器
成型機液壓控制系統對各個油缸的壓力值有嚴格的要求，如表1所示。
表1油缸壓力范圍
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油缸 |
壓力范圍（MPa） |
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預壓油缸 |
10～13.5 |
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主壓油缸 |
10～13.5 |
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增壓油缸 |
10～40 |
根據系統壓力要求和工作環境等綜合因素，初步選定的傳感器是美國MSI公司生產的MSP300型不銹鋼壓力傳感器（或變送器），其壓力可高達70MPa；輸出電壓為毫伏或放大輸出，精度高，工作溫度范圍寬。
2.2限位開關
在液壓系統中一共用了10個限位開關，分別裝在兩邊對稱的預壓油缸的上位（各一個）、主壓油缸的左／右位（各兩個）、換位油缸的左／右位（各兩個），用來控鍘油缸的運動及進行報警控制。具體控制過程如下（各元件代表的標號見表2）。
總開關開啟，預壓油缸壓下達到預設壓力后停止運動；主壓油缸壓下，壓力達到預設總壓力，并且碰到限位開關SQ2-1(SQ5-1)時油缸停止運動，若壓力達到預設值但未碰到限位開關SQ2-1(SQ5-1)，則報警，此時全機停止工作，若已碰到限位開關SQ2-1（sQ5-1）而壓力未到預設值，則繼續加壓，直至達到總壓力時油缸停止運動；主壓油缸回位，當碰到限位開關SQ2-2( SQ5-2)時，油缸停止運動；換位油缸開始運動，碰到限位開關SQ3-1(SQ6-1)時，油缸停止運動；預壓油缸回位，碰到限位開關SQl-1(SQ4-1)時，油缸停止運動；換位油缸回位，碰到限位開關SQ3-2(SQ6-2)時，油缸停止運動；與此同時，進料電機工作，開始進料。至此，成型機完成一次工作過程，進行下一個工作循環。
2.3 PLC及其控制系統
考慮到成型機系統的控制要求、輸入和輸出設備的數量及PLC可處理的模擬量等因素，我們選用了西門子的PLC。由于成型機系統不需要過多的I/O點，并且需要模擬量模塊的擴展以及人機界面的信號傳輸。本著降低成本的設計原則，PLC選用了SIMATIC S7-200 CPU266，并采用EM235模擬量輸入，輸出模塊處理傳感器采集到的電壓信號。
2.4 PLC的I/O口定義
根據PLC的選擇和控制要求分析，PLC的輸入信號有14路，輸出信號有10路。具體定義如表2所示。
3系統軟件設計
使用STEP7-Micro，WIN編程軟件對系統控制過程進行編程（程序清單省略），其流程圖如圖3所示。
①實現自動控制。當系統總開關及自動控制開關打開后，系統就完全處于自動工作過程。首先檢查各個油缸是否到位，開始進料（時間設定為2～3s），隨后預壓油缸推進，當壓力達到設定值時停止，此時主壓油缸推進，當達到壓力設定值時（如果主壓油缸壓力達不到，則由增壓油缸加壓），檢查主壓油缸是否到位，如果沒有到位，則報警，全機停止工作并輸出故障報告；如果到位，則主壓油缸停止加壓，開始回位，由傳感器檢測到位后停止，然后預壓油缸開始回位，由傳感器檢測到位后停止，此時，液壓馬達開始工作（即供料）。時間設定為2～3s，同時換位油缸開始換位，由傳感器檢測到位后停止，如此循環下去。當按下停機開關時，全機停止工作。
②實現手動控制。當系統總開關及手動控制開關打開后，系統并不自動運行，而要通過手動控制各按鈕來實現各個油缸的動作（推進或回位）和液壓馬達的動作（即供料），且各個油缸的動作互不干擾，單獨運行。手動控制過程還可用于實現單步檢測系統故障。
4故障檢測設計
在成型機液壓控制系統中，必須保證所壓原料達到指定位置才能進行切割，因此在主壓油缸的壓入位安裝一個壓力傳感器和一個限位開關，同時控制主壓油缸的壓力和位置。當主壓油缸壓力達到預設總壓力值但還未接觸到限位開關，此時系統出現故障，報警，機器停止運行，檢查故障，并做出相應的調整。
5結束語
本文的創新點是將PLC與傳感器技術相結合，并使用觸摸屏，改善了原始的機械手動控制成型機系統，增強了系統的自動化和可視化，同時減少了勞動時間，降低了勞動成本，大大提高了系統的工作效率，具有廣闊的應用前景。
三門峽富通新能源主要生產銷售擠壓式環模顆粒機、秸稈壓塊機、飼料顆粒機等生物質燃料飼料成型機械設備。
