環(huán)模制粒機(jī)是目前常用的飼料生產(chǎn)機(jī)械，裝機(jī)容量通常100 kW以上，因此，在飼料生產(chǎn)過程中，保證制粒質(zhì)量的前提下，如何提高生產(chǎn)效率（降低消耗）是必須要考慮的問題。目前國內(nèi)環(huán)模制粒機(jī)大多采用人工控制，很難同時(shí)解決這2個(gè)問題。另外，環(huán)模制粒機(jī)工作現(xiàn)場環(huán)境差、操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大，也是促使采用自動(dòng)控制的原因。但是，即使一些環(huán)模制粒機(jī)配備了自動(dòng)控制系統(tǒng)，也很難正常投入運(yùn)行。為什么環(huán)模飼料制粒機(jī)的自動(dòng)控制比較難實(shí)現(xiàn)，本文將從環(huán)模制粒機(jī)的結(jié)構(gòu)與工藝過程加以分析，并在此基礎(chǔ)上提出基于專家系統(tǒng)的自動(dòng)控制策略。
專家系統(tǒng)包含了知識(shí)庫、特征識(shí)別信息處理、推理機(jī)，以及控制規(guī)則集等部分。知識(shí)庫中具有制粒機(jī)電機(jī)的參數(shù)、喂料器參數(shù)、蒸汽添加參數(shù)、調(diào)質(zhì)器參數(shù)等。由于顆粒的質(zhì)量與調(diào)質(zhì)溫度、調(diào)質(zhì)水分、喂料速度、蛋白質(zhì)含量等單因素密切相關(guān)。因此，事先進(jìn)行的調(diào)質(zhì)溫度、調(diào)質(zhì)水分、喂料速度、蛋白質(zhì)含量等單因素試驗(yàn)數(shù)據(jù)，作為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)也收錄在知識(shí)庫中。
這樣，在實(shí)際運(yùn)行中，一旦喂料速度改變，知識(shí)庫中與物料蛋白質(zhì)含量等數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的水分值與蒸汽量，即可以作為控制水分與蒸汽量的添加值的重要依據(jù)，從而保證了制粒質(zhì)量的前提下，提高了制粒機(jī)的生產(chǎn)效率。
2、環(huán)模制粒機(jī)的結(jié)構(gòu)與工藝分析
環(huán)模制粒機(jī)主要由喂料器、調(diào)質(zhì)器、顆粒制粒機(jī)等部分組成，如圖1所示。料斗中的物料經(jīng)喂料器送至調(diào)質(zhì)器（喂料量的大小通常通過變頻調(diào)速的方式控制），調(diào)質(zhì)器含有蒸汽、水份的注入口，從而實(shí)現(xiàn)將配合好的粉料調(diào)質(zhì)到一定的溫度和濕度，然后送到顆粒制粒機(jī)。調(diào)質(zhì)是對(duì)顆粒飼料制粒前的粉狀物料進(jìn)行水熱處理的加工工序，調(diào)質(zhì)對(duì)顆粒飼料的質(zhì)量影響很大。具體表現(xiàn)在以下幾方面：1．是對(duì)粉狀物料進(jìn)行熟化處理；2．是對(duì)粉狀物料進(jìn)行滅菌處理；3．是顯著提高顆粒飼料的耐水性；4．是改善制粒性。為了保證顆粒飼料的質(zhì)量，調(diào)質(zhì)器出料口的溫度控制很關(guān)鍵。顆粒制粒機(jī)由主電動(dòng)機(jī)、環(huán)模、壓輥、切刀等組成，將調(diào)質(zhì)后的物料通過環(huán)模和壓輥2個(gè)相對(duì)旋轉(zhuǎn)件擠壓，切刀將從模孔中擠壓出的成型顆粒切成需要的長度，從而完成整個(gè)制粒過程。
3、環(huán)模制粒機(jī)的能耗分析
環(huán)模制粒機(jī)在工作時(shí)，環(huán)模（壓模）在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，調(diào)質(zhì)后的物料由導(dǎo)料機(jī)構(gòu)送入環(huán)模與壓輥間的工作區(qū)，壓輥借助工作區(qū)內(nèi)環(huán)模與物料、壓輥與物料間的摩擦力作用開始順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。隨著環(huán)模與壓輥的旋轉(zhuǎn)，攝入的物料被擠壓、壓緊，當(dāng)擠壓力增大到足以克服模孔內(nèi)物料與內(nèi)壁的摩擦力時(shí)，物料就被擠壓進(jìn)模孔。隨模輥不斷旋轉(zhuǎn)，環(huán)模孔內(nèi)的物料連續(xù)擠出。
根據(jù)物料在擠壓過程中的不同狀態(tài)將物料劃分為3個(gè)區(qū)，即供料區(qū)、變形壓緊區(qū)和擠壓成形區(qū)。如圖2所示，物料在擠壓區(qū)與變形壓緊區(qū)受力是不同的，下面分別分析。
4、基于專家系統(tǒng)的控制策略設(shè)計(jì)
通過前面的分析，我們可以看出環(huán)模制粒機(jī)難以控制的主要原因可以概括為：
(1)系統(tǒng)變量之間存在嚴(yán)重耦合；
(2)屬于大滯后系統(tǒng)；
(3)生產(chǎn)過程的一些參數(shù)（如物料泊松比、摩擦系數(shù)等）變化使被控對(duì)象出現(xiàn)不確定性與嚴(yán)重的非線性。
以上這些原因使得采用傳統(tǒng)的控制策略實(shí)現(xiàn)環(huán)模制粒機(jī)自動(dòng)控制有很大的難度，而智能控制，尤其是專家控制系統(tǒng)，則可以有效解決環(huán)模制粒機(jī)控制問題。基于專家控制器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。其中，尺為參考輸入（制粒機(jī)電流設(shè)定值；調(diào)質(zhì)器出口溫度設(shè)定值）；P為誤差信號(hào)；y為被控變量(制粒機(jī)電流；調(diào)質(zhì)器出口溫度)；U為控制器輸出集。專家控制器的模型采用如下形式：
式中K為知識(shí)庫中的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)與事實(shí)集；I為推理機(jī)構(gòu)的輸出集。特征識(shí)別與信息處理機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
特征識(shí)別與信息處理機(jī)構(gòu)的主要作用是對(duì)采集到的信息進(jìn)行加工處理和特征提取，為推理機(jī)構(gòu)提供決策依據(jù)。這里，考慮到系統(tǒng)為雙輸入、雙輸出，EC的特征模
5、結(jié)束語
專家控制系統(tǒng)具有在線處理的靈巧性與控制策略的靈活性，并通過實(shí)時(shí)推理與決策實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜生產(chǎn)過程的有效控制。基于專家控制系統(tǒng)的環(huán)模制粒機(jī)控制系統(tǒng)是以制粒機(jī)主電機(jī)工 作在滿負(fù)荷范圍內(nèi)（最佳的電流工作點(diǎn)）為目標(biāo)的，其目的是保正制粒機(jī)的工作效率。同時(shí)專家控制系統(tǒng)根據(jù)物料的性質(zhì)，將蒸汽、水分添加量隨物料喂入量的改變而調(diào)節(jié)。在實(shí)際控制中，調(diào)質(zhì)器出口溫度測量傳感器(Ptl00)的位置安裝，與制粒機(jī)主電機(jī)的電流測量傳感器的快速性，對(duì)控制效果影響較大。為了防止溫度傳感器被物料裹住，而不能準(zhǔn)確測量溫度，國外的一些控制系統(tǒng)采取了傳感器表面定時(shí)清理機(jī)構(gòu)，效果比較明顯。制粒機(jī)主電機(jī)的電流測量可以采用高速電流測量傳感器。
富通新能源銷售環(huán)模木屑顆粒機(jī)、秸稈制粒機(jī)等生物質(zhì)成型機(jī)械設(shè)備。
