开题报告——环模制粒机制粒工艺研究与控制系统开发.doc

一、拟选定学位论文的题目名称环模制粒机制粒工艺研究与控制系统开发二、选题的科学意义和应用前景随着人民生活水平的不断提高，对肉蛋奶等动物性食品的需求人幅度增加，饲料工业 在国民经济中扮演着越来越重要的角色国务院颁布的《中长期农业发展纲要》和《九十 年代食物结构改革和发展纲要》提出了 2000年至2020年畜牧、水产品的发展口标各种 饲料生产总量在2000年达7000 t,根据饲料工业发展纲妾，2010年将达1亿t作为养 殖业配套产业的饲料工业，一方面要将满足养殖业需求始终放在首要位置，另一方面要适 应中国经济体制改革的宏观经济环境，不断提高产品质量，完善饲料工业体系饲料机械 制造业是饲料工业发展的装备产业，“开发推广畜禽水产养殖饲料加工机械”被列为江苏 省农业机械化发展“十一五”规划重点建设项口制粒机作为饲料生产机械的四大主机（混合机、粉碎机、膨化机、制粒机）之一，它 的性能优劣直接影响到颗粒饲料的生产质量，因而在饲料生产中占有很重要的地位制粒 就是将粉体或液体原料，通过机械或化学的方法，将其聚合成形过程的统称在饲料工业 中，将粉状饲料原料或粉状饲料经过水、热调制并通过机械压缩11强制通过模孔而聚合成 型的过程定义为制粒。

颗粒的成形过程，是建立在粉粒体间存在间隙的基础上粉料在温 度、摩擦力和挤压力等综合因素的作用下，使粉粒休的空隙缩小，形成具有一定密度和强 度的颗粒将成型的大颗粒加工成符合标准的小颗粒的过程称为粉碎粉状饲料的成形产 品又可分为硕颗粒、软颗粒和膨化颗粒等颗粒饲料（或称块状饲料），适用于不同的饲喂对 象我国制粒机技术主要来自国外，如英国、意大利、瑞士等国，在制粒机的机理研究、 制粒机开发方面几乎是空白，市场现有主要制粒机制造商均是通过合作或购买国外相关产 品技术进行变形设计，因此产品的性能难以保证，而且引进的产品和技术往往是国外企业 淘汰产品或即将淘汰产品与技术制粒设备在实际应用中还存在很多问题，如制粒机生产 粉化率高，制粒机生产过程中容易堵机，机器磨损和电耗严重，生产率偏低等问题然而, 随着现代养殖业与饲料工业的发展，饲料市场的竞争仃趋激烈，饲料生产厂家需要设备制 造厂家提供高产、节能、自动化程度高、易于操作、制粒效果好的制粒设备因此，加大 对高性能饲料制粒机的研究力度有着I •分重要的意义和广阔的应用前景而相应的制粒工艺是将粉状饲料原料或成品制成颗粒的过程，主要rti原料准备、制粒 成型和后处理工艺3个阶段组成。

在具体配置上，根据不同饲料的生产要求而有所区别 根据不同的原料准备工艺和成形颗粒的后处理工艺，乂可分为畜禽饲料制粒工艺和水产饲 料制粒工艺；根据不同的组合方式乂有多种类型工艺派生因此，制粒工艺不是一成不变 的，而是在基本工艺的基础上根据饲喂对象、客户要求和科技发达程度有所不同调制是 制粒或膨化的前一工艺，其设备和工艺性能参数直接影响了饲料品质调质器是制粒机的 重要组成部分调质就是指在调质器的粉料中通入一定量的饱和蒸汽使其熟化的过程通 过调质，对饲料可出现以卜•增效作用：增加饲料的粘结性，有利于饲料成形；软化饲料, 起润滑作用，减少摩擦生热和对模辘的磨损，提高制粒机的生产率；提高颗粒密度，降低 粉化率，提高产品质量；灭菌，如沙门氏杆菌；改善营养素的可利用率，如淀粉糊化，提 高蛋白质的可消化性然而，影响调质质量的因素较多，包括所添加的液料、饲料原料的 组成、调质蒸气的质量、调质参数的选择等，而这些参数乂相互影响着高性能的制粒机的 开发设计工作因此，同时加强对制粒机制粒和关工艺的基础理论研究有着十分重要的意 义因此，进行制粒技术研究、开发有自主知识产权的高性能制粒机是当务Z急，这将有 利于推动我国饲料机械的发展，同时对饲料技术的发展也起到巨大的推动作用。

三、背景科研项目情况简介本课题来源于南京理工大学机械制造及其口动化系与江苏牧羊集团的合作项冃，以江 苏牧羊集团高性能制粒机开发为背景，通过对制粒工艺以及制粒机口动控制的分析和探讨, 研发具有制粒质量好、效率高、功耗低、自动化的高性能制粒机通过本次合作项目，可 以使牧羊集团产品的生产标准水平得以提高，产品质量得到进一步加强，从而有利于提高 市场竞争力四、学位论文主要研究内容通过本课题来源项目的分析，结合合作金业的实际情况，确定本课题的研究内容主要 包括以下方而：1、 制粒工艺过程分析研究：通过饲料厂制粒生产工艺过程的调研，进一步明确制粒工 艺的基木要求，深入研究影响制粒过程的主要因素，尤其各种调质工艺参数对制粒机颗粒 成形质量以及吨料电耗的影响，为制粒机的研究和自动化控制提供依据2、 制粒机自动控制系统设计：根据制粒工艺要求，利用系统附带工艺参数数据库，通 过对喂料量和蒸汽量的控制，监控调质温度和电机负载的变化，如果实际控制值与预期设 定值产牛偏差时，智能口动控制系统能连续、快速地修正这些偏差，实现喂料量、蒸汽添 加量、液体添加量以最佳配合模式进行生产，保证产品质量，同时能有效地避免了堵机现 象，让制粒机尽可能在满负荷的工况下工作，保证制粒系统达到最佳的生产效益。

3、 制粒机设计开发和性能测试：根据优化结构与参数，完成制粒机样机设计、制造、 调试和性能测试，并与同规格现有产品进行比较五、预期解决的主要问题问题1:调质工艺参数优化在配合饲料工业的发展过程中，颗粒饲料生产技术的发展运用被公认为最具有技术突 破性价值的进展随着制粒技术的□益发展，在生产过程中，技术人员开始越來越重视颗 粒压制而道工序一调质工艺的选择因为调质处理效杲的好坏将直接影响到制粒效杲的好 坏因此，通过试验对比研究不同调质器的工艺参数等对制粒机颗粒成形质量以及吨料电 耗的影响国内外研究的现状和趋势：口前，人们常用的调制方法有以下几种：（1）单级调质这 种调质是最简单的方法通常由制粒机口带的调质器或者普通的正常短时调质器完成这 类调质器有一个带搅拌器的空腔，将所需添加的物料如糖蜜、蒸汽混合进饲料中，工作时， 饲料颗粒吸收蒸汽和其它液体，促进饲料成分的糊化，从而变得柔软，便丁•制粒⑵多级 调质该方法是在水分保持不变的情况下，通过延长调质时间来提高调质效果通常采用 的方式有：①在制粒机前另配单独的多级调质器，如二级调质器、三级调质器等；②在普 通调质器后带一个熟化罐；③采用两个调质器，II在两调质器之间加设一个熟化罐。

以上 三种方式的冃的都是增加调质时间，使物料有足够的时间吸收添加的液料，提高粒料的熟 化程度通常不同配合饲料通过蒸汽调质，一方面提高饲料温度使其糊化，另一方面调质 蒸汽的添加提高饲料含水率，但加入蒸汽过多会使物料变得过软，易堵塞模孔;不足会使物 料糊化程度差，难于成形在一定的范围内，调质时间越长，原料熟化度越好，淀粉糊化 度越高，黏结性高，制粒效果好，饲料质量就好随着调质时间的延长，颗粒的粉化率大 大减小，而硕度增加故调质时间是影响颗粒质量的主要因素解决问题的基本思路和技术路线及预期结果：通过试验对比研究不同调质器的工艺参 数，优化制粒工艺前调质器的配置，设计高效调质器，捉高颗粒淀粉糊化度，捉高饲料的 最终利用率，降低饲料对环境的污染问题2：自动控制系统设计环模制粒机是饲料厂的关键设备，目前国内的制粒机大多采用人工控制，这种操作方 法主要冇以下三个方而的缺点：①颗粒饲料质量不稳定：人工操作制粒机，在实际生产过 程中不能实时、快速地监控和调节喂料量、蒸汽添加量、液体添加量等影响颗粒质量的关 键因索，造成颗粒饲料的光洁度、色泽、粉化率、水中稳定性等质量指标不稳定，质量下 降；②制粒机产量低，单位制粒能耗犬：在实际生产过程中，制粒机操作工为了避免制粒 机环模堵塞、打滑和停机现象，通常使制粒机主电机的实际工作电流远小于其满载负荷， 以牺牲产量的代价来换取制粒机长期安全、可靠的运行，这样必然导致产量下降，单位能 耗及成木增加。

③需要人工守候操作，工作条件井、劳动强度大：制粒机现场高温、高噪 声，环境恶劣，工作过程中制粒机操作工处于频繁地取样和调整设备的状态，还需要解决 制粒机堵机、打滑等问题，劳动强度较大因此，采用制粒机自动控制系统制粒机自动控制系统主要由数字I/O接口、模拟I/O接口、控制器、控制台、外部存 储设备以及各种传感器、控制阀组成，其中数字1/0接口 1、模拟I/O接口与控制器可以 由PLC控制中心代替控制器负责执行程序，对来门数字I/O接口、模拟I/O接口的数据 进行运算分析，并向其发送控制指令，数字I/O接口负责数字量的输人与输出，模拟I/O 接口负责模拟量的输入与输出，传感器负责向数字T/0接口和模拟I/O接口输送数字或模 拟信号，各种控制阀负责执行来自数字I/O接口或模拟I/O接口的操作意图，外部存储设 备可实现外部数据与控制系统之间的数据交换，控制台通常包括一个显示器和键盘，方便 进行人机对话制粒机工作时，由操作员通过控制台输入初始数据，发出开机命令，控制 器开始执行程序其中，通过控制变频器开启喂料器电机并逐步提高其转速，增大喂料量 同时，开启电动蒸汽流量控制阀，逐步增加其开口度的大小，增加蒸汽添加量。

并通过模 拟I/O接口实时监控来自制粒机主电机交流电传感器的电流信号和来自调质器出料口温度 传感器的温度信号这些信号数据经过整理，在控制器小与程序设定的原始数据进行比较 分析，再生成新的反馈数据信息，来调整制粒机的工作状态，让制粒机尽可能在满负荷的工况下工作，保证制粒系统达到最佳的生产效益解决问题的基本思路和技术路线及预期结果：首先，查阅参考现冇的各种自动控制系 统，在熟悉常用的控制方法的基础上，采用可编程控制器(PLC)作为控制系统的核心，变频 器做主电机输出控制模块，进行速度和系统的全面监控，最后，通过各种系统的调试工作, 最终确定制粒机自动控制系统问题3：控制算法的设计通过自动控制系统可实现无人守候操作，当生产过程中喂料量、蒸汽添加量、液体添 加量受到各种因素扰动，实际控制值与预期设定值产生偏差时，智能口动控制系统能连续、 快速地修正这些偏差，实现喂料量、蒸汽添加量、液体添加量以最佳配合模式进行生产， 保证产品质量，同时能有效地避免了堵机现象，让制粒机尽可能在满负荷的工况下工作， 保证制粒系统达到最佳的生产效益然而，耍实现这些口标，都需耍良好的控制算法来实 现在制粒生产工艺过程中，耍合理调节喂料量与蒸汽添加量，在保证制粒而粉料所需耍 的合理温度的同时，尽量让制粒机主电机在所设定的满负荷范围内工作，从而使制粒机保 持较高的作业效率。

同时，实时监控制粒机主电机电流和调质后粉料的温度，在一定范围 内，当温度不变，制粒机主电机电流产生偏差时，则调节喂料量；同样，制粒机主电机电 流不变，温度产生偏差时，则应调节蒸汽添加量由于温度在一定范围内的增加可以提高 粉料的熟化度，粉料更加软化，易于制粒，使制粒机主电机电流减小；而喂料量的增加引 起的制粒机主电机电流的增加，同样也会使温度有所降低，反Z亦然如何实现这些，就 需要口动控制系统所设计的控制算法程序来完成另外，要使制粒机高效运行，口动控制 系统述必须能有效地避免制粒机堵机、停机现象发生，通过对制粒机主电机电流的监控， 来判断潜在的堵机威胁程度，从而让控制系统启动设计好的程序来解决堵机问题解决问题的基本思路和技术路线及预期结果：首先，通过PLC强大模拟试验功能，在PC机上进行控制算法的程序设计和模拟试验，然后，通过实际的试验，评估各种控制算法 规则的优良，最终确定控制算法规则从而，让制粒机尽可能在满负荷的工况下工作，保 证制粒系统达到最佳的生产效益问题4：工艺数据参数控制根据不同的原料准备工艺和成形颗粒的后处理工艺，又可分为畜禽饲料制粒工艺和水 产饲料制粒工艺；根据不同的组合方式又有多种类型工艺派生。

因此制粒工艺不是一成不 变的，而其工艺参数影响因索也不是一成不变的为了便于管理控制各。