在当今国际能源竞争日益激烈，传统能源面临枯竭的情况下，开发可再生的生物质能源势在必行。通过对我国林木生物质资源的调查可知，每年有8～10亿t林业“三剩”（采伐剩余物、造材剩余物、加工剩余物）可作为生物质能源的原料。林木生物质成型燃料（经
颗粒机或者
秸秆压块机加工压制而成）具有热值较高，燃烧清洁，可替代煤炭，在技术上易于实现等特点。
生物质常温成型技术是将经过粉碎，并具有一定粒度的生物质放入挤压成型机中，在一定压力的作用下，制成块状物的低能耗加工技术。其把农、林业的废弃物转化成能源，使资源得到充分利用，并减少了对环境的污染。成型燃料可作为生物质气化炉、高效燃烧炉和小型锅炉的燃料，也可以进一步炭化，作为冶金、化工等行业的还原剂和添加剂等，其具有广阔的应用前景。
1、系统组成及控制原理
1.1系统组成
成型机液压控制系统由PLC控制主机、液压传感器、A/D转换器（模拟量输入模块）、限位开关、按钮、电磁阀和触摸屏等组成，控制系统框图如图1所示。
1.2 系统工作原理
成型机液压系统工作原理如图2所示，其主要液压元件名称及功能如下。
①预压油缸：用于将预压仓的物料压缩到主压仓内；
②换位油缸：用于原料的压缩塑型；
③主压油缸：用于将预压仓送来的物料最后成型；
④增压油缸：用于增加主压油缸的压力；
⑤电磁控制阀：用于控制各油缸的运动方向；
⑥压力传感器：安装于各油缸的进油管处，用于测量压力及进行实时监控。
生物质成型机液压系统所完成的基本功能如下：电机带动螺旋进料杆旋转进料后，由液压油控制预压油缸压缩物料；随后由主压油缸进一步压缩物料并使其成型；主压油缸和预压油缸回位后，换位油缸带动成型块到成型机的另一端，将压制好的成型块送到出料口，在下一循环中由出料杆将成型块推出成型机。
2系统硬件设计
2.1压力传感器
成型机液压控制系统对各个油缸的压力值有严格的要求，如表1所示。
表1油缸压力范围
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油缸 |
压力范围（MPa） |
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预压油缸 |
10～13.5 |
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主压油缸 |
10～13.5 |
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增压油缸 |
10～40 |
根据系统压力要求和工作环境等综合因素，初步选定的传感器是美国MSI公司生产的MSP300型不锈钢压力传感器（或变送器），其压力可高达70MPa；输出电压为毫伏或放大输出，精度高，工作温度范围宽。
2.2限位开关
在液压系统中一共用了10个限位开关，分别装在两边对称的预压油缸的上位（各一个）、主压油缸的左／右位（各两个）、换位油缸的左／右位（各两个），用来控铡油缸的运动及进行报警控制。具体控制过程如下（各元件代表的标号见表2）。
总开关开启，预压油缸压下达到预设压力后停止运动；主压油缸压下，压力达到预设总压力，并且碰到限位开关SQ2-1(SQ5-1)时油缸停止运动，若压力达到预设值但未碰到限位开关SQ2-1(SQ5-1)，则报警，此时全机停止工作，若已碰到限位开关SQ2-1（sQ5-1）而压力未到预设值，则继续加压，直至达到总压力时油缸停止运动；主压油缸回位，当碰到限位开关SQ2-2( SQ5-2)时，油缸停止运动；换位油缸开始运动，碰到限位开关SQ3-1(SQ6-1)时，油缸停止运动；预压油缸回位，碰到限位开关SQl-1(SQ4-1)时，油缸停止运动；换位油缸回位，碰到限位开关SQ3-2(SQ6-2)时，油缸停止运动；与此同时，进料电机工作，开始进料。至此，成型机完成一次工作过程，进行下一个工作循环。
2.3 PLC及其控制系统
考虑到成型机系统的控制要求、输入和输出设备的数量及PLC可处理的模拟量等因素，我们选用了西门子的PLC。由于成型机系统不需要过多的I/O点，并且需要模拟量模块的扩展以及人机界面的信号传输。本着降低成本的设计原则，PLC选用了SIMATIC S7-200 CPU266，并采用EM235模拟量输入，输出模块处理传感器采集到的电压信号。
2.4 PLC的I/O口定义
根据PLC的选择和控制要求分析，PLC的输入信号有14路，输出信号有10路。具体定义如表2所示。
3系统软件设计
使用STEP7-Micro，WIN编程软件对系统控制过程进行编程（程序清单省略），其流程图如图3所示。
①实现自动控制。当系统总开关及自动控制开关打开后，系统就完全处于自动工作过程。首先检查各个油缸是否到位，开始进料（时间设定为2～3s），随后预压油缸推进，当压力达到设定值时停止，此时主压油缸推进，当达到压力设定值时（如果主压油缸压力达不到，则由增压油缸加压），检查主压油缸是否到位，如果没有到位，则报警，全机停止工作并输出故障报告；如果到位，则主压油缸停止加压，开始回位，由传感器检测到位后停止，然后预压油缸开始回位，由传感器检测到位后停止，此时，液压马达开始工作（即供料）。时间设定为2～3s，同时换位油缸开始换位，由传感器检测到位后停止，如此循环下去。当按下停机开关时，全机停止工作。
②实现手动控制。当系统总开关及手动控制开关打开后，系统并不自动运行，而要通过手动控制各按钮来实现各个油缸的动作（推进或回位）和液压马达的动作（即供料），且各个油缸的动作互不干扰，单独运行。手动控制过程还可用于实现单步检测系统故障。
4故障检测设计
在成型机液压控制系统中，必须保证所压原料达到指定位置才能进行切割，因此在主压油缸的压入位安装一个压力传感器和一个限位开关，同时控制主压油缸的压力和位置。当主压油缸压力达到预设总压力值但还未接触到限位开关，此时系统出现故障，报警，机器停止运行，检查故障，并做出相应的调整。
5结束语
本文的创新点是将PLC与传感器技术相结合，并使用触摸屏，改善了原始的机械手动控制成型机系统，增强了系统的自动化和可视化，同时减少了劳动时间，降低了劳动成本，大大提高了系统的工作效率，具有广阔的应用前景。
三门峡富通新能源主要生产销售挤压式环模颗粒机、秸秆压块机、饲料颗粒机等生物质燃料饲料成型机械设备。
