机采籽棉烘干自动控制系统研究

摘要

棉花产业是新疆的支柱产业。随着国家对棉花产业全程机械化发展的支持，棉花产业从种植环节到加工环节均已实现了机械化作业。然而在棉花的烘干环节，烘干塔内气流的温度主要仍由人工调节。人工调节不仅是人力资源的浪费，而且很难对不同含水率的棉花及时进行调节，影响了棉花后续的轧花质量。因此，设计了籽棉烘干自动控制系统，该控制系统能够对烘干塔的温度进行实时控制，保证籽棉在轧花前期达到比较合适的含水率范围。
　　利用实验方法，研究发现籽棉含水率与电导率之间无显著线性关系，含水率与介电特性之间具有明显的线性关系。经过进一步实验，得到了测量频率、电压、容积密度等参数对介电特性的影响规律。利用响应曲面试验，得到了籽棉测量电容值与含水率及容积密度之间的回归方程:Y=27.068+2.1246A+5.3446B+0.6598A2-0.4652B2+1.3A×B。
　　为了将籽棉的含水率信息转换成可用于自动控制系统的电信号，本文设计了籽棉含水率检测传感器。该传感器主要包括:信号源电路、信号调理电路、C-V转换电路、有效值转换电路、ADC转换电路等。该传感器将0％～30％的含水率信号转变为0～2.5V的标准电压信号。
　　采用西门子S7-200控制器，配备EM235模块，利用位置型PID控制算法，以昆仑通态公司生产的TPC1061Ti高性能嵌入式一体化触摸屏监视和调整系统过程参数，搭建完成了籽棉烘干自动控制系统。经过实验室环境下试验，得到以下结论:烘干后的籽棉含水率控制范围为4.6％～10％，温度调节时间为30s，基本符合国标要求，应该进一步研究籽棉在烘干塔内的热质传递规律，然后根据此规律采用更为先进的算法。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 项目意义

1．2 任务来源

1．3 国内外研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 籽棉烘干清理流程简介

1．5 研究目标与内容

1．5．1 研究目标

1．5．2 研究内容

1．6 技术路线

1．7 本章小结

2．1 引言

2．2 材料和方法

2．2．1 实验台介绍

2．2．2 实验方案

2．3 籽棉介电特性单因素实验

2．4 籽棉介电特性多因素实验

2．4．1 因素水平对照表

2．4．2 实验数据及结果分析

2．5 本章小结

第3章 籽棉含水率检测系统设计

3．1 含水率采集原理

3．2 检测系统总体设计

3．2．1 电源的设计

3．2．2 信号源设计

3．2．3 信号源调理电路设计

3．2．4 C-V(电容-电压)转换电路设计

3．2．5 基于Multisim的C-V转换电路仿真

3．2．6 自动增益电路设计

3．2．7 有效值转换电路设计

3．2．8 ADC转换电路设计

3．2．9 压力检测电路设计

3．2．10 温度检测电路设计

3．2．11 串口电路设计

3．2．12 系统整体电路设计

3．3 含水率检测单片机程序设计

3．4 含水率检测系统实物

3．5 本章小结

第4章 机采籽棉烘干自动控制系统设计

4．2．1 控制算法

4．2．2 系统控制程序

4．3 关键元器件选型

4．3．1 温度传感器

4．3．2 晶闸管调功器

4．4 MCGS上位机软件设计

4．4．1 上位机设计

4．4．2 系统人机界面

4．5 试验与分析

4．6 本章小结

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

作者简历

致谢