一种新型 内置变频器密集烤房控制器的研究

李兴建

【摘要】：从密集烤房控制器的内置的温度控制器，集成内置变频器、物联网功能、燃料消耗及用电量，防堵转功能、抗干扰等方面进行了研究。

【关键词】：密集烤房；内置变频器；技术关键

1、烤房控制器的发展历程及发展近况

烘烤是烟叶生产的关键环节之一。这个环节由于技术比较复杂，一直是烟叶生产中技术操作要求最高、劳动强度最大的环节。密集烤房的研究始于20世纪50年代中期，美国北卡罗莱纳州李大学琼森等人以减少烟叶烘烤人工投入、提高烤烟质量为目的，从而引发了烟叶烘烤技术的一场革命^[1]。在20世纪60-80年我国通过对密集烤房的相关研究，研制出了燃煤或者燃油的不同型号的密集烤房^[2]，但由于燃料成本高、环境污染等后续问题，最终未得到全面实施，进而推动了我国20世纪90年代对烟叶烘烤自动化控制技术的引进， 这一时期我国分别从日本、美国、加拿大等国家和地区引进了多种规格、型号的密集型自动化控制成品烤房，自此开启了我国烟叶自动化烘烤设备的研究应用大门。2005年以来，随着我国农村经济的发展和现代烟草农业的推进，农村耕地经营方式发生变化，烤烟生产组织形式也发生重大变革，烟叶生产逐步向规模化、集约化、信息化、专业化的方向发展。因此，迫切需要规模相对较大、能够最大限度反应烟叶品质效益、减少用工的烘烤设备。密集式自动化烤房是现代烟草农业建设中重要的基础设施，承载着促进烟叶适度规模种植与生产组织方式变革的重任，是适度规模条件下准确落实烘烤工艺，改进和提高烟叶品质的设备保障，代表了我国烤烟烘烤设备的发展方向。

2、国内自动密集烤房控制器的发展现状

密集烘烤加工烟叶的专用设备，由装烟室和加热室构成，主要设备包括供热设备、通风排湿设备、温湿度控制设备。基本特征是装烟密度为普通烤房的2倍以上，强制通风，热风循环，温湿度自动控制。

目前鼓励有条件的烟叶产区在密集烤房内推广使用变频器，变频器能用于循环风机变频调速控制、单相电源与三相电源转换、循环风机软启动及系统保护的专用设备，实现密集烘烤过程中循环风机的自动变频调速，不仅能省电，还能用以保护设备。现有的变频器多安装在密集烤房内，由于外置变频器成本高，安装维修繁琐，大多数烟民对变频器的使用意愿不强。

3、新型内置变频器密集烤房控制器的组成及技术关键点

针对现有技术的不足，本次研究提供了一种内置变频器的密集烤房控制器，该密集烤房控制器将变频器内置到控制器，既方便安装，又降低成本，明显减少耗电量和燃料消耗量；而且该新型内置变频器密集烤房控制器在现有控制器的基础上增加了自动消堵功能，可防止堵料熄火及电机过热损坏，使控制器的功能更加多样化、智能化。

下面结合附图和具体实施例对本新型内置变频器密集烤房控制器做进一步详细说明。

新型内置变频器密集烤房控制器技术方案如下：所述密集烤房控制器包括主控单元、电源单元和控制器外壳等，控制器的现有结构框图可参考图3，为了简化现场安装变频器的麻烦，本实施例在现有控制器中内置变频器，如图1和图2所示，所述变频器包括变频器主体1和冷却室2，变频器主体1固定在冷却室2的上部，冷却室2和变频器主体1的上方设有防护罩3；防护罩3的前后两侧均设有固定扣12，用于连接冷却室2；防护罩的左右两侧设有挂耳，用于固定在密封器外壳上。防护罩3的一侧设有接线口11使变频器电路板与主控单元、电源单元、循环风机连接，具体地，变频器通过RS485通信串口与主控单元连接，通过三相交流输入与电源单元连接，通过三相交流输出与循环风机连接。

冷却室2的底部开口并固定在控制器外壳4上，控制器外壳4在冷却室2底部的位置设有出风口5；冷却室2的一侧端头设有通风口6，通风口6上设有安装座7用于安装散热扇8，控制器外壳4在对应冷却室2通风口6的位置设有进风口9。

冷却室2的上部设有固定座14用于固定变频器主体1，变频器主体1上方连接变频器电路板13，变频器电路板固定在冷却室2上方，变频器电路板13的上方设有防护罩3，所述冷却室2的一侧在对应变频器电路板13的下方设有通风道10为变频器电路板散热。

变频器分为单相220V和三相380V两种型号，控制功率为0.75 kW～2.2 kW，输出频率为0～65Hz，采用IGBT作为驱动模块，防护罩和冷却室采用阻燃材料制成，阻燃达到民用V—1级，符合GB 20286规定。

内置变频器具有标准RS485接口及标准Modbus协议，主控单元可根据不同阶段的参数，调节变频器的工作频率，在保障烘烤曲线控制精度的同时，有效减少燃料及电量的消耗。

内置变频器具有过流、过压、欠压、缺相、过载保护和相序保护功能，主控单元可实时读取变频器运行状态,及时发现故障并切断循环风机的电源，防止循环风机损坏。

本新型内置变频器密集烤房控制器提供的控制器还包括防堵转单元，防堵转单元与主控单元连接，所述防堵转单元包括控制电机正反转的驱动模块一、控制电机工作的运行或停止的驱动模块二、对电机电流进行采样的电流采样模块、对电机电压进行采样的电压采样模块、为驱动模块一和驱动模块二供电的电源模块，所述电流采样模块和电压采样模块分别通过放大电路处理后，将数据传输给主控单元，所述主控单元还与驱动模块一、驱动模块二通讯连接，如图4所示，主动单元内部的已知单元未给出。

防堵转单元包括风门防堵转单元和燃料电机防堵转单元；所述风门防堵转单元的电源模块的输出电压为直流12V，燃料电机防堵转的电源模块输出电压为交流220V。

主控单元内还设有密集烤房的各个用电器的启停计时单元，在知道各个用电器的功率的情况下，可以估算密集烤房烤烟的耗电量；也可以根据加热室或燃烧室供料机的工作时间与燃料使用量的对应关系，进而估算燃料的使用量。

主控单元内还设有密集烤房燃料室的除渣控制单元，使用生物燃料的密集烤房一般会配置清灰除渣机构的燃烧机，除渣控制单元可以定时控制除渣机构清灰除渣。

图1

图2

参考文件

1^[?] 徐秀红，孙福山，王永，赵兵，刘建永，邓启强，丁志勇.我国密集烤房研究应用现状及发展方向探讨[J].中国烟草科学，2008,29（4）:54-56,61

2^[?] 孙敬权，任四海，吴永德.烤烟燃煤密集烤房的改进探讨[J].烟草科技，2004（9）：43-44