可編程控制器在糧食干燥系統(tǒng)中的應(yīng)用

于峰， 夏廣嵐， 姜永成

（佳木斯大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007）

0 引 言

我國是世界上最大的糧食生產(chǎn)和消費(fèi)國家，年產(chǎn)糧食約5億t。保持儲(chǔ)存糧食品質(zhì)，延長糧食儲(chǔ)藏年限是儲(chǔ)藏的關(guān)鍵。造成糧食在儲(chǔ)藏期間變質(zhì)的主要因素是霉菌、昆蟲等。在儲(chǔ)藏期間水分含量過高，糧食的呼吸代謝活動(dòng)就會(huì)增強(qiáng)而發(fā)熱，而霉菌、有害昆蟲也容易生長繁殖，造成糧食霉變和腐敗變質(zhì)。另外，儲(chǔ)藏溫度和濕度過高也是增加糧食發(fā)霉和變質(zhì)的危險(xiǎn)性因素。因此，提高入庫質(zhì)量，降低糧食水分，注意通風(fēng)，盡量降低儲(chǔ)藏的溫度和濕度對(duì)糧食儲(chǔ)藏有著重大意義［1］。

糧食干燥是為減少糧食水分的主要措施，是糧食生產(chǎn)過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)糧食生產(chǎn)全程機(jī)械化的重要組成部分。發(fā)展糧食烘干產(chǎn)業(yè)，加速糧食生產(chǎn)全程機(jī)械化，最大限度地減少儲(chǔ)糧損失，是確保豐產(chǎn)豐收、穩(wěn)定糧食總量的重要途徑，也直接影響糧食的等級(jí)、加工質(zhì)量和食用品質(zhì)，從而影響到糧農(nóng)和糧食流通企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和人們的生活質(zhì)量，影響到糧農(nóng)、糧商的生產(chǎn)經(jīng)營積極性。

糧食干燥過程的自動(dòng)控制是實(shí)現(xiàn)干燥機(jī)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、安全作業(yè)的有效手段。糧食烘干技術(shù)發(fā)展很快，以傳感器、控制器為核心的自動(dòng)控制系統(tǒng)已應(yīng)用于生產(chǎn)。優(yōu)化的糧食烘干工藝和先進(jìn)的控制設(shè)備提高了生產(chǎn)效率和糧食品質(zhì)［2］。

1 糧食烘干系統(tǒng)控制量介紹

目前，國內(nèi)、外糧食烘干系統(tǒng)的共同點(diǎn)是：糧食烘干系統(tǒng)控制系統(tǒng)的下位機(jī)都采用單片機(jī)或可編程控制器（PLC），其中尤以PLC居多。PLC具有編程簡單、使用方便、可靠性高的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域［3］，但不足之處是人機(jī)交互性差。而MCGS組態(tài)軟件可提供可視化的操作界面，將MCGS與PLC相結(jié)合，采用PLC完成現(xiàn)場實(shí)時(shí)控制，基于MCGS組態(tài)軟件開發(fā)友好界面，則會(huì)大大提高系統(tǒng)的可操作性和實(shí)時(shí)性。本文針對(duì)黑龍江省融華機(jī)械科技有限公司的糧食干燥系統(tǒng)，采用PLC做為下位機(jī)，控制糧食干燥過程，取得了良好的效果［4］。

如圖1所示為黑龍江省融華機(jī)械有限公司的糧食干燥系統(tǒng)控制系統(tǒng)圖。本烘干系統(tǒng)針對(duì)目前糧食烘干中，對(duì)溫度、濕度精確控制的需求，采用溫度、濕度一體化的傳感器采集各果穗烘干倉的溫度和濕度數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)通過總線方式傳給上位機(jī)，并基于MCGS組態(tài)軟件開發(fā)友好界面，利用PLC內(nèi)的工藝控制程序完成現(xiàn)場實(shí)時(shí)控制。系統(tǒng)共有50個(gè)傳感器，其中2個(gè)傳感器用來檢測主風(fēng)道的溫度、濕度，其余48個(gè)傳感器每兩個(gè)分為一組，分別放置于24個(gè)果穗烘干倉中，以檢測其溫度、濕度。

圖1 糧食干燥系統(tǒng)控制系統(tǒng)圖

糧食干燥系統(tǒng)控制系統(tǒng)的工作過程是：首先，傳感器將采集的溫度、濕度數(shù)據(jù)，通過運(yùn)算放大后，經(jīng)過RS485/RS232轉(zhuǎn)換器傳給上位機(jī)，上位機(jī)通過編程，發(fā)出控制指令，做為PLC的輸入信號(hào)；PLC依據(jù)傳來的控制指令，驅(qū)動(dòng)變頻器，改變變頻器的頻率來控制電機(jī)的啟停，從而控制各倉門的開關(guān)，以保證果穗烘干倉的溫度和濕度在設(shè)定范圍內(nèi)［5］。

2 PLC的選擇

目前，常用PLC的型號(hào)主要有歐姆龍、西門子、臺(tái)達(dá)等系列，其中臺(tái)達(dá)PLC具有編程簡單、容易掌握、功能強(qiáng)大、適應(yīng)面廣、通用性強(qiáng)、控制程序可變、使用方便、可耗低、維護(hù)方便、性價(jià)比高等特點(diǎn)。在綜合考慮性能指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)上，決定選擇臺(tái)達(dá)PLC。按照輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的數(shù)量，依據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)增加10%～20%的可擴(kuò)展余量后作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)的原則，選擇臺(tái)達(dá)DVP-60ES PLC為控制器的下位機(jī)［6-7］，如圖2所示。

圖2 臺(tái)達(dá)DVP-60ES PLC

3 PLC程序的設(shè)計(jì)

由于各個(gè)果穗倉儲(chǔ)相對(duì)獨(dú)立，可把每個(gè)倉儲(chǔ)室和主風(fēng)道作為一個(gè)控制單元分別設(shè)計(jì)。下面以倉儲(chǔ)室1為例說明程序的編寫過程。

圖3 程序流程圖

每個(gè)倉儲(chǔ)室都有兩個(gè)溫度、濕度傳感器，分別放置于倉儲(chǔ)室的上方和下方，以便測量倉儲(chǔ)室的上方和下方的溫度、濕度，再將測定的溫度、濕度經(jīng)過處理傳送到上位機(jī)，上位機(jī)通過編寫的控制程序判定其是否超過設(shè)定值，如果超過設(shè)定值，輸出高電平；否則，輸出低電平。倉儲(chǔ)室1安裝有編號(hào)為1和2的兩個(gè)傳感器，將數(shù)據(jù)經(jīng)過處理傳輸給上位機(jī)，上位機(jī)經(jīng)過判定看其是否溢出設(shè)定值，將判斷結(jié)果輸送給PLC的X0和X1，PLC通過編程，輸出信號(hào)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)作。據(jù)此，編寫的程序流程圖如圖3所示。

按照程序流程圖的思路，在Delta WPLSoft的編譯環(huán)境下利用梯形圖編寫各個(gè)倉儲(chǔ)室和主風(fēng)道的程序，如圖4所示；再通過軟件帶有的轉(zhuǎn)換功能，獲取PLC的指令，如圖5所示。

圖4 梯形圖

圖5 PLC指令

圖6 實(shí)驗(yàn)監(jiān)控面板

圖7 參數(shù)設(shè)定界面

4實(shí) 驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)是基于MCGS組態(tài)軟件環(huán)境下進(jìn)行的，實(shí)驗(yàn)監(jiān)控面板如圖6所示，面板底部有24個(gè)按鈕，每個(gè)按鈕對(duì)應(yīng)著1個(gè)相應(yīng)的果穗烘干倉，面板上可同時(shí)顯示2個(gè)果穗烘干倉的溫度和濕度，圖中顯示的是1號(hào)和2號(hào)果穗烘干倉的溫度和濕度。果穗烘干倉的溫度和濕度設(shè)定界面如圖7所示，通過PLC的程序指令，得到各果穗烘干倉的溫度和濕度，圖8是實(shí)驗(yàn)中個(gè)果穗烘干倉的溫度和濕度曲線圖，從圖中可看出果穗烘干倉中的溫度和濕度曲線是直線，其中上面直線顯示的是溫度值，下面直線顯示的是濕度值，可見果穗烘干倉中的溫度和濕度是平穩(wěn)的。

圖8 溫度和濕度曲線圖

5結(jié) 語

將可編程控制器應(yīng)用到糧食干燥控制過程中，既發(fā)揮了可編程控制器編程簡單、工作可靠的特點(diǎn)，又能保證對(duì)果穗烘干倉的溫度和濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)控，能可靠地保證果穗烘干倉適合的溫度和濕度，對(duì)于監(jiān)控和確保糧食干燥過程的平穩(wěn)運(yùn)行具有重要的意義。

［1］ 付興利.糧食干燥技術(shù)與裝備發(fā)展淺析 ［J］.農(nóng)業(yè)裝備技術(shù),2011，37（1）：55-56.

［2］ 龍安.借“雞”孵得“金鳳凰”［J］.湖北農(nóng)機(jī)化，2009（1）：48-50.

［3］ 周美蘭.PLC電氣控制與組態(tài)設(shè)計(jì)［M］.北京：科學(xué)出版社，2006.

［4］ 吳峰，胡志超，張會(huì)娟，等.基于PLC的糧食烘干機(jī)燃油爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.中國農(nóng)機(jī)化，2010（2）：71-73，77.

［5］ 趙學(xué)剛，鄭剛，董殿文，等．糧食烘干機(jī)過程控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究［J］．糧食加工，2007，32（5）：50-53.

［6］ 楊幫文.最新傳感器實(shí)用手冊(cè)［M］.北京：人民郵電出版社，2004.

［7］ 姜建芳.西門子S7-300/400PLC工程應(yīng)用技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012：362-378.