基于WinCC 智能谷物干燥系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高 峰,陳兆友,孔 健,倪家源

(金陵科技學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，南京,211169)

基于WinCC 智能谷物干燥系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高 峰,陳兆友,孔 健,倪家源

(金陵科技學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，南京,211169)

智能谷物干燥系統(tǒng)，采用循環(huán)烘干方式，通過(guò)溫度、濕度和壓力等傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保證烘干產(chǎn)品的質(zhì)量。該系統(tǒng)以西門(mén)子控制器為核心，并以WinCC作為平臺(tái)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)多臺(tái)智能谷物烘干機(jī)實(shí)行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理。該系統(tǒng)能夠提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的機(jī)械化與自動(dòng)化，推動(dòng)新農(nóng)村的建設(shè)與發(fā)展。

谷物干燥；WinCC；互聯(lián)網(wǎng)；西門(mén)子控制器

我國(guó)是全球最大的糧食生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，年總產(chǎn)糧食約為5億噸。我國(guó)每年因霉變?cè)斐傻募Z食產(chǎn)后損失高達(dá)2100萬(wàn)噸，占全國(guó)糧食總產(chǎn)量的4.2%，直接造成的損失180億到240億元。谷物干燥是糧食生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),也是實(shí)現(xiàn)糧食生產(chǎn)全程機(jī)械化的重要組成部分，利用烘干機(jī)實(shí)現(xiàn)谷物干燥是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的重要標(biāo)志,也是減少糧食貯藏?fù)p失 ,確保糧食安全的重要手段。首先，能夠提升糧食品質(zhì)；其次，可以減少因天氣原因?qū)е碌募Z食霉變數(shù)量；另外，可以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的機(jī)械化與自動(dòng)化，改善農(nóng)民生活質(zhì)量，推動(dòng)新農(nóng)村的建設(shè)與發(fā)展。

圖1 谷物干燥機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1 智能谷物干燥機(jī)工作原理

谷物干燥機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

谷物干燥機(jī)采用西門(mén)子控制器控制,檢測(cè)部分由濕度傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器組成，其他部分由干燥倉(cāng)、鼓風(fēng)機(jī)、傳送帶、傳送機(jī)等組成。

谷物干燥機(jī)工作流程主要分三部分：進(jìn)糧、循環(huán)烘干、排糧。每個(gè)部分的工作具體工作流程如下：

進(jìn)糧：開(kāi)啟糧倉(cāng)烘干機(jī)，系統(tǒng)進(jìn)行自檢，利用壓力傳感器檢測(cè)添加槽中是否有糧食，當(dāng)檢測(cè)到添加槽中糧食沒(méi)有的時(shí)候，提醒工作人員需要對(duì)干燥倉(cāng)添加待烘干的糧食。

循環(huán)烘干：當(dāng)開(kāi)啟糧食烘干，通過(guò)垂直、水平傳送機(jī)，將添加槽中的待烘干糧食送入干燥倉(cāng)，利用鼓風(fēng)機(jī)30℃-40℃的熱風(fēng)對(duì)糧食進(jìn)行風(fēng)干送至傳送帶1，傳送帶1將糧食繼續(xù)送至添加槽中，循環(huán)以上操作。由于對(duì)糧食的烘干溫度不能超過(guò)55℃，所以利用溫度傳感器檢測(cè)干燥倉(cāng)中的溫度，當(dāng)干燥倉(cāng)中溫度超過(guò)45℃時(shí)系統(tǒng)將自動(dòng)關(guān)閉鼓風(fēng)機(jī)，并開(kāi)啟報(bào)警以提醒工作人員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)。

排糧：要求糧食濕度程度為13%～15%，利用濕度傳感器采集待烘干糧食濕度的平均值，當(dāng)濕度的平均值在13%～15%之間時(shí)，關(guān)閉鼓風(fēng)機(jī)、開(kāi)啟出倉(cāng)門(mén)，將糧食通過(guò)出倉(cāng)門(mén)送至傳送帶2進(jìn)行糧食存儲(chǔ)，利用壓力傳感器檢測(cè)添加槽中是否糧食是否全部出倉(cāng)，若還有糧食則繼續(xù)循環(huán)出倉(cāng)，否則將提醒工作人員排糧完成。

谷物干燥機(jī)輸入輸出端口I/O分配表如表1。

表 1控制器I/O分配表

2 智能谷物干燥機(jī)控制器軟件設(shè)計(jì)

打開(kāi)控制器，可以選擇手動(dòng)控制模式或者自動(dòng)控制模式。當(dāng)選擇自動(dòng)控制模式時(shí)，系統(tǒng)流程圖如圖2所示。首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行手動(dòng)添加待烘干的糧食，選擇自動(dòng)模式，按下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)開(kāi)始工作。系統(tǒng)自動(dòng)循環(huán)，溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)干燥倉(cāng)內(nèi)的溫度，當(dāng)溫度超過(guò)45℃時(shí)，系統(tǒng)將關(guān)閉鼓風(fēng)機(jī)，并開(kāi)啟溫度報(bào)警提醒工作人員進(jìn)行檢查。濕度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)糧食濕度的平均值，當(dāng)糧食的濕度滿(mǎn)足要求13～15%時(shí)，此時(shí)停止烘干，開(kāi)始排糧。壓力傳感器對(duì)添加倉(cāng)中的糧食進(jìn)行監(jiān)測(cè)如果排糧已經(jīng)完成，此時(shí)停止排糧控制，系統(tǒng)恢復(fù)初始狀態(tài)，開(kāi)啟完成報(bào)警。

圖2 谷物干燥機(jī)控制器軟件流程圖

3 WinCC網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及SQL數(shù)據(jù)庫(kù)

圖3 WinCC 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)連接示意圖

智能化谷物干燥系統(tǒng)采用WinCC網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)西門(mén)子家族中不同型號(hào)的控制器同時(shí)監(jiān)控并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，其原理連接示意圖如圖3所示。

智能化谷物干燥機(jī)，采用西門(mén)子各種控制器，要求該產(chǎn)品支持以太網(wǎng)通訊。其中每個(gè)系統(tǒng)都包括以下三個(gè)基本畫(huà)面，在線(xiàn)監(jiān)控畫(huà)面、模擬量在線(xiàn)監(jiān)控顯示數(shù)據(jù)曲線(xiàn)及報(bào)警畫(huà)面。

智能化谷物干燥系統(tǒng)WinCC網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在線(xiàn)監(jiān)控畫(huà)面如圖1所示。該工作畫(huà)面用于系統(tǒng)動(dòng)畫(huà)連接，當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)啟時(shí)該動(dòng)畫(huà)系統(tǒng)將進(jìn)入運(yùn)行方式，使得工作人員更加的清晰的了解現(xiàn)場(chǎng)的情況。同時(shí)工作人員還可以在WinCC操作畫(huà)面上對(duì)糧食烘干機(jī)進(jìn)行控制，改變各控制器件的動(dòng)作。

在WinCC網(wǎng)絡(luò)技術(shù)監(jiān)控基礎(chǔ)上，糧食烘干系統(tǒng)可以對(duì)兩路模擬量：溫度模擬量、濕度模擬量進(jìn)行在線(xiàn)監(jiān)控，形成數(shù)據(jù)曲線(xiàn)，形成數(shù)據(jù)庫(kù)為糧食烘干機(jī)的改進(jìn)和提高提供數(shù)據(jù)依據(jù)。在WinCC操作界面數(shù)據(jù)監(jiān)控畫(huà)面如圖4所示。

在WinCC組態(tài)系統(tǒng)中，報(bào)警系統(tǒng)必不可少。如當(dāng)干燥倉(cāng)中溫度值超過(guò)45℃時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，此時(shí)需要將其確認(rèn)才能正常運(yùn)行；當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)完成了整個(gè)烘干的流程則產(chǎn)生報(bào)警提示進(jìn)行下輪烘干。

打開(kāi)控制器，以及wincc監(jiān)控軟件，開(kāi)始系統(tǒng)運(yùn)行。當(dāng)選擇自動(dòng)控制模式時(shí)，只需將待烘干的糧食放入到添加槽中，系統(tǒng)自動(dòng)完成烘干流程。當(dāng)選擇手動(dòng)模式時(shí)，系統(tǒng)處于一個(gè)循環(huán)烘干的狀態(tài)，此時(shí)需要手動(dòng)進(jìn)行停止以及排糧的控制。WinCC監(jiān)控只需切換相應(yīng)的站號(hào)即可進(jìn)行相應(yīng)的工作站的監(jiān)控以及控制。

4 結(jié)束語(yǔ)

智能谷物干燥系統(tǒng)，采用循環(huán)烘干的方式，配以溫度、濕度和壓力等傳感器的監(jiān)測(cè)，保證烘干的產(chǎn)品質(zhì)量。該系統(tǒng)以西門(mén)子控制器為核心，并以WinCC作為平臺(tái)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)多臺(tái)智能谷物干燥機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)控制與監(jiān)測(cè)，可實(shí)現(xiàn)由一臺(tái)OS站對(duì)多臺(tái)不同型號(hào)的PLC同時(shí)進(jìn)行在線(xiàn)監(jiān)控，通過(guò)溫濕度曲線(xiàn)圖了解谷物干燥機(jī)的工作流程，有故障報(bào)警功能，可形成報(bào)表并打印，實(shí)現(xiàn)集中控制管理的功能。

該系統(tǒng)能夠促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的機(jī)械化與自動(dòng)化，使互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)入到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的整體體系中，提高糧食生產(chǎn)的效率，改善農(nóng)民生活質(zhì)量，推動(dòng)新農(nóng)村的建設(shè)與發(fā)展。

[1] 吳峰,胡志超,張會(huì)娟,胡良龍,陳有慶. 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(guó)農(nóng)機(jī)化. 2010(02)

[2] 張吉禮,陸亞俊,劉輝,唐曉健. 谷物干燥過(guò)程參數(shù)在線(xiàn)檢測(cè)與智能預(yù)測(cè)控制[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào). 2003(02)

[3] 朱浪,潘豐. WinCC組態(tài)在均質(zhì)生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控中的應(yīng)用[J].江南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2014(01)

[4] 王文強(qiáng). 基于西門(mén)子PLC以太網(wǎng)模塊與WinCC實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J]. 工業(yè)控制計(jì)算機(jī). 2013(04) [5] 胡惠玉. 基于工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)WinCC與S7 PLC的數(shù)據(jù)傳輸[J]. 裝備制造技術(shù). 2011(11)

高峰（1976--），男，江蘇南京人，講師，研究方向:計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)。

Design of Intelligent Control for Grain Dryer Based on WinCC

Gao Feng,Chen Zhaoyou,Kong Jian,Ni Jiayuan
(Jingling Institute of Technology,Nanjing,211169)

Through temperature sensor,humidity sensor and pressure sensor,intelligent grain drying system can realize dynamic monitoring.The dryer adopts circulation drying ways to ensure delivery of quality products.Through the internet and WinCC，the system with Siemens controller as the core can realize dynamic monitoring multiple dryer,unified management.The system can improve the mechanization and automation of agricultural production,and promote the construction and development of a new countryside.

grain drying;WinCC;Internet;Siemens controller

圖4 溫度、濕度監(jiān)控畫(huà)面

課題:金陵科技學(xué)院電力電子重點(diǎn)學(xué)科