糧庫平房倉平推式機械通風(fēng)窗自動化改造

王 威 孫 強 張繼勇

（1.上海電機學(xué)院電氣學(xué)院，上海201306；2.上海電機學(xué)院電子信息學(xué)院，上海201306；3.上海達聯(lián)電子科技有限公司，上海200331）

0 引言

糧食儲備庫對我國的糧食安全起著重要的保障作用。在我國，應(yīng)用最廣泛的糧庫類型是高大平房倉[1]，其倉房容積率大，儲糧數(shù)量多，實際應(yīng)用中，平房倉的數(shù)量占80%以上[2]。

由于糧食在存儲過程中因為外界環(huán)境的影響容易發(fā)生質(zhì)變，例如，高溫不但易使存儲的糧食生蟲，而且會加速糧食的新陳代謝，加快糧食的老化[3]。因此，在糧庫中通常設(shè)置有多個通風(fēng)口，用以對糧食通風(fēng)，降低其內(nèi)部產(chǎn)生的積熱。通風(fēng)口大多采用機械通風(fēng)窗結(jié)構(gòu)[4]，機械通風(fēng)窗以平推式為主，因為平推式通風(fēng)窗在開關(guān)窗的操作上十分方便，因此其在平房倉中得到了廣泛使用。目前，在我國的大部分地區(qū)，大多數(shù)糧庫的通風(fēng)采用機械通風(fēng)的技術(shù)，在通風(fēng)管理方式上全靠人力操作。此技術(shù)的缺點是人工勞動強度很大，工作效率偏低，溫度變化時不能做到及時準確的通風(fēng)降溫。近年來，隨著科技的發(fā)展，智能糧庫也發(fā)展起來，各地政府紛紛投入大量資金用于糧庫的智能化改造。

老式糧庫平房倉平推式機械通風(fēng)窗的自動化改造采取的常規(guī)做法是用PLC實現(xiàn)的，該方法包括五條控制路線：電機啟動按鈕線路、電機停止按鈕線路、通風(fēng)窗全開限位開關(guān)線路、通風(fēng)窗全關(guān)限位開關(guān)線路、接地線。但老式糧庫的機械通風(fēng)窗所在墻壁內(nèi)一般僅布有兩條隱藏式電源線路，倘若采用常規(guī)的PLC方案，勢必要對糧庫墻壁進行開鑿以埋設(shè)線管。倘若對墻體進行開鑿埋管，不但會破壞墻壁內(nèi)的隔熱層，影響糧庫的隔熱效果，而且會降低糧庫墻壁的承重力。

綜合考慮之后，本文在不增加控制線路，不破壞原有糧庫墻壁的情況下，僅借助糧庫已布設(shè)的兩條線路，實現(xiàn)了對原有老式糧庫平推式機械通風(fēng)窗的自動化改造。與常規(guī)的PLC方案相比較，本設(shè)計不僅能實現(xiàn)對通風(fēng)窗的自動化控制，而且對糧庫墻壁沒有破壞，同時節(jié)約了施工成本。

1 方案的總體設(shè)計

通風(fēng)窗的執(zhí)行命令來自主控系統(tǒng)，根據(jù)通風(fēng)的目的（排積熱、降溫等）控制通風(fēng)窗或通風(fēng)窗和風(fēng)機的開啟與關(guān)閉對糧庫進行通風(fēng)降溫。其中主控系統(tǒng)通過采集糧堆溫濕度、倉溫、環(huán)境溫濕度信息，實現(xiàn)對糧情的實時監(jiān)控，根據(jù)對糧情的監(jiān)控數(shù)據(jù)，或根據(jù)接收到的操控端工作人員發(fā)送的操控命令，把執(zhí)行命令發(fā)送到控制器，然后由控制器開啟通風(fēng)窗、風(fēng)機，對糧堆進行降溫。

通風(fēng)窗的控制系統(tǒng)中只有兩條電源線，窗機狀態(tài)采集信號線和控制線共用一條線路。通風(fēng)窗在執(zhí)行動作命令前，通過繼電器K1、K2、K3切換到檢測狀態(tài)，檢測通風(fēng)窗此時的狀態(tài)（全開、部分開啟、全關(guān)），根據(jù)此時通風(fēng)窗的狀態(tài)情況，再次通過繼電器K1、K2、K3切換到命令執(zhí)行狀態(tài)，執(zhí)行通風(fēng)窗的動作命令。此設(shè)計用有限狀態(tài)機（FSM，F(xiàn)inite State Machine）分析控制器控制通風(fēng)窗的狀態(tài)及其在事件驅(qū)動下的狀態(tài)遷移。

FSM沒有出口，入口為上電事件，初始化后進入空閑狀態(tài)待命，離開空閑狀態(tài)FSM主要有開窗和關(guān)窗兩個方向，根據(jù)本地/遠程狀態(tài)審核開窗/關(guān)窗命令。開窗/關(guān)窗按鍵觸發(fā)時，通風(fēng)窗根據(jù)設(shè)定的開窗/關(guān)窗全程標準時長進行開窗/關(guān)窗，倘若開窗/關(guān)窗動作結(jié)束后經(jīng)過檢測發(fā)現(xiàn)結(jié)果未達到預(yù)期目標，則啟動輔助延時。輔助延時為全程標準時長的1/N（N=10），總延時不超過標準時長的兩倍（總延時時長為標準時長×開/關(guān)窗百分比），開窗/關(guān)窗延時即為最大可能時間，超時即停止并報警。倘若通風(fēng)窗已開/關(guān)到位，則控制器拒絕任何開窗/關(guān)窗命令。

2 檢測與控制電路設(shè)計

通風(fēng)窗的狀態(tài)檢測與狀態(tài)控制是由控制器控制光耦繼電器K1、K2、K3的狀態(tài)切換從而接通相應(yīng)電路（檢測、控制）實現(xiàn)的。檢測與控制電路如圖1所示?？刂破鹘邮盏街骺叵到y(tǒng)發(fā)出的指令后，首先對推桿電機進行正向和反向檢測，因為推桿電機的狀態(tài)與通風(fēng)窗的狀態(tài)相關(guān)聯(lián)：電機正轉(zhuǎn)時把推桿伸出，窗戶關(guān)閉；電機反轉(zhuǎn)時把推桿收回，窗戶開啟。推桿的狀態(tài)分別為：全部伸出、部分伸出和全部收回。由推桿狀態(tài)對應(yīng)的通風(fēng)窗的狀態(tài)分別為：全關(guān)、部分開啟和全開。

圖1 推桿窗機的控制回路

2.1 檢測

通風(fēng)窗在執(zhí)行下一個狀態(tài)前要進行正向檢測和反向檢測。正向檢測時，控制器的DO口（DO1、DO2、DO3）對光耦繼電器K1、K2、K3發(fā)出動作指令，使K1斷開、K2閉合、K3斷開；反向檢測時，K1斷開、K2斷開、K3閉合。

控制器的DI口屬于單線發(fā)射與接收口，而且推桿電機內(nèi)部自帶限位開關(guān)，當推桿全部伸出或全部收回時，對應(yīng)的限位開關(guān)動作，電機通路會斷開。正向檢測時DI口發(fā)出一個高電平，根據(jù)此時電路所處的狀態(tài)DI口會接收到一個確定的狀態(tài)反饋信號：若電路處于開路（即懸空）狀態(tài)，則DI口收到的狀態(tài)反饋為高電平即DI=“1”，表明此時推桿已完全伸出，通風(fēng)窗所處的狀態(tài)為全關(guān)，接下來只能被開啟；若DI處于通路狀態(tài)，則DI反饋為低電平即DI=“0”，表明此時推桿未完全伸出，通風(fēng)窗所處的狀態(tài)為部分開啟，接下來可以被開啟，也可以被關(guān)閉。同理，反向檢測時DI口也會得到兩種不一樣的狀態(tài)反饋：若DI反饋為高電平即DI=“1”，則表明此時推桿已完全收回，通風(fēng)窗所處的狀態(tài)為全開，接下來只能被關(guān)閉；若DI反饋為低電平即DI=“0”，表明此時推桿未完全收回，通風(fēng)窗所處的狀態(tài)為部分開啟，接下來可以被開啟，也可以被關(guān)閉。

2.2 開窗執(zhí)行

開窗命令審核通過后，則控制器執(zhí)行開窗命令（假設(shè)P1、P2均是閉合狀態(tài)），接通開窗電路：K1閉合、K2斷開、K3閉合，向推桿電機加載反向220 V電壓，電流從P2流向P1，推桿電機反向轉(zhuǎn)動，通過推桿的收回打開通風(fēng)窗。

2.3 關(guān)窗執(zhí)行

關(guān)窗命令審核通過后，則控制器執(zhí)行關(guān)窗命令（假設(shè)P1、P2均是閉合狀態(tài)，且風(fēng)機已停止），接通關(guān)窗電路：K1閉合、K2閉合、K3斷開，向推桿電機加載正向220 V電壓，電流從P1流向P2，推桿電機正向轉(zhuǎn)動，通過推桿的伸出關(guān)閉通風(fēng)窗。

關(guān)窗流程與開窗流程執(zhí)行過程相似，但是，關(guān)窗流程執(zhí)行前相較于開窗流程多了關(guān)聯(lián)排風(fēng)扇是否關(guān)閉的檢測，關(guān)窗前須關(guān)閉排風(fēng)扇，否則不執(zhí)行關(guān)窗命令。

3 結(jié)語

本設(shè)計和改造的自動化通風(fēng)窗已在國家部分地區(qū)的平房倉型糧庫實際應(yīng)用，并得到了使用者的一致認可。改造后的通風(fēng)窗在實際應(yīng)用上解決了機械通風(fēng)窗手動控制的弊端，實現(xiàn)了通風(fēng)窗的自動控制，提高了糧庫智能通風(fēng)系統(tǒng)的自動化水平。本設(shè)計實現(xiàn)了用兩條電源線既可以對通風(fēng)窗進行狀態(tài)檢測又可以進行命令控制的工程應(yīng)用。