一種智能烘干機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

合肥中科離子醫(yī)學(xué)技術(shù)裝備有限公司 馬林森

該智能烘干機(jī)控制系統(tǒng)主要由上位機(jī)軟件、硬件采集板、MD88模塊、傳感器感知模塊、變頻控制模塊組成，能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)及狀態(tài)顯示、自動控制、故障報(bào)警等功能，適用于水稻、玉米、小麥等作物烘干，可以完成整個烘干過程的智能化操作，無需人工操作。

烘干機(jī)主要用來烘干水稻、玉米、小麥等作物，多用于米廠、糧庫等地方。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的烘干機(jī)基本停留在手動操作階段，自動化程度地，需要有人經(jīng)常觀察現(xiàn)場狀態(tài)，并在現(xiàn)場操作。烘干機(jī)工作現(xiàn)場灰塵非常大，環(huán)境極其惡劣，人工操作不僅長期對身體健康造成很大損害，也嚴(yán)重浪費(fèi)了資源。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的智能烘干機(jī)通過實(shí)時檢測水分、溫度、時間等數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析判斷，自動發(fā)送控制指令，完成整個糧食烘干過程的智能化操作。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本智能烘干機(jī)控制系統(tǒng)包括上位機(jī)軟件、硬件采集板、MD88模塊、傳感器感知模塊、變頻控制模塊，如圖1所示。

圖1 智能烘干機(jī)控制系統(tǒng)總體框圖

上位機(jī)控制軟件通過RS485同硬件模塊進(jìn)行通訊，能夠通過硬件采集板實(shí)時采集糧食水分、溫度、濕度等數(shù)據(jù)，通過MD88模塊和變頻控制模塊對設(shè)備進(jìn)行操作。智能決策控制是通過設(shè)定相應(yīng)參數(shù)及復(fù)雜算法實(shí)現(xiàn)的。

烘干機(jī)的不同高度處都安裝了水分傳感器，用來檢測不同層位的糧食水分和溫度，在進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口位置安裝了溫濕度傳感器，用來檢測溫濕度。通過變頻器來控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和振動電機(jī)頻率，通過MD88模塊來控制提升機(jī)、甩盤等設(shè)備。

在進(jìn)行智能控制前，首先設(shè)定好相關(guān)參數(shù)，然后啟動運(yùn)行按鈕，從進(jìn)糧、滿倉、倒倉到烘干結(jié)束，所有設(shè)備控制都是自動的，無需人工操作。通過判斷最上層水分傳感器的讀數(shù)來判斷是否滿倉，當(dāng)滿倉后，啟動振動電機(jī)和提升機(jī)，隨后啟動甩盤，然后再啟動風(fēng)機(jī)，在不同的烘干階段，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量大小不同，當(dāng)檢測到糧食水分值達(dá)到目標(biāo)水分值時，系統(tǒng)停止所有設(shè)備，烘干過程結(jié)束。在設(shè)備運(yùn)行過程中，系統(tǒng)還具備自我診斷和報(bào)警功能，當(dāng)發(fā)現(xiàn)任何設(shè)備異常或數(shù)據(jù)信息異常都會報(bào)警，并根據(jù)情況來發(fā)出相應(yīng)的操作指令。

2 硬件設(shè)計(jì)

智能烘干機(jī)硬件系統(tǒng)主要由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、硬件采集板、MD88模塊、變頻控制模塊、各類傳感器、各類操作設(shè)備等組成，詳細(xì)硬件組成及數(shù)據(jù)交互關(guān)系如圖2所示。硬件采集板同水分傳感器、進(jìn)風(fēng)口溫濕度傳感器、出風(fēng)口溫濕度傳感器相連，能夠?qū)崟r采集數(shù)據(jù)。MD88模塊同提升機(jī)和甩盤相連，能夠控制設(shè)備運(yùn)行并采集狀態(tài)。變頻控制模塊同風(fēng)機(jī)和振動電機(jī)相連，能夠控制電機(jī)轉(zhuǎn)速并檢測電機(jī)狀態(tài)。硬件采集板、MD88模塊及變頻控制模塊都通過RS485同工業(yè)控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息交互。

硬件采集板處理器采用STM32F407VGT6系列單片機(jī)。水分傳感器采用自主研發(fā)的電容式糧食水分傳感器，能夠采集不同糧食品種的水分和溫度。溫濕度傳感器屬于4-20mA電流信號輸出型傳感器。

圖3 智能烘干機(jī)上位機(jī)軟件主界面

MD88模塊采用標(biāo)準(zhǔn)的modbus通訊協(xié)議，能夠接受上位機(jī)的指令，輸出口外接繼電器，然后再和設(shè)備連接。MD88模塊連接的設(shè)備包括提升機(jī)和甩盤，既能對設(shè)備進(jìn)行開關(guān)操作，又能實(shí)時檢測設(shè)備狀態(tài)。

圖2 智能烘干機(jī)硬件組成及數(shù)據(jù)交互

變頻控制模塊外接風(fēng)機(jī)和振動電機(jī)，通過調(diào)節(jié)輸出頻率來調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，同時能夠檢測電機(jī)的當(dāng)前實(shí)際轉(zhuǎn)速。

3 軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)軟件是在Visual Studio 2008環(huán)境下開發(fā)設(shè)計(jì)的，開發(fā)語言為C#。主要功能包括參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)及狀態(tài)顯示、自動控制、故障報(bào)警等。

參數(shù)設(shè)置部分包括串口參數(shù)、傳感器校準(zhǔn)參數(shù)、自動控制參數(shù)，參數(shù)設(shè)置好后，下一次打開軟件會自動加載上次設(shè)置的參數(shù)。串口參數(shù)設(shè)置好后，確保上位機(jī)軟件和各硬件模塊正確傳輸信息。水分傳感器安裝前需要校準(zhǔn)一下，在使用過程中無需再次校準(zhǔn)。自動控制參數(shù)主要是對目標(biāo)水分值及操作的設(shè)備進(jìn)行設(shè)置。

數(shù)據(jù)及狀態(tài)顯示部分主要包括傳感器數(shù)據(jù)信息、設(shè)備狀態(tài)、烘干進(jìn)度等。傳感器數(shù)據(jù)信息每隔1s更新一次，包括每一層糧食水分及溫度值、進(jìn)風(fēng)口溫濕度值、出風(fēng)口溫濕度值等。設(shè)備狀態(tài)信息包括提升機(jī)、甩盤、風(fēng)機(jī)、振動電機(jī)運(yùn)行或停止?fàn)顟B(tài)，還包括風(fēng)機(jī)和振動電機(jī)運(yùn)行頻率信息。烘干進(jìn)度通過烘干進(jìn)度條來顯示，直觀方便。

自動控制通過自動控制參數(shù)和控制算法實(shí)現(xiàn)，在設(shè)備運(yùn)行前，首先設(shè)定好自動控制參數(shù)，當(dāng)檢測到水分值達(dá)到相應(yīng)條件，會自動發(fā)送設(shè)備開啟或關(guān)閉指令，從開啟到烘干結(jié)束，全程智能化操作，無需人工操作。

故障報(bào)警部分能夠設(shè)定水分或溫濕度的報(bào)警上限閾值或下限閾值，當(dāng)檢測值高于上限閾值或低于下限閾值都會觸發(fā)報(bào)警機(jī)制。除此之外，設(shè)備狀態(tài)異常或通信異常也會觸發(fā)報(bào)警。通過不同的故障碼來區(qū)分故障類型。

軟件主界面如圖3所示。

結(jié)束語：本智能烘干機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，通過軟硬件及傳感器搭建智能化系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)從進(jìn)糧到烘干結(jié)束整個過程的智能化操作，適用于水稻、玉米、小麥等作物烘干，操作簡單方便，大大節(jié)省了人工成本。