基于三菱FX5U 系列PLC 控制的糧食烘干系統

◎ 張力元，朱思雨，張世茹，高 舟

（長春工程學院，吉林 長春 130012）

糧食烘干自動控制技術在日常生活中占據著重要地位，隨著科技的進步，自動化機械逐漸充斥農機市場。近年來，PLC 在控制能力、硬件成本等各方面的優勢和技術發展使其在控制領域得到越來越廣泛的應用。本文采用簡單方便的PLC 控制技術控制谷物烘干機的運行，為農業中谷物的生產過程提供參考。

1 谷物烘干機的工作流程

1.1 谷物烘干機的工作原理

谷物烘干機主要用于小麥、稻谷的干燥，由煤爐、電動機、引風機、電磁閥和傳輸結構等組成。

潮濕谷物由料斗進入提升機，由提升機將谷物升至倉頂，由上絞龍經過緩蘇倉到達干燥倉。干燥段分為兩個熱風室、4 個谷物通道和3 個廢氣室[1]。其中，谷物通道在熱風室和廢氣室之間。經過燃燒機加熱后，熱空氣在鼓風機的作用下進入干燥倉熱風室，溫度可由電磁閥控制，自下而上的熱風與受到自重作用的谷物充分接觸，使谷物溫度提高，同時帶走大量的水蒸氣使其快速干燥[2]。其中谷物干燥產生的氣體由廢氣室排出。谷物從上至下經過4 個干燥段后，經電容水分在線測試傳感器檢測，若谷物濕度未達要求，則將谷物經下絞龍進入提升機升至上絞龍，到達緩蘇倉，緩存倉無熱風處理，干燥后保持一定溫度的谷物因表面與內部存在溫差，促使谷物水分蒸發。緩存倉內谷物由于重力作用進入干燥倉再次進行烘干處理，如此將谷物反復循環處理，直至傳感器檢測合格，谷物濕度達到要求。谷物檢測合格后，經排糧管將其排出，進行打包入庫處理[3]。谷物烘干機可機械化連續作業，操作方便，谷物烘干后可直接打包入庫，溫度、濕度可調，熱風余熱可回收利用，節約資源[4-5]。

1.2 谷物烘干機的工藝要求與工作流程

谷物送入料斗后進入稱重倉，將定量的谷物送入加工倉。加工倉內溫度低于設定值時，加熱器與風機開啟進行烘干，攪拌電機攪拌以保證烘干速度快且效果均勻。當溫度和濕度同時到達設定值，進入下一步。進行烘干的谷物烘干至溫度與濕度均達到設定值后進行包裝入庫。谷物烘干機主要環節工作流程如圖1所示。

圖1 主要環節工作流程圖

2 PLC 控制系統設計

2.1 硬件設計

PLC 相對于傳統繼位器具備接線簡單、抗干擾能力強、使用壽命長、響應速度快等優點，內部程序可變，電路無需大范圍改動就能實現電路的大量控制，因此選用PLC 控制器。本文設計的谷物烘干機具有相對固定的控制系統功能，采用開關量控制是其主要的控制方式，選用小型PLC 即可滿足其控制需求。依照谷物烘干機的作業流程和控制系統I/O 信號數量選擇三菱FX5U 作為本系統使用的PLC，輸入輸出信號分配如表1 所示。

根據本系統的工藝要求設定設備的連接方案為物料進入料斗，由料灰斗的振動電機驅動，由稱重傳感器檢測進料閥和物料的重量。高振動電機將物料送入供料閥，在處理室（即為此設計的干燥裝置）內進行干燥，然后開啟排氣閥和包裝電機使物料進入傳送帶，完成入庫流程。本設計的設備連接方法如圖2 所示。

圖2 設備連接方法示意圖

2.2 軟件設計

自動模式下，判斷料斗是否高于低料位，在低料位以下，等待人工加料至高料位；在低料位以上，則打開M1、M2、M3 電機，料自動落入稱重倉內。稱重傳感器大于設定值時，關閉M1、M3 電機。打開M4 電機，料從稱重倉內落入到加工倉中，稱重倉數值為0 后，表明料已經全部落入到加工倉中，關閉M2、M4。加工廠開始加工，溫度低于設定值時，加熱器開始加熱，風機一直工作，進行烘干，為了實現烘干速度快且效果均勻，攪拌電機需要持續攪拌。當溫度和濕度同時到達設定值，停止加熱和烘干，打開放料閥，讓料落入包裝袋中。延時10 s，認為料已經全部落入包裝袋中，關閉攪拌電機和放料閥，延時3 s后打開包裝電機，進行自動包裝。接收到包裝電機完成信號后，關閉包裝電機。同時傳送電機運行，將包裝袋送入倉庫中。檢測到包裝袋信號入庫信號后，停止傳送電機。至此，一批糧食已經烘干完成且入庫。沒有收到自動停止信號則繼續從第一步開始循環加工下一批，收到停止信號則結束運行。手動模式下，可進行模擬量讀取，根據當時實際的使用需求進行操作。

谷物烘干機的核心環節為糧食的含水量的測定與加熱風機的控制。烘干機在烘干過程中根據工藝要求需要對含水量進行間隔測定，并與給定值對比。一旦測定的含水量低于給定值，即可關閉烘干電機，打開放料閥，進入下一環節，反之則烘干電機持續運行直至測定的含水量低于給定值。本部分主要就溫濕度控制程序與烘干程序進行說明。

2.2.1 溫濕度控制程序編程

當烘干裝置運行，溫度降至HMI 溫度設定值以下時，加熱器Y4 開啟，加熱開始，加熱風機Y5 保持運轉，進行烘干。攪拌電機Y6 不斷攪拌，提高干燥速度，使效果均勻。溫濕度控制程序見圖3。

圖3 溫濕度控制程序梯形圖

2.2.2 烘干程序編程

烘干部分由常開的加熱風機控制，加熱風機Y5在手動狀態下可以進行人工開閉。烘干程序見圖4。

圖4 烘干程序梯形圖

3 結語

本文將PLC 技術應用于農業生產，介紹了谷物烘干機的原理與工作流程，選用三菱FX5U 作為控制器對谷物烘干機進行控制，實現了谷物烘干自動與手動的全過程，重點分析了溫濕度控制模塊和烘干模塊。通過仿真調試，表明基于PLC 控制的谷物烘干機操作簡便、運行穩定可靠，可以在實際生產過程中提升效率，具有廣闊的發展前景。