種子干燥單元模塊化智能控制設計

摘要：目前，隨著電子信息技術、自動化控制系統快速發展，可編程控制器（PLC）在生活生產中的應用越來越廣泛，尤其是在農業生產的種子干燥環節中，起到至關重要的作用，逐漸成為現代自動化控制系統的重要組成部分。提高種子干燥機的工作效率是保證種子科研院所培育高質量種子所需的重要保障。在干燥領域可通過模塊化進行種子干燥提高工作效率，因此本文介紹一種由可編程控制器（PLC）、觸摸屏、執行器、傳感器配合使用，實現種子干燥的設備自動控制方案。控制方案的應用對干燥領域的發展和農業機械現代化進程的發展具有重要意義。

關鍵詞：可編程控制器（PLC）；種子干燥；模塊化

種子是有生命體征的有機體，會呼吸，能新陳代謝，有生長和死亡的過程[1]。水分是種子生存的必需品，但在種子貯存時含水量過高也會破壞其安全貯存環境。谷物干燥是指利用熱能將谷物中的水分或其他溶劑去除的過程，最終收獲固體成品的技術[2]。培育優質的種子是我國固定面積糧食產量高的重要保障。種子科研機構通常需要多品種種子一起培育種植，進行橫向對比，如果多機器干燥需輪流檢查，耗費精力。本文所述的種子干燥單元模塊通過組合可以使多個品種的種子共用熱源、分室干燥，既節省熱源又提高效率。

1 種子干燥機控制技術研究現狀

目前，種子干燥技術已經廣泛應用于玉米、大豆、水稻等糧食作物，干燥環節對于種子的質量有著密切的影響。從20世紀80年代開始，我國引進外國的種子干燥技術，研究其設備的精髓，去除其弊端，設計出適合我國農業的種子干燥機。目前我國已經先后成立了幾十家種子干燥機企業。其中代表企業有酒泉奧凱種子機械股份有限公司、江蘇十方農業設備有限公司、安徽辰宇機械科技有限公司等。從國外來看，丹麥、美國等國家的種子干燥技術相對先進。目前種子干燥技術逐漸向智能化、高效化、便捷化方向發展[3]。

2 控制系統簡介

2.1 控制系統主要功能

種子干燥單元控制系統需要實現以下功能：（1）種

子干燥單元執行機構由觸摸屏控制；（2）種子干燥結束自動停機；（3）種子干燥單元風機過熱時具有報警功能；（4）在惡劣環境下保證生產能力[4]。

2.2 控制系統的組成

以5HDM-50設備為例，自動控制系統采用昆侖通態觸摸屏（TPC7032KT）作為上位機，可編程邏輯控制器DVP12SE11R（PLC）作為信號傳遞系統，數據采集模塊（DVP-04AD-S）讀取溫濕度傳感器（RS-WS-120-2）采集的設備內部溫濕度的信息。

2.3 種子干燥單元主要參數

以5HDM-50設備為例，種子干燥單元需要達到的指標如表1所示。

3 硬件的選型

3.1 硬件選型的要求

種子烘干機的硬件選型直接影響設備的經濟成本、工作年限、傳輸效率。因此選型需要結合經濟、壽命、效率等多方面因素進行選擇。

3.2 硬件型號選擇

觸摸屏選擇昆侖通態觸摸屏（TPC7032KT）帶有RS485標準和LAN作為通信接口；可編程控制器（PLC）選擇臺灣臺達公司的DVP12SE11R，有3個開關量的輸入和8個開關量的輸出，因需要控制的部件較多，需擴展一個開關量輸出模塊DVP08SN11R；設備內部溫濕度傳感器RS-WS-120-2輸出量為4-20ma型故選擇DVP-04AD-S為配套數據采集模塊[5]。

4 雙向通風工作原理

干燥倉是整臺設備的核心，進風口處有上下兩個進風口，出風口處有上下兩出風口，進出風口呈上下對稱排布，通過對進出口風門的開啟和關閉，可以改變熱風在設備內部的走向。雙向干燥可以提高降水速率，保證干燥均勻。風門及風向如圖1所示。

4.1 風門狀態設置

在傳統操作模式中，各風門需手動進行開啟或關閉，開啟或關閉前還需關閉風機或減小風量，耗費人員精力，為此可利用可編程控制器（PLC）控制設備，進出風口用執行元器件代替人力操作。

正常全自動狀態下僅需要設置各風門固定的開始和關閉時間即可完成，但是本設備包含手動操作，在手動操作下改變各風門狀態后，自動狀態根據簡單的設置開啟關閉無法完成各風門在干燥時的開閉操作，因此需要在編程過程中設置各風門狀態，在手/自動狀態下改變風門狀態時，程序內可以一同改變。在自動干燥狀態下，風機開啟前應檢測各風門狀態，風門狀態錯誤的，先改變其狀態，所有風門狀態正確后開始干燥。

在圖1中①～④代表風門，A、B代表風向，A、B進風口處連接風機，負壓吸入熱風，正壓推入干燥室。①、③風門開啟，②、④風門關閉，熱風由A風向流動；②、④風門開啟，①、③風門關閉，熱風由B風向流動。

啟動時，S20置位，利用M33的一次脈沖，檢測當前各風門當前狀態。以①號風門為例，開啟狀態為置位，關閉狀態為復位，自動程序內運行時，①號風門先開啟，如果①號風門為關閉狀態，則M33信號脈沖一次后，M100線圈自鎖，Y20為風門執行器開啟信號，M100線圈自鎖后①號風門開始開啟；M1013時鐘脈沖為1s脈沖，計數器C10為①號風門全部開啟時間，M1013上升沿脈沖次數達到計數器C10觸發條件后，

①號風門開啟，狀態變為置位。③號風門與①號風門原理一致。

以②號風門為例，開啟狀態為置位，關閉狀態為復位，自動程序內運行時，②號風門先關閉，如果②號風門為開啟狀態，則M33信號脈沖一次后，M106線圈自鎖，Y23為②號風門執行器關閉信號，M106線圈自鎖后②號風門開始關閉；M1013時鐘脈沖為1s脈沖，計數器C11為②號風門全部關閉時間，M1013上升沿脈沖次數達到計數器C11觸發條件后，②號風門關閉，狀態變為復位，④號風門與②號風門原理一致。各風門狀態正確后，置位S21，風機啟動，開始干燥。風機啟動準備信號如圖2所示，①號風門狀態設置如圖3所示，②號風門狀態設置如圖4所示。

4.2 風門保護設置

風門運行利用脈沖信號（M1013）計次運行，將當前運行次數利用運行監視常開接點（M1000）實時傳入寄存器寄存，風門運行時遇到特殊狀況時，如停電等，風門停止運行，再次運行時利用正向運行脈沖一次（M1002），將寄存器內數據傳輸到計數器內，完成剩余風門開閉動作。

4.3 自動變換風向設置

自動換向干燥時間可以根據干燥需求在觸摸屏上手動輸入，輸入換向時間后，依據輸入數據固定時間換向一次。

以A風向換B風向為例，A風向狀態為①、③風門開啟，②、④風門關閉。換向計時為在自動狀態下，風機運行狀態中，①、③風門開啟，②、④風門關閉，計時器開始計時，當設定時間達到后，首先會向風機發射停止信號，風機完全停止后，其次會向各風門發射檢測當前風門狀態信號，并將檢測信號置位，檢測信號程序可以以圖3、圖4為例，檢測信號到達各風門后換向開始，①、③風門關閉，②、④風門開啟。風機再次啟動信號為，檢測信號置位，①、③風門為復位，②、④風門為置位，風機再次啟動，并復位檢測信號，A風向變換為B風向。B風向變換為A風向同理。換向后風機啟動程序圖可以以圖2為例。

5 干燥程序結束

5.1 濕度差結束

在設備內部上下兩出風口處安有溫濕度傳感器，實時監測設備內部溫濕度。上下兩傳感器濕度差在設定濕度差范圍內即可停機，但開始干燥環節上下部濕度會趨于一致，因此在程序內設置上下濕度差保持在設定濕度差內半個小時方可停機。

程序內部編寫可利用減法（DSUBR）做上下部濕度差（該差值有正負之分），觸摸屏設定濕度差值乘以-1，記錄設置濕度差的正負值，比較（DZCP）上下部濕度差值。若上下部濕度差值長時間保持在設定濕度差正負值范圍內，向風機發射停止信號，風機停止，烘干結束。

5.2 總時間結束

在干燥過程中為避免熱源失效等各種意外情況，需設總停機時間，在風機運行達到總時間后，風機會停止運行，不受濕度差等各種外界因素影響。

程序內部編寫：風機啟動開始計時，利用計時器（TMR）及計數器（CNT），每60s計數一次，風向換向、風機停止不計時，當達到設定烘干總時間，向風機發射停止信號，越過當前風門運行狀態及風機運行狀態，程序終止。

5.3 手動結束

無緊急情況需要停機時，按動“急停”按鈕會損傷各電器元部件，因此在觸摸屏運行界面設置“停止”按鈕，停止當前風門和風機運行狀態。

6 觸摸屏顯示及設計

觸摸屏組態設計應先確定開機時界面，即主窗口，該界面應簡單明了，清楚顯示各執行元器件狀態，其余操作單元窗口縮小化放入主界面內。以5HDM-50設備觸摸屏為例，主界面左側上方設計一個復位按鈕，左側中間設計手/自動狀態，以當前狀態覆蓋另一種狀態顯示，左側下方設計一個啟動和一個停止按鈕，中間部分為時間信息，設計有干燥總時間、換向時間、上下部濕度差及設定濕度差，各執行元器件狀態顯示在主界面最右側，風機運行時，觸摸屏風機位置圖標旋轉，各風門狀態改變時，觸摸屏風門形狀隨之改變。自動控制界面設計如圖5所示。手動控制界面左側清楚標注出風門序號，風門旁設計開啟按鈕和關閉按鈕，開啟按鈕和關閉按鈕旁分別設計一個狀態顯示指示燈，顯示當前風門是開啟狀態還是關閉狀態；風機開啟按鈕和關閉按鈕與風門設計位置區分開，單獨放置3K6zZ2UmUTj7nwba6+hhLw==，風機狀態顯示指示燈設計為風機運行時指示燈閃爍，風機停止時指示燈常滅。在手動控制界面左下角設計主窗口縮小化和歷史數據，手動控制界面設計如圖6所示[6]。

7 結論

目前我國干燥小批量種子的干燥機存在控制系統粗放，自動化水平偏低等問題，嚴重限制了小批量種子干燥機的干燥效率。本設計以可編程控制器（PLC）為核心控制技術，通過觸摸屏實時顯示和自動控制，闡述了種子干燥機風門狀態設置方式及檢測系統自動化水平提高途徑，同時針對觸摸屏界面設計方針提出了建議。設計在5HDM-50設備中已得到應用，達到了預期控制效果。

參考文獻

[1] 陳武東，溫海江，孫鵬，等.種子干燥機自控溫度裝置設計[J].農業科技與裝備，2017（1）：38-39.

[2] 陳武東，蘇東鶴，劉睿，等.常見智能谷物干燥機控制技術與發展趨勢探析[J].農機使用與維修，2023（5）：86-88.

[3] 葉元瑜，劉有明，計福來，等.谷物種子干燥機的現狀和發展[J].中國農機化，2003（5）：22-24.

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[6] 馬文軍，吳多峰，李輝東.基于PLC的果穗干燥倉通風門控制系統的設計與實現[J].農業裝備技術，2017（3）：17-19.