可編程控制器在糧食干燥系統中的應用

于峰， 夏廣嵐， 姜永成

（佳木斯大學 機械工程學院，黑龍江 佳木斯 154007）

0 引 言

我國是世界上最大的糧食生產和消費國家，年產糧食約5億t。保持儲存糧食品質，延長糧食儲藏年限是儲藏的關鍵。造成糧食在儲藏期間變質的主要因素是霉菌、昆蟲等。在儲藏期間水分含量過高，糧食的呼吸代謝活動就會增強而發熱，而霉菌、有害昆蟲也容易生長繁殖，造成糧食霉變和腐敗變質。另外，儲藏溫度和濕度過高也是增加糧食發霉和變質的危險性因素。因此，提高入庫質量，降低糧食水分，注意通風，盡量降低儲藏的溫度和濕度對糧食儲藏有著重大意義［1］。

糧食干燥是為減少糧食水分的主要措施，是糧食生產過程的關鍵環節，同時也是實現糧食生產全程機械化的重要組成部分。發展糧食烘干產業，加速糧食生產全程機械化，最大限度地減少儲糧損失，是確保豐產豐收、穩定糧食總量的重要途徑，也直接影響糧食的等級、加工質量和食用品質，從而影響到糧農和糧食流通企業的經濟效益和人們的生活質量，影響到糧農、糧商的生產經營積極性。

糧食干燥過程的自動控制是實現干燥機優質、高效、低耗、安全作業的有效手段。糧食烘干技術發展很快，以傳感器、控制器為核心的自動控制系統已應用于生產。優化的糧食烘干工藝和先進的控制設備提高了生產效率和糧食品質［2］。

1 糧食烘干系統控制量介紹

目前，國內、外糧食烘干系統的共同點是：糧食烘干系統控制系統的下位機都采用單片機或可編程控制器（PLC），其中尤以PLC居多。PLC具有編程簡單、使用方便、可靠性高的特點，廣泛應用于工業控制領域［3］，但不足之處是人機交互性差。而MCGS組態軟件可提供可視化的操作界面，將MCGS與PLC相結合，采用PLC完成現場實時控制，基于MCGS組態軟件開發友好界面，則會大大提高系統的可操作性和實時性。本文針對黑龍江省融華機械科技有限公司的糧食干燥系統，采用PLC做為下位機，控制糧食干燥過程，取得了良好的效果［4］。

如圖1所示為黑龍江省融華機械有限公司的糧食干燥系統控制系統圖。本烘干系統針對目前糧食烘干中，對溫度、濕度精確控制的需求，采用溫度、濕度一體化的傳感器采集各果穗烘干倉的溫度和濕度數據，把數據通過總線方式傳給上位機，并基于MCGS組態軟件開發友好界面，利用PLC內的工藝控制程序完成現場實時控制。系統共有50個傳感器，其中2個傳感器用來檢測主風道的溫度、濕度，其余48個傳感器每兩個分為一組，分別放置于24個果穗烘干倉中，以檢測其溫度、濕度。

圖1 糧食干燥系統控制系統圖

糧食干燥系統控制系統的工作過程是：首先，傳感器將采集的溫度、濕度數據，通過運算放大后，經過RS485/RS232轉換器傳給上位機，上位機通過編程，發出控制指令，做為PLC的輸入信號；PLC依據傳來的控制指令，驅動變頻器，改變變頻器的頻率來控制電機的啟停，從而控制各倉門的開關，以保證果穗烘干倉的溫度和濕度在設定范圍內［5］。

2 PLC的選擇

目前，常用PLC的型號主要有歐姆龍、西門子、臺達等系列，其中臺達PLC具有編程簡單、容易掌握、功能強大、適應面廣、通用性強、控制程序可變、使用方便、可耗低、維護方便、性價比高等特點。在綜合考慮性能指標和經濟效益的基礎上，決定選擇臺達PLC。按照輸入信號和輸出信號的數量，依據I/O點數增加10%～20%的可擴展余量后作為輸入輸出點數估算數據的原則，選擇臺達DVP-60ES PLC為控制器的下位機［6-7］，如圖2所示。

圖2 臺達DVP-60ES PLC

3 PLC程序的設計

由于各個果穗倉儲相對獨立，可把每個倉儲室和主風道作為一個控制單元分別設計。下面以倉儲室1為例說明程序的編寫過程。

圖3 程序流程圖

每個倉儲室都有兩個溫度、濕度傳感器，分別放置于倉儲室的上方和下方，以便測量倉儲室的上方和下方的溫度、濕度，再將測定的溫度、濕度經過處理傳送到上位機，上位機通過編寫的控制程序判定其是否超過設定值，如果超過設定值，輸出高電平；否則，輸出低電平。倉儲室1安裝有編號為1和2的兩個傳感器，將數據經過處理傳輸給上位機，上位機經過判定看其是否溢出設定值，將判斷結果輸送給PLC的X0和X1，PLC通過編程，輸出信號，進而驅動電機動作。據此，編寫的程序流程圖如圖3所示。

按照程序流程圖的思路，在Delta WPLSoft的編譯環境下利用梯形圖編寫各個倉儲室和主風道的程序，如圖4所示；再通過軟件帶有的轉換功能，獲取PLC的指令，如圖5所示。

圖4 梯形圖

圖5 PLC指令

圖6 實驗監控面板

圖7 參數設定界面

4實 驗

實驗是基于MCGS組態軟件環境下進行的，實驗監控面板如圖6所示，面板底部有24個按鈕，每個按鈕對應著1個相應的果穗烘干倉，面板上可同時顯示2個果穗烘干倉的溫度和濕度，圖中顯示的是1號和2號果穗烘干倉的溫度和濕度。果穗烘干倉的溫度和濕度設定界面如圖7所示，通過PLC的程序指令，得到各果穗烘干倉的溫度和濕度，圖8是實驗中個果穗烘干倉的溫度和濕度曲線圖，從圖中可看出果穗烘干倉中的溫度和濕度曲線是直線，其中上面直線顯示的是溫度值，下面直線顯示的是濕度值，可見果穗烘干倉中的溫度和濕度是平穩的。

圖8 溫度和濕度曲線圖

5結 語

將可編程控制器應用到糧食干燥控制過程中，既發揮了可編程控制器編程簡單、工作可靠的特點，又能保證對果穗烘干倉的溫度和濕度的實時監控，能可靠地保證果穗烘干倉適合的溫度和濕度，對于監控和確保糧食干燥過程的平穩運行具有重要的意義。

［1］ 付興利.糧食干燥技術與裝備發展淺析 ［J］.農業裝備技術,2011，37（1）：55-56.

［2］ 龍安.借“雞”孵得“金鳳凰”［J］.湖北農機化，2009（1）：48-50.

［3］ 周美蘭.PLC電氣控制與組態設計［M］.北京：科學出版社，2006.

［4］ 吳峰，胡志超，張會娟，等.基于PLC的糧食烘干機燃油爐控制系統設計與實現［J］.中國農機化，2010（2）：71-73，77.

［5］ 趙學剛，鄭剛，董殿文，等．糧食烘干機過程控制系統的應用研究［J］．糧食加工，2007，32（5）：50-53.

［6］ 楊幫文.最新傳感器實用手冊［M］.北京：人民郵電出版社，2004.

［7］ 姜建芳.西門子S7-300/400PLC工程應用技術［M］.北京：機械工業出版社，2012：362-378.