糧庫平房倉平推式機械通風窗自動化改造

王 威 孫 強 張繼勇

（1.上海電機學院電氣學院，上海201306；2.上海電機學院電子信息學院，上海201306；3.上海達聯電子科技有限公司，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，儲糧數量多，實際應用中，平房倉的數量占80%以上[2]。

由于糧食在存儲過程中因為外界環境的影響容易發生質變，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，在糧庫中通常設置有多個通風口，用以對糧食通風，降低其內部產生的積熱。通風口大多采用機械通風窗結構[4]，機械通風窗以平推式為主，因為平推式通風窗在開關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，大多數糧庫的通風采用機械通風的技術，在通風管理方式上全靠人力操作。此技術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降溫。近年來，隨著科技的發展，智能糧庫也發展起來，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窗的自動化改造采取的常規做法是用PLC實現的，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、通風窗全開限位開關線路、通風窗全關限位開關線路、接地線。但老式糧庫的機械通風窗所在墻壁內一般僅布有兩條隱藏式電源線路，倘若采用常規的PLC方案，勢必要對糧庫墻壁進行開鑿以埋設線管。倘若對墻體進行開鑿埋管，不但會破壞墻壁內的隔熱層，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，僅借助糧庫已布設的兩條線路，實現了對原有老式糧庫平推式機械通風窗的自動化改造。與常規的PLC方案相比較，本設計不僅能實現對通風窗的自動化控制，而且對糧庫墻壁沒有破壞，同時節約了施工成本。

1 方案的總體設計

通風窗的執行命令來自主控系統，根據通風的目的（排積熱、降溫等）控制通風窗或通風窗和風機的開啟與關閉對糧庫進行通風降溫。其中主控系統通過采集糧堆溫濕度、倉溫、環境溫濕度信息，實現對糧情的實時監控，根據對糧情的監控數據，或根據接收到的操控端工作人員發送的操控命令，把執行命令發送到控制器，然后由控制器開啟通風窗、風機，對糧堆進行降溫。

通風窗的控制系統中只有兩條電源線，窗機狀態采集信號線和控制線共用一條線路。通風窗在執行動作命令前，通過繼電器K1、K2、K3切換到檢測狀態，檢測通風窗此時的狀態（全開、部分開啟、全關），根據此時通風窗的狀態情況，再次通過繼電器K1、K2、K3切換到命令執行狀態，執行通風窗的動作命令。此設計用有限狀態機（FSM，Finite State Machine）分析控制器控制通風窗的狀態及其在事件驅動下的狀態遷移。

FSM沒有出口，入口為上電事件，初始化后進入空閑狀態待命，離開空閑狀態FSM主要有開窗和關窗兩個方向，根據本地/遠程狀態審核開窗/關窗命令。開窗/關窗按鍵觸發時，通風窗根據設定的開窗/關窗全程標準時長進行開窗/關窗，倘若開窗/關窗動作結束后經過檢測發現結果未達到預期目標，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/關窗百分比），開窗/關窗延時即為最大可能時間，超時即停止并報警。倘若通風窗已開/關到位，則控制器拒絕任何開窗/關窗命令。

2 檢測與控制電路設計

通風窗的狀態檢測與狀態控制是由控制器控制光耦繼電器K1、K2、K3的狀態切換從而接通相應電路（檢測、控制）實現的。檢測與控制電路如圖1所示?？刂破鹘邮盏街骺叵到y發出的指令后，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與通風窗的狀態相關聯：電機正轉時把推桿伸出，窗戶關閉；電機反轉時把推桿收回，窗戶開啟。推桿的狀態分別為：全部伸出、部分伸出和全部收回。由推桿狀態對應的通風窗的狀態分別為：全關、部分開啟和全開。

圖1 推桿窗機的控制回路

2.1 檢測

通風窗在執行下一個狀態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口屬于單線發射與接收口，而且推桿電機內部自帶限位開關，當推桿全部伸出或全部收回時，對應的限位開關動作，電機通路會斷開。正向檢測時DI口發出一個高電平，根據此時電路所處的狀態DI口會接收到一個確定的狀態反饋信號：若電路處于開路（即懸空）狀態，則DI口收到的狀態反饋為高電平即DI=“1”，表明此時推桿已完全伸出，通風窗所處的狀態為全關，接下來只能被開啟；若DI處于通路狀態，則DI反饋為低電平即DI=“0”，表明此時推桿未完全伸出，通風窗所處的狀態為部分開啟，接下來可以被開啟，也可以被關閉。同理，反向檢測時DI口也會得到兩種不一樣的狀態反饋：若DI反饋為高電平即DI=“1”，則表明此時推桿已完全收回，通風窗所處的狀態為全開，接下來只能被關閉；若DI反饋為低電平即DI=“0”，表明此時推桿未完全收回，通風窗所處的狀態為部分開啟，接下來可以被開啟，也可以被關閉。

2.2 開窗執行

開窗命令審核通過后，則控制器執行開窗命令（假設P1、P2均是閉合狀態），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，推桿電機反向轉動，通過推桿的收回打開通風窗。

2.3 關窗執行

關窗命令審核通過后，則控制器執行關窗命令（假設P1、P2均是閉合狀態，且風機已停止），接通關窗電路：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，推桿電機正向轉動，通過推桿的伸出關閉通風窗。

關窗流程與開窗流程執行過程相似，但是，關窗流程執行前相較于開窗流程多了關聯排風扇是否關閉的檢測，關窗前須關閉排風扇，否則不執行關窗命令。

3 結語

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