種子包衣機電氣變頻控制系統研究

德州職業技術學院 于春苗

為了提高種子包衣生產質量及作業效率，本文設計了一套變頻控制系統。選取PHILIPS2114型號PLC作為系統核心控制器，利用RS485串行接口與系統其它裝置建立通信連接。PLC下發的作業命令，經過D/A轉換器處理，可供變頻器識別。按照識別程序作業命令，調整喂料電機、混液電機、輸送電機、供液電機作業狀態。測試結果表明，本系統能夠達到種子包衣生產質量及效率標準。

種子包衣是一種種子加工技術，根據種子發芽和生長需求，在其表面裹上一層種衣劑，以此提高種子發芽率，改善種子生長質量。其中，種衣劑需要根據種子的類別、生長環境需求等要求，將生長劑、微肥、農藥按照一定比例混合而成。人工包衣不僅效率低，而且人體容易受到包衣藥劑的毒害。因此，種子機械化包衣成為了主要發展趨勢。目前，大部分種子包衣機自動化作業效率偏低，并且不支持不同類型種子的變頻包衣操控，包衣合格率不足95%。為了改善種子包衣機作業性能，本文提出一種電氣變頻控制系統，通過電氣變頻控制實現不同類型種子包衣自動變頻生產。

1 系統總體設計

本系統將5B-5型種子包衣機作為控制對象，根據玉米、小麥等作物包衣作業需求，設計電氣變頻控制系統，保證包衣機作業生產率不低于4.5t/h-1。本系統選取PLC作為核心控制器，通過D/A轉換器，建立PLC控制器和變頻器之間的連接，根據包衣作業需求不同，調節各個變頻器作業狀態及參數，從而實現自動變頻控制功能。系統總體設計方案如圖1所示。

本系統主要由PLC核心控制器、操作顯示屏、聲光報警器、堵塞傳感器、D/A轉換器、變頻器、料位傳感器、喂料電機、混液電機、輸送電機、供液電機、液壓傳感器等組成。利用核心控制器控制變頻器參數，使得喂料電機、混液電機、輸送電機、供液電機按照種子類別，完成相應包衣操作。與此同時，系統中各類傳感器將采集到的數據返回至PLC，從而掌握包衣機整體作業狀態，如果采集到的數據超過了安全生產限定范圍，則系統發出聲光報警。

2 系統硬件連接及電氣控制

2.1 部分硬件的選取

本系統選取PHILIPS2114型號PLC作為系統核心控制器，該控制器支持多個信號輸出與輸入，利用RS485串行接口與系統其它設備建立通信連接。

系統作業依靠三種傳感器作業提取數據信息，根據返回的檢測結果，實時調節電機驅動命令。其中，料位傳感器位于喂料器的下方，用來檢測喂料期間料所處的位置，該裝置型號為CJA41；為了避免包衣機內部出現堵塞情況，本系統選擇型號為PRL100的堵塞傳感器檢測包衣產物堵塞情況；包衣加工中供液裝置作業狀態的檢測同樣重要，必須保證供液量與種子包衣生產要求相符，此處應用到的供液傳感器為壓力開關控制原理，型號為CYG3002。另外，本系統設計方案為了便于掌握和操控包衣機作業狀態，添加操作顯示屏，型號為LS2223WC。

2.2 電氣控制

本系統利用DAC7631E數模轉換器作為信號識別工具，使得變頻器能夠識別PLC發送的作業信號。其中，采用的通信協議為USS，該協議支持信號接收應答。當變頻器成功接收到控制命令以后，會向PLC返回反饋信號。按照作業命令，控制喂料電機、混液電機、輸送電機、供液電機的啟停和作業頻率，從而實現種子包衣精準操作控制。

（1）喂料電機：在電機的驅動下喂料器開始作業，其內部結構中葉輪的旋轉速度決定了種子包衣處理連續性和包衣效率。因此，本系統根據葉輪旋轉參數，結合種子包衣處理需求，下達作業頻率控制命令。

（2）混液電機：該電機驅動藥液霧化盤、種子拋撒盤，通過調節設備作業參數，使其勻速加工包衣，盡可能降低種子破損率。

（3）輸送電機：通過驅動電機使得攪拌軸得以作業，該項操作主要是將藥液和種子混合到一起，而后向外輸送。這種控制方式，避免種子包衣后在機器中大量堆積，導致內部堵塞。

（4）供液電機：通過驅動計量泵實現藥液輸送。本系統根據種子類別不同，分別設計種衣劑藥液添加量，以定量添加的方式，從存儲箱中將藥液抽入量筒內。

3 系統功能實現

3.1 系統軟件操作程序的植入

本系統采用嵌入式-II作為系統程序開發軟件，該軟件支持信號同步管理，分別在各個時段下達系統作業命令，同一時間向多個電機發送驅動命令。關于處理器命令的編譯，本研究設置了3個函數，采用內嵌匯編語言編寫系統作業程序。考慮到各個底層函數的處理器功能存在一定差異，在本系統開發時，利用關鍵詞聲明。當系統調用此類函數時，系統軟件將自動進入中斷模式，同時調整各項指標參數數值，使得系統能夠按照需求變頻作業。

3.2 電氣控制程序流程

開啟系統作業電源后，自動進入初始化模式，通過設定各項指標作業參數數值，確定種子包衣機中各個裝置作業狀態。按照給定的藥液供給程序命令，對種子進行包衣處理。電氣控制程序流程如圖2所示。

圖2 電氣控制程序流程

圖2中，系統初始化結束后，設定系統作業參數。按照此方案，下達電機作業驅動命令，實現種子和藥液的正確供給，開啟物料混合模式。為了保證包衣質量，對混合生成物質的藥種比進行檢驗，如果與設定值相符，則攪拌這些混合物料，生成包衣物料；反之，返回藥液和種子供給環節，采用變頻控制方法，調節各個裝置作業頻率，直至藥種混合比與設定值相符。

4 系統測試分析

本次測試以大豆、玉米、小麥作為測試作物，選擇種子破損率、生產率、自動清機度、包衣合格率作為測試指標，開展系統性能測試實驗。其中，大豆、玉米、小麥設計生產率依次為4.99t﹒h-1、5.11t﹒h-1、4.97t﹒h-1，要求實際生產率與之差值控制在t﹒h-1之內。另外，系統自動清機度不得低于95%，包衣合格率不得低于97%。如表1所示為系統性能測試結果。

表1 系統性能測試結果

表1中，設計生產率與實際生產率相近，所以本系統設計方案可以滿足種子包衣處理效率需求；同時，本系統支持自動清機功能，清機度在98%以上，該項指標符合系統開發技能標準。另外，本次測試還對系統作業的包衣合格率進行了統計，從而掌握系統整體作業狀況。測試結果顯示，系統包衣合格率在99.0%以上，在誤差允許范圍之內。因此，當前系統的作業精準度也達到了設計標準，該系統可以作為作物包衣處理工具。

總結：本文采用變頻控制技術對傳統的種子包衣機進行優化，設計一套電氣控制系統。該系統支持不同類型種子包衣高精度生產，通過調節藥液和種子供給比例，提升包衣作業精準度。測試結果顯示，該系統清機度高于98%，包衣合格率不低于99.0%，符合系統開發要求。