種子包衣機(jī)PLC控制技術(shù)的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)

任嘉宇

(黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院佳木斯分院,黑龍江 佳木斯 154004)

0 引言

種子、土壤和水分構(gòu)成作物生長(zhǎng)的3大基本要素,是各類農(nóng)作物生長(zhǎng)的重要載體[1-2]。種子包衣是20世紀(jì)80年代中期研發(fā)的促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收的高新技術(shù),主要是指用種衣劑進(jìn)行種子處理。隨著種子播種后,種子內(nèi)部胚胎的逐漸發(fā)育及幼苗的不斷生長(zhǎng),種衣劑將含有的各種有效成分緩慢地釋放,被種子幼苗逐步吸收到體內(nèi),從而達(dá)到防治苗期病蟲害、促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育、提高作物產(chǎn)量的目的。相關(guān)研究表明,種子包衣后可以實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)9.5%～12.3%[3-5]?？梢詷O大地提高種子的科技含量與商品價(jià)值,對(duì)于提高農(nóng)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。

種子包衣主要有人工包衣和機(jī)械包衣兩種方法。人工包衣勞動(dòng)量較大,不適宜于大面積的農(nóng)業(yè)生產(chǎn),機(jī)械包衣主要是利用種子包衣機(jī)進(jìn)行包衣。由于包衣劑對(duì)人體存在一定的影響,人工進(jìn)行種子包衣后如誤食會(huì)出現(xiàn)種衣中毒等現(xiàn)象。因此,未來(lái)應(yīng)該逐漸加強(qiáng)種子包衣機(jī)自動(dòng)化與智能化,提高種子包衣自動(dòng)化水平[6-7]。

1 種子包衣機(jī)及其控制技術(shù)研究現(xiàn)狀

目前,種子包衣技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于玉米、大豆、棉花、水稻、黃瓜、辣椒等糧食作物與經(jīng)濟(jì)作物中。我國(guó)種子包衣技術(shù)主要是從20世紀(jì)80年代開始引進(jìn)美國(guó)和意大利的種子包衣機(jī),并經(jīng)過(guò)技術(shù)消化、吸收和仿制過(guò)程。我國(guó)已經(jīng)先后成立了超過(guò)30家種子包衣機(jī)生產(chǎn)企業(yè),其中代表企業(yè)包括南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所、中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究院、黑龍江加工機(jī)械研究所和甘肅酒泉奧凱種子加工機(jī)械公司等[8]。

國(guó)外種子包衣機(jī)主要以丹麥、德國(guó)、奧地利、法國(guó)等較為先進(jìn)。目前,種子包衣機(jī)也逐漸向精細(xì)化、智能化和人性化方向發(fā)展。

2 種子包衣機(jī)控制系統(tǒng)基本要求與工藝

2.1 系統(tǒng)主要功能

種子包衣機(jī)控制系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)以下基本功能:1)可以廣泛用于小麥、水稻、玉米和各類蔬菜的農(nóng)作物種子的包衣處理;2)具有良好的人機(jī)交互功能和多種工作模式,可以滿足不同生產(chǎn)需要;3)可以根據(jù)不同的生產(chǎn)率和配藥參數(shù)等自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)參數(shù),可以實(shí)現(xiàn)在線修改功能;4)可以實(shí)現(xiàn)種子包衣與種衣劑的連續(xù)輸送與精準(zhǔn)控制;5)具有報(bào)警功能,可以保障人身安全與良好的作業(yè)效果;6)整機(jī)控制系統(tǒng)具有良好的抗干擾功能。

2.2 主要技術(shù)指標(biāo)

種衣控制系統(tǒng)需要達(dá)到的指標(biāo)如表1所示。

表1 自動(dòng)控制系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)

2.3 種子包衣工藝流程

種子包衣基本工藝流程如圖1所示。

圖1 種子包衣基本流程

3 種子包衣機(jī)基本結(jié)構(gòu)

根據(jù)系統(tǒng)整體要求及種子包衣工藝流程,基于機(jī)械設(shè)計(jì)和電子控制系統(tǒng)。種子包衣系統(tǒng)以PLC為控制中心,選取液態(tài)觸摸屏作為人機(jī)交互系統(tǒng),并結(jié)合相應(yīng)的軟件控制與硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)種子包衣。

整機(jī)控制系統(tǒng)包括控制部分、檢測(cè)系統(tǒng)和被控對(duì)象3個(gè)組成部分。控制部分主要由PLC和變頻器組成。其中PLC主要用于控制整機(jī)正常運(yùn)行、數(shù)據(jù)分析和報(bào)警等功能。變頻器主要用于控制相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu),利用PLC接收的信息,控制供種和供液,實(shí)現(xiàn)種子和包衣劑的定量供給。

用于控制的傳感器包括液流傳感器、料位傳感器等。通過(guò)傳感器接收的信號(hào),為系統(tǒng)運(yùn)行提供決策信息。監(jiān)控部分包括觸摸屏、工作指示燈組成,實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)交流。操作人員可以通過(guò)觸摸屏實(shí)時(shí)監(jiān)控種子包衣機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

被控對(duì)象主要包括種子包衣機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu),如供種機(jī)構(gòu)、供液機(jī)構(gòu)、攪龍機(jī)構(gòu)和甩盤機(jī)構(gòu)等。通過(guò)PLC控制各個(gè)執(zhí)行裝置的運(yùn)行。

4 種子包衣控制系統(tǒng)選型

種子包衣機(jī)整體硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能如下:1)提供系統(tǒng)控制平臺(tái);2)具有良好的人機(jī)交流平臺(tái);3)實(shí)現(xiàn)種子、液流和報(bào)警等各種信號(hào)的監(jiān)測(cè);4)為各個(gè)硬件之間的通信提供接口。

硬件系統(tǒng)主要包括PLC的選型、觸摸屏的選型、變頻器的選型及各種傳感器的選型。

4.1 觸摸屏選型

觸摸屏作為人機(jī)交互的重要界面,可以提高系統(tǒng)運(yùn)行的智能化和穩(wěn)定性。本研究選取SIEMENS-TP170A液晶顯示屏,主要技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2 SIEMENS-TP170A液晶顯示屏主要技術(shù)指標(biāo)

4.2 變頻器選型

變頻器主要用于實(shí)現(xiàn)種子和藥劑之間的定量調(diào)節(jié)與控制,本研究選擇SIEMENS 420。該型號(hào)適用于各種變速驅(qū)動(dòng),主要技術(shù)參數(shù)如表3所示。

表3 SIEMENS 420型變頻器技術(shù)參數(shù)

4.3 液流監(jiān)測(cè)器選型

液流監(jiān)測(cè)器主要適用于監(jiān)測(cè)液流的變化,為系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行和故障發(fā)生提供信號(hào)。由于藥劑流量變化范圍較大,一般在25～250 L·h-1,本研究選取CYG3002型壓力開關(guān)實(shí)現(xiàn)液流監(jiān)測(cè)。主要技術(shù)參數(shù)如表4所示。

表4 CYG3002型壓力開關(guān)主要技術(shù)參數(shù)

5 種子包衣機(jī)控制技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

種子包衣機(jī)是一種廣泛應(yīng)用于種子生產(chǎn)加工的設(shè)備,主要作用是為種子表面包上一層保護(hù)涂層,以提高種子的萌發(fā)率、抗病蟲害能力和耐儲(chǔ)存性能等。隨著種業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展和市場(chǎng)需求的不斷增長(zhǎng),種子包衣機(jī)的控制技術(shù)也在不斷進(jìn)步和創(chuàng)新。

5.1 自動(dòng)化控制技術(shù)

隨著科技的不斷發(fā)展,種子包衣機(jī)越來(lái)越趨向于自動(dòng)化和智能化,控制系統(tǒng)將采用PLC、DSC等自動(dòng)化控制技術(shù),實(shí)現(xiàn)種子包衣機(jī)的自動(dòng)化控制。

5.2 數(shù)字化技術(shù)

種子包衣機(jī)將采用數(shù)字化技術(shù),通過(guò)智能傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度、濕度、粒徑等參數(shù),以便更加精確地控制包衣過(guò)程,提高包衣質(zhì)量。

5.3 節(jié)能環(huán)保技術(shù)

在種子包衣機(jī)的控制技術(shù)方面,節(jié)能環(huán)保也是一個(gè)重要的趨勢(shì)。包括采用高效節(jié)能設(shè)備,優(yōu)化設(shè)備的工作流程,減少能源消耗和廢氣排放等。

5.4 多功能化技術(shù)

種子包衣機(jī)將更加趨向于多功能化,實(shí)現(xiàn)不同類型種子的包衣、覆蓋和涂敷等功能,以適應(yīng)市場(chǎng)需求的不斷變化。

6 結(jié)論

針對(duì)目前我國(guó)種子包衣機(jī)存在控制系統(tǒng)粗放,嚴(yán)重限制了種子包衣效率的提升,為滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)種子的要求,本研究基于PLC為控制核心,系統(tǒng)論述了種子包衣機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成與選型?？梢詫?shí)現(xiàn)精準(zhǔn)包衣和提高包衣質(zhì)量、效率,可以更好地滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)種子的要求,并提出未來(lái)種子包衣機(jī)控制技術(shù)發(fā)展趨勢(shì),研究結(jié)果旨在為推動(dòng)我國(guó)種業(yè)發(fā)展提供理論參考與借鑒。