可编程控制器在粮食干燥系统中的应用

2015-05-07于峰夏广岚姜永成

机械工程师 2015年2期

于峰，夏广岚，姜永成

（佳木斯大学机械工程学院，黑龙江佳木斯 154007）

0 引言

我国是世界上最大的粮食生产和消费国家，年产粮食约5亿t。保持储存粮食品质，延长粮食储藏年限是储藏的关键。造成粮食在储藏期间变质的主要因素是霉菌、昆虫等。在储藏期间水分含量过高，粮食的呼吸代谢活动就会增强而发热，而霉菌、有害昆虫也容易生长繁殖，造成粮食霉变和腐败变质。另外，储藏温度和湿度过高也是增加粮食发霉和变质的危险性因素。因此，提高入库质量，降低粮食水分，注意通风，尽量降低储藏的温度和湿度对粮食储藏有着重大意义［1］。

粮食干燥是为减少粮食水分的主要措施，是粮食生产过程的关键环节，同时也是实现粮食生产全程机械化的重要组成部分。发展粮食烘干产业，加速粮食生产全程机械化，最大限度地减少储粮损失，是确保丰产丰收、稳定粮食总量的重要途径，也直接影响粮食的等级、加工质量和食用品质，从而影响到粮农和粮食流通企业的经济效益和人们的生活质量，影响到粮农、粮商的生产经营积极性。

粮食干燥过程的自动控制是实现干燥机优质、高效、低耗、安全作业的有效手段。粮食烘干技术发展很快，以传感器、控制器为核心的自动控制系统已应用于生产。优化的粮食烘干工艺和先进的控制设备提高了生产效率和粮食品质［2］。

1 粮食烘干系统控制量介绍

目前，国内、外粮食烘干系统的共同点是：粮食烘干系统控制系统的下位机都采用单片机或可编程控制器（PLC），其中尤以PLC居多。PLC具有编程简单、使用方便、可靠性高的特点，广泛应用于工业控制领域［3］，但不足之处是人机交互性差。而MCGS组态软件可提供可视化的操作界面，将MCGS与PLC相结合，采用PLC完成现场实时控制，基于MCGS组态软件开发友好界面，则会大大提高系统的可操作性和实时性。本文针对黑龙江省融华机械科技有限公司的粮食干燥系统，采用PLC做为下位机，控制粮食干燥过程，取得了良好的效果［4］。

如图1所示为黑龙江省融华机械有限公司的粮食干燥系统控制系统图。本烘干系统针对目前粮食烘干中，对温度、湿度精确控制的需求，采用温度、湿度一体化的传感器采集各果穗烘干仓的温度和湿度数据，把数据通过总线方式传给上位机，并基于MCGS组态软件开发友好界面，利用PLC内的工艺控制程序完成现场实时控制。系统共有50个传感器，其中2个传感器用来检测主风道的温度、湿度，其余48个传感器每两个分为一组，分别放置于24个果穗烘干仓中，以检测其温度、湿度。

图1 粮食干燥系统控制系统图

粮食干燥系统控制系统的工作过程是：首先，传感器将采集的温度、湿度数据，通过运算放大后，经过RS485/RS232转换器传给上位机，上位机通过编程，发出控制指令，做为PLC的输入信号；PLC依据传来的控制指令，驱动变频器，改变变频器的频率来控制电机的启停，从而控制各仓门的开关，以保证果穗烘干仓的温度和湿度在设定范围内［5］。

2 PLC的选择

目前，常用PLC的型号主要有欧姆龙、西门子、台达等系列，其中台达PLC具有编程简单、容易掌握、功能强大、适应面广、通用性强、控制程序可变、使用方便、可耗低、维护方便、性价比高等特点。在综合考虑性能指标和经济效益的基础上，决定选择台达PLC。按照输入信号和输出信号的数量，依据I/O点数增加10%～20%的可扩展余量后作为输入输出点数估算数据的原则，选择台达DVP-60ES PLC为控制器的下位机［6-7］，如图2所示。

图2 台达DVP-60ES PLC

3 PLC程序的设计

由于各个果穗仓储相对独立，可把每个仓储室和主风道作为一个控制单元分别设计。下面以仓储室1为例说明程序的编写过程。

图3 程序流程图

每个仓储室都有两个温度、湿度传感器，分别放置于仓储室的上方和下方，以便测量仓储室的上方和下方的温度、湿度，再将测定的温度、湿度经过处理传送到上位机，上位机通过编写的控制程序判定其是否超过设定值，如果超过设定值，输出高电平；否则，输出低电平。仓储室1安装有编号为1和2的两个传感器，将数据经过处理传输给上位机，上位机经过判定看其是否溢出设定值，将判断结果输送给PLC的X0和X1，PLC通过编程，输出信号，进而驱动电机动作。据此，编写的程序流程图如图3所示。

按照程序流程图的思路，在Delta WPLSoft的编译环境下利用梯形图编写各个仓储室和主风道的程序，如图4所示；再通过软件带有的转换功能，获取PLC的指令，如图5所示。

图4 梯形图

图5 PLC指令

图6 实验监控面板

图7 参数设定界面

4实验

实验是基于MCGS组态软件环境下进行的，实验监控面板如图6所示，面板底部有24个按钮，每个按钮对应着1个相应的果穗烘干仓，面板上可同时显示2个果穗烘干仓的温度和湿度，图中显示的是1号和2号果穗烘干仓的温度和湿度。果穗烘干仓的温度和湿度设定界面如图7所示，通过PLC的程序指令，得到各果穗烘干仓的温度和湿度，图8是实验中个果穗烘干仓的温度和湿度曲线图，从图中可看出果穗烘干仓中的温度和湿度曲线是直线，其中上面直线显示的是温度值，下面直线显示的是湿度值，可见果穗烘干仓中的温度和湿度是平稳的。