种子干燥单元模块化智能控制设计

摘要：目前，随着电子信息技术、自动化控制系统快速发展，可编程控制器（PLC）在生活生产中的应用越来越广泛，尤其是在农业生产的种子干燥环节中，起到至关重要的作用，逐渐成为现代自动化控制系统的重要组成部分。提高种子干燥机的工作效率是保证种子科研院所培育高质量种子所需的重要保障。在干燥领域可通过模块化进行种子干燥提高工作效率，因此本文介绍一种由可编程控制器（PLC）、触摸屏、执行器、传感器配合使用，实现种子干燥的设备自动控制方案。控制方案的应用对干燥领域的发展和农业机械现代化进程的发展具有重要意义。

关键词：可编程控制器（PLC）；种子干燥；模块化

种子是有生命体征的有机体，会呼吸，能新陈代谢，有生长和死亡的过程[1]。水分是种子生存的必需品，但在种子贮存时含水量过高也会破坏其安全贮存环境。谷物干燥是指利用热能将谷物中的水分或其他溶剂去除的过程，最终收获固体成品的技术[2]。培育优质的种子是我国固定面积粮食产量高的重要保障。种子科研机构通常需要多品种种子一起培育种植，进行横向对比，如果多机器干燥需轮流检查，耗费精力。本文所述的种子干燥单元模块通过组合可以使多个品种的种子共用热源、分室干燥，既节省热源又提高效率。

1 种子干燥机控制技术研究现状

目前，种子干燥技术已经广泛应用于玉米、大豆、水稻等粮食作物，干燥环节对于种子的质量有着密切的影响。从20世纪80年代开始，我国引进外国的种子干燥技术，研究其设备的精髓，去除其弊端，设计出适合我国农业的种子干燥机。目前我国已经先后成立了几十家种子干燥机企业。其中代表企业有酒泉奥凯种子机械股份有限公司、江苏十方农业设备有限公司、安徽辰宇机械科技有限公司等。从国外来看，丹麦、美国等国家的种子干燥技术相对先进。目前种子干燥技术逐渐向智能化、高效化、便捷化方向发展[3]。

2 控制系统简介

2.1 控制系统主要功能

种子干燥单元控制系统需要实现以下功能：（1）种

子干燥单元执行机构由触摸屏控制；（2）种子干燥结束自动停机；（3）种子干燥单元风机过热时具有报警功能；（4）在恶劣环境下保证生产能力[4]。

2.2 控制系统的组成

以5HDM-50设备为例，自动控制系统采用昆仑通态触摸屏（TPC7032KT）作为上位机，可编程逻辑控制器DVP12SE11R（PLC）作为信号传递系统，数据采集模块（DVP-04AD-S）读取温湿度传感器（RS-WS-120-2）采集的设备内部温湿度的信息。

2.3 种子干燥单元主要参数

以5HDM-50设备为例，种子干燥单元需要达到的指标如表1所示。

3 硬件的选型

3.1 硬件选型的要求

种子烘干机的硬件选型直接影响设备的经济成本、工作年限、传输效率。因此选型需要结合经济、寿命、效率等多方面因素进行选择。

3.2 硬件型号选择

触摸屏选择昆仑通态触摸屏（TPC7032KT）带有RS485标准和LAN作为通信接口；可编程控制器（PLC）选择台湾台达公司的DVP12SE11R，有3个开关量的输入和8个开关量的输出，因需要控制的部件较多，需扩展一个开关量输出模块DVP08SN11R；设备内部温湿度传感器RS-WS-120-2输出量为4-20ma型故选择DVP-04AD-S为配套数据采集模块[5]。

4 双向通风工作原理

干燥仓是整台设备的核心，进风口处有上下两个进风口，出风口处有上下两出风口，进出风口呈上下对称排布，通过对进出口风门的开启和关闭，可以改变热风在设备内部的走向。双向干燥可以提高降水速率，保证干燥均匀。风门及风向如图1所示。

4.1 风门状态设置

在传统操作模式中，各风门需手动进行开启或关闭，开启或关闭前还需关闭风机或减小风量，耗费人员精力，为此可利用可编程控制器（PLC）控制设备，进出风口用执行元器件代替人力操作。

正常全自动状态下仅需要设置各风门固定的开始和关闭时间即可完成，但是本设备包含手动操作，在手动操作下改变各风门状态后，自动状态根据简单的设置开启关闭无法完成各风门在干燥时的开闭操作，因此需要在编程过程中设置各风门状态，在手/自动状态下改变风门状态时，程序内可以一同改变。在自动干燥状态下，风机开启前应检测各风门状态，风门状态错误的，先改变其状态，所有风门状态正确后开始干燥。

在图1中①～④代表风门，A、B代表风向，A、B进风口处连接风机，负压吸入热风，正压推入干燥室。①、③风门开启，②、④风门关闭，热风由A风向流动；②、④风门开启，①、③风门关闭，热风由B风向流动。

启动时，S20置位，利用M33的一次脉冲，检测当前各风门当前状态。以①号风门为例，开启状态为置位，关闭状态为复位，自动程序内运行时，①号风门先开启，如果①号风门为关闭状态，则M33信号脉冲一次后，M100线圈自锁，Y20为风门执行器开启信号，M100线圈自锁后①号风门开始开启；M1013时钟脉冲为1s脉冲，计数器C10为①号风门全部开启时间，M1013上升沿脉冲次数达到计数器C10触发条件后，

①号风门开启，状态变为置位。③号风门与①号风门原理一致。

以②号风门为例，开启状态为置位，关闭状态为复位，自动程序内运行时，②号风门先关闭，如果②号风门为开启状态，则M33信号脉冲一次后，M106线圈自锁，Y23为②号风门执行器关闭信号，M106线圈自锁后②号风门开始关闭；M1013时钟脉冲为1s脉冲，计数器C11为②号风门全部关闭时间，M1013上升沿脉冲次数达到计数器C11触发条件后，②号风门关闭，状态变为复位，④号风门与②号风门原理一致。各风门状态正确后，置位S21，风机启动，开始干燥。风机启动准备信号如图2所示，①号风门状态设置如图3所示，②号风门状态设置如图4所示。

4.2 风门保护设置

风门运行利用脉冲信号（M1013）计次运行，将当前运行次数利用运行监视常开接点（M1000）实时传入寄存器寄存，风门运行时遇到特殊状况时，如停电等，风门停止运行，再次运行时利用正向运行脉冲一次（M1002），将寄存器内数据传输到计数器内，完成剩余风门开闭动作。

4.3 自动变换风向设置

自动换向干燥时间可以根据干燥需求在触摸屏上手动输入，输入换向时间后，依据输入数据固定时间换向一次。

以A风向换B风向为例，A风向状态为①、③风门开启，②、④风门关闭。换向计时为在自动状态下，风机运行状态中，①、③风门开启，②、④风门关闭，计时器开始计时，当设定时间达到后，首先会向风机发射停止信号，风机完全停止后，其次会向各风门发射检测当前风门状态信号，并将检测信号置位，检测信号程序可以以图3、图4为例，检测信号到达各风门后换向开始，①、③风门关闭，②、④风门开启。风机再次启动信号为，检测信号置位，①、③风门为复位，②、④风门为置位，风机再次启动，并复位检测信号，A风向变换为B风向。B风向变换为A风向同理。换向后风机启动程序图可以以图2为例。

5 干燥程序结束

5.1 湿度差结束

在设备内部上下两出风口处安有温湿度传感器，实时监测设备内部温湿度。上下两传感器湿度差在设定湿度差范围内即可停机，但开始干燥环节上下部湿度会趋于一致，因此在程序内设置上下湿度差保持在设定湿度差内半个小时方可停机。

程序内部编写可利用减法（DSUBR）做上下部湿度差（该差值有正负之分），触摸屏设定湿度差值乘以-1，记录设置湿度差的正负值，比较（DZCP）上下部湿度差值。若上下部湿度差值长时间保持在设定湿度差正负值范围内，向风机发射停止信号，风机停止，烘干结束。

5.2 总时间结束

在干燥过程中为避免热源失效等各种意外情况，需设总停机时间，在风机运行达到总时间后，风机会停止运行，不受湿度差等各种外界因素影响。

程序内部编写：风机启动开始计时，利用计时器（TMR）及计数器（CNT），每60s计数一次，风向换向、风机停止不计时，当达到设定烘干总时间，向风机发射停止信号，越过当前风门运行状态及风机运行状态，程序终止。

5.3 手动结束

无紧急情况需要停机时，按动“急停”按钮会损伤各电器元部件，因此在触摸屏运行界面设置“停止”按钮，停止当前风门和风机运行状态。

6 触摸屏显示及设计

触摸屏组态设计应先确定开机时界面，即主窗口，该界面应简单明了，清楚显示各执行元器件状态，其余操作单元窗口缩小化放入主界面内。以5HDM-50设备触摸屏为例，主界面左侧上方设计一个复位按钮，左侧中间设计手/自动状态，以当前状态覆盖另一种状态显示，左侧下方设计一个启动和一个停止按钮，中间部分为时间信息，设计有干燥总时间、换向时间、上下部湿度差及设定湿度差，各执行元器件状态显示在主界面最右侧，风机运行时，触摸屏风机位置图标旋转，各风门状态改变时，触摸屏风门形状随之改变。自动控制界面设计如图5所示。手动控制界面左侧清楚标注出风门序号，风门旁设计开启按钮和关闭按钮，开启按钮和关闭按钮旁分别设计一个状态显示指示灯，显示当前风门是开启状态还是关闭状态；风机开启按钮和关闭按钮与风门设计位置区分开，单独放置3K6zZ2UmUTj7nwba6+hhLw==，风机状态显示指示灯设计为风机运行时指示灯闪烁，风机停止时指示灯常灭。在手动控制界面左下角设计主窗口缩小化和历史数据，手动控制界面设计如图6所示[6]。

7 结论

目前我国干燥小批量种子的干燥机存在控制系统粗放，自动化水平偏低等问题，严重限制了小批量种子干燥机的干燥效率。本设计以可编程控制器（PLC）为核心控制技术，通过触摸屏实时显示和自动控制，阐述了种子干燥机风门状态设置方式及检测系统自动化水平提高途径，同时针对触摸屏界面设计方针提出了建议。设计在5HDM-50设备中已得到应用，达到了预期控制效果。

参考文献

[1] 陈武东，温海江，孙鹏，等.种子干燥机自控温度装置设计[J].农业科技与装备，2017（1）：38-39.

[2] 陈武东，苏东鹤，刘睿，等.常见智能谷物干燥机控制技术与发展趋势探析[J].农机使用与维修，2023（5）：86-88.

[3] 叶元瑜，刘有明，计福来，等.谷物种子干燥机的现状和发展[J].中国农机化，2003（5）：22-24.

[4] 任嘉宇.种子包衣机PLC控制技术的设计与实验[J].农机使用与维修，2023（5）：23-25.

[5] 郭世杰，黄勋.基于PLC的果蔬干燥机的控制[J].食品工业，2013（34）：151-153.

[6] 马文军，吴多峰，李辉东.基于PLC的果穗干燥仓通风门控制系统的设计与实现[J].农业装备技术，2017（3）：17-19.