范灼航，楊敬君，劉躍華，陳俊宏，李康潤(rùn)

(廣東省儲(chǔ)備糧管理總公司東莞直屬庫(kù)，廣東 東莞 523000)

糧食倉(cāng)儲(chǔ)行業(yè)肩負(fù)著保障國(guó)家糧食安全，履行實(shí)施國(guó)家糧食安全戰(zhàn)略的神圣職責(zé)，安全儲(chǔ)糧是糧食保管企業(yè)貫徹落實(shí)國(guó)家糧食安全戰(zhàn)略、守住管好“天下糧倉(cāng)”的重要任務(wù)。糧食檢化驗(yàn)工作則是落實(shí)上述任務(wù)的重要一環(huán)，一批糧食檢化驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確與否取決于糧食樣品是否真實(shí)且具有代表性。因此，在糧倉(cāng)中扦取一個(gè)具有代表性的樣品是糧食檢驗(yàn)過(guò)程中比較重要的環(huán)節(jié)[1-2]。

傳統(tǒng)扦樣作業(yè)時(shí)，扦樣深度的計(jì)算都是通過(guò)人為計(jì)算壓入扦樣管的數(shù)量并換算所得，整個(gè)過(guò)程存在扦樣人員錯(cuò)誤計(jì)算的問(wèn)題，導(dǎo)致樣品實(shí)際深度模糊不真實(shí)、不具有代表性。為此，以PLC為主控制器，第一代半自動(dòng)氣動(dòng)扦樣管壓拔裝置為基礎(chǔ)，結(jié)合RS485通訊技術(shù)，設(shè)計(jì)了基于編碼器測(cè)距的深度計(jì)算模塊及顯示模塊，可直觀顯示扦樣管壓入的深度，有效減少糧食深層扦樣過(guò)程中人為計(jì)算扦樣深度的錯(cuò)誤，提高糧食深層扦樣過(guò)程中樣品的準(zhǔn)確性[3-4]。

1 半自動(dòng)氣動(dòng)扦樣器的工作原理

半自動(dòng)氣動(dòng)扦樣器的機(jī)械結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

1.控制電箱；2.數(shù)碼管顯示屏；3.操作按鈕；4.拉線式編碼器；5.扦樣管；6.旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)；7.急停開(kāi)關(guān)；8.夾手

拉線式編碼器安裝在壓拔氣缸平臺(tái)上，拉線末端安裝在夾手平臺(tái)，由此可以得到壓拔氣缸的運(yùn)動(dòng)行程并結(jié)合輔助繼電器進(jìn)行累加累減的運(yùn)算，以得到扦樣管壓入的深度[5]。

半自動(dòng)氣動(dòng)扦樣器的工作流程見(jiàn)圖2。

圖2 半自動(dòng)氣動(dòng)扦樣器工作流程圖

系統(tǒng)上電后，深度計(jì)算、深度顯示程序獨(dú)立運(yùn)行，PLC發(fā)送命令到數(shù)碼管顯示屏顯示深度，通過(guò)旋鈕選擇工作模式。①手動(dòng)模式：在手動(dòng)模式下可通過(guò)對(duì)應(yīng)按鈕控制夾手的上升、下降、夾緊或松開(kāi)；②自插模式：在自插模式下，按“一鍵啟動(dòng)”按鈕，扦樣管的夾頭會(huì)自動(dòng)定位扦樣管的最高位置，進(jìn)行“定位→夾緊→插入→松開(kāi)→定位”的循環(huán)動(dòng)作，至最后一次檢測(cè)開(kāi)關(guān)無(wú)法檢測(cè)到扦樣管后停止循環(huán)；③自拔模式:進(jìn)入自拔模式時(shí)，夾手下降至下限位，夾手夾緊，“自拔程序”初始狀態(tài)完成，按“一鍵啟動(dòng)”按鈕，扦樣器夾手上升做“拔管”動(dòng)作至上限位后，夾手松開(kāi)，復(fù)位至下限位并夾緊夾手，完成一次循環(huán)[6]。

2 深度計(jì)算、顯示模塊搭建

2.1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

PLC是半自動(dòng)氣動(dòng)扦樣器電氣控制系統(tǒng)的核心，扦樣器的動(dòng)作通過(guò)氣缸電磁閥直接和PLC的輸出端相連，控制傳輸信號(hào)采用按鈕、位置開(kāi)關(guān)等直接和PLC輸入端相連，控制性能穩(wěn)定可靠。該控制系統(tǒng)原需13個(gè)輸入點(diǎn)和3個(gè)輸出點(diǎn)?，F(xiàn)為滿足深度計(jì)算及顯示模塊的需要，增加2個(gè)輸入點(diǎn)(編碼器A相、清除累計(jì))及一路485串行端口，考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性，故選用了MS-YFL3U PLC控制器，其不僅支持FX-3U系列PLC的大部分功能指令，且內(nèi)部自帶RS485串行輸出，無(wú)需另增RS485模塊[7-8]。控制系統(tǒng)的PLC控制器輸入、輸出和串行端口的分配如表1所示。

表1 PLC控制器輸入輸出端口分配表

2.2 深度計(jì)算模塊的軟件設(shè)計(jì)

深層扦樣的深度計(jì)算可以通過(guò)累加、累減氣缸的動(dòng)作行程實(shí)現(xiàn)，因此選用了10脈沖/1 mm拉線式位移傳感器，支持A、B、Z相位輸出，精度0.1 mm，測(cè)量行程0～200 cm。拉線式編碼器測(cè)出壓拔氣缸行程后，再結(jié)合輔助繼電器，判斷累加或者累減所得，其設(shè)計(jì)思路如圖3所示。

圖3 深度計(jì)算程序設(shè)計(jì)思路圖

系統(tǒng)上電后，判斷夾手是否夾緊，當(dāng)夾手夾緊了，清除高速計(jì)數(shù)器C235的計(jì)數(shù)，C235為X0的高速計(jì)數(shù)器，即為編碼器A相的脈沖數(shù)，若此時(shí)夾手上升，即判定為開(kāi)始拔出扦樣管，則將此時(shí)的深度與換算所得的壓拔氣缸動(dòng)作行程進(jìn)行累減，若此時(shí)夾手下降，即判定為開(kāi)始?jí)喝肭庸埽瑒t將此時(shí)的深度與換算所得的壓拔氣缸動(dòng)作行程進(jìn)行累加。其部分深度計(jì)算程序如圖4所示。

圖4 深度計(jì)算部分程序圖

系統(tǒng)上電后，當(dāng)夾手夾緊時(shí)(即Y006輸出)，把高速計(jì)數(shù)器C235的計(jì)數(shù)復(fù)制到數(shù)據(jù)寄存器D250，D250通過(guò)FLT指令由整型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)然后存入D252中，D252中的數(shù)據(jù)除以100并存入D260中，拉線式編碼器的脈沖距離比為10脈沖/1 mm，即D260中的數(shù)為當(dāng)前壓拔氣缸的動(dòng)作行程且單位為cm，這部分程序完成了編碼器的脈沖數(shù)與壓拔氣缸的動(dòng)作行程的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。當(dāng)扦樣器處于壓入扦樣管狀態(tài)時(shí)，會(huì)對(duì)備份深度D270與動(dòng)作行程D260進(jìn)行累加處理，當(dāng)扦樣器處于拔出扦樣管狀態(tài)時(shí)，會(huì)對(duì)備份深度D270與動(dòng)作行程D260進(jìn)行累減處理。

2.3 深度顯示軟件設(shè)計(jì)

深度顯示可通過(guò)數(shù)碼管顯示屏實(shí)現(xiàn)，采用了RS485數(shù)碼管顯示屏，支持ASCII協(xié)議，其通訊協(xié)議及串口參數(shù)如表2所示。

表2 RS485數(shù)碼管顯示屏通訊協(xié)議及串口參數(shù)

D8400為這款PLC的特殊寄存器，其功能是定義PLC的通訊格式，實(shí)現(xiàn)與外圍設(shè)備通訊[9]。根據(jù)數(shù)碼管顯示屏的串口參數(shù)設(shè)置PLC的通訊格式，即將H1081寫(xiě)入寄存器D8400。所選PLC的通訊格式設(shè)置功能如表3所示。

表3 D8400的設(shè)置功能表

深度顯示程序是將深度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，再通過(guò)RS485通訊發(fā)送至數(shù)碼管顯示屏進(jìn)行顯示，其設(shè)計(jì)思路如圖5所示。

圖5 深度顯示設(shè)計(jì)思路圖

系統(tǒng)上電后，以實(shí)時(shí)深度為12.45 m為例，將實(shí)時(shí)深度數(shù)據(jù)寄存器D272的數(shù)由浮點(diǎn)型轉(zhuǎn)化為整型并存入D302，比較D302與100的大小，此時(shí)D302大于100，對(duì)D302的數(shù)據(jù)做翻譯處理后，通過(guò)RS指令發(fā)送D200-D205數(shù)據(jù)到數(shù)碼管顯示屏，其內(nèi)容為“$001,12.45#”的ASCII碼，數(shù)碼管顯示屏顯示12.45，單位為m。

3 應(yīng)用試驗(yàn)結(jié)果

完成扦樣器改造后，我們進(jìn)行了多倉(cāng)多次扦樣試驗(yàn)，這里以最具代表性的玉米倉(cāng)為例，以壓入的第一根扦樣管與糧面相平作為開(kāi)始，在扦樣管完全壓入糧堆后記錄扦樣管管數(shù)及數(shù)碼管顯示屏顯示的深度，所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4所示，當(dāng)扦樣深度小于11 m時(shí)，扦樣管能不打滑地壓入，在這0～11 m的深度區(qū)間內(nèi)誤差不超過(guò)0.8%，當(dāng)扦樣深度超過(guò)11 m時(shí)，扦樣管壓入壓力增大，出現(xiàn)少許打滑的情況，誤差也隨之增大，但在整個(gè)扦樣過(guò)程中誤差最大不超過(guò)1.5%。

表4 倉(cāng)內(nèi)扦樣試驗(yàn)數(shù)據(jù)