◎ 張力元，朱思雨，張世茹，高 舟

（長(zhǎng)春工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130012）

糧食烘干自動(dòng)控制技術(shù)在日常生活中占據(jù)著重要地位，隨著科技的進(jìn)步，自動(dòng)化機(jī)械逐漸充斥農(nóng)機(jī)市場(chǎng)。近年來(lái)，PLC 在控制能力、硬件成本等各方面的優(yōu)勢(shì)和技術(shù)發(fā)展使其在控制領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。本文采用簡(jiǎn)單方便的PLC 控制技術(shù)控制谷物烘干機(jī)的運(yùn)行，為農(nóng)業(yè)中谷物的生產(chǎn)過(guò)程提供參考。

1 谷物烘干機(jī)的工作流程

1.1 谷物烘干機(jī)的工作原理

谷物烘干機(jī)主要用于小麥、稻谷的干燥，由煤爐、電動(dòng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、電磁閥和傳輸結(jié)構(gòu)等組成。

潮濕谷物由料斗進(jìn)入提升機(jī)，由提升機(jī)將谷物升至倉(cāng)頂，由上絞龍經(jīng)過(guò)緩蘇倉(cāng)到達(dá)干燥倉(cāng)。干燥段分為兩個(gè)熱風(fēng)室、4 個(gè)谷物通道和3 個(gè)廢氣室[1]。其中，谷物通道在熱風(fēng)室和廢氣室之間。經(jīng)過(guò)燃燒機(jī)加熱后，熱空氣在鼓風(fēng)機(jī)的作用下進(jìn)入干燥倉(cāng)熱風(fēng)室，溫度可由電磁閥控制，自下而上的熱風(fēng)與受到自重作用的谷物充分接觸，使谷物溫度提高，同時(shí)帶走大量的水蒸氣使其快速干燥[2]。其中谷物干燥產(chǎn)生的氣體由廢氣室排出。谷物從上至下經(jīng)過(guò)4 個(gè)干燥段后，經(jīng)電容水分在線測(cè)試傳感器檢測(cè)，若谷物濕度未達(dá)要求，則將谷物經(jīng)下絞龍進(jìn)入提升機(jī)升至上絞龍，到達(dá)緩蘇倉(cāng)，緩存?zhèn)}無(wú)熱風(fēng)處理，干燥后保持一定溫度的谷物因表面與內(nèi)部存在溫差，促使谷物水分蒸發(fā)。緩存?zhèn)}內(nèi)谷物由于重力作用進(jìn)入干燥倉(cāng)再次進(jìn)行烘干處理，如此將谷物反復(fù)循環(huán)處理，直至傳感器檢測(cè)合格，谷物濕度達(dá)到要求。谷物檢測(cè)合格后，經(jīng)排糧管將其排出，進(jìn)行打包入庫(kù)處理[3]。谷物烘干機(jī)可機(jī)械化連續(xù)作業(yè)，操作方便，谷物烘干后可直接打包入庫(kù)，溫度、濕度可調(diào)，熱風(fēng)余熱可回收利用，節(jié)約資源[4-5]。

1.2 谷物烘干機(jī)的工藝要求與工作流程

谷物送入料斗后進(jìn)入稱重倉(cāng)，將定量的谷物送入加工倉(cāng)。加工倉(cāng)內(nèi)溫度低于設(shè)定值時(shí)，加熱器與風(fēng)機(jī)開(kāi)啟進(jìn)行烘干，攪拌電機(jī)攪拌以保證烘干速度快且效果均勻。當(dāng)溫度和濕度同時(shí)到達(dá)設(shè)定值，進(jìn)入下一步。進(jìn)行烘干的谷物烘干至溫度與濕度均達(dá)到設(shè)定值后進(jìn)行包裝入庫(kù)。谷物烘干機(jī)主要環(huán)節(jié)工作流程如圖1所示。

圖1 主要環(huán)節(jié)工作流程圖

2 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

PLC 相對(duì)于傳統(tǒng)繼位器具備接線簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，內(nèi)部程序可變，電路無(wú)需大范圍改動(dòng)就能實(shí)現(xiàn)電路的大量控制，因此選用PLC 控制器。本文設(shè)計(jì)的谷物烘干機(jī)具有相對(duì)固定的控制系統(tǒng)功能，采用開(kāi)關(guān)量控制是其主要的控制方式，選用小型PLC 即可滿足其控制需求。依照谷物烘干機(jī)的作業(yè)流程和控制系統(tǒng)I/O 信號(hào)數(shù)量選擇三菱FX5U 作為本系統(tǒng)使用的PLC，輸入輸出信號(hào)分配如表1 所示。

根據(jù)本系統(tǒng)的工藝要求設(shè)定設(shè)備的連接方案為物料進(jìn)入料斗，由料灰斗的振動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，由稱重傳感器檢測(cè)進(jìn)料閥和物料的重量。高振動(dòng)電機(jī)將物料送入供料閥，在處理室（即為此設(shè)計(jì)的干燥裝置）內(nèi)進(jìn)行干燥，然后開(kāi)啟排氣閥和包裝電機(jī)使物料進(jìn)入傳送帶，完成入庫(kù)流程。本設(shè)計(jì)的設(shè)備連接方法如圖2 所示。

圖2 設(shè)備連接方法示意圖

2.2 軟件設(shè)計(jì)

自動(dòng)模式下，判斷料斗是否高于低料位，在低料位以下，等待人工加料至高料位；在低料位以上，則打開(kāi)M1、M2、M3 電機(jī)，料自動(dòng)落入稱重倉(cāng)內(nèi)。稱重傳感器大于設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉M1、M3 電機(jī)。打開(kāi)M4 電機(jī)，料從稱重倉(cāng)內(nèi)落入到加工倉(cāng)中，稱重倉(cāng)數(shù)值為0 后，表明料已經(jīng)全部落入到加工倉(cāng)中，關(guān)閉M2、M4。加工廠開(kāi)始加工，溫度低于設(shè)定值時(shí)，加熱器開(kāi)始加熱，風(fēng)機(jī)一直工作，進(jìn)行烘干，為了實(shí)現(xiàn)烘干速度快且效果均勻，攪拌電機(jī)需要持續(xù)攪拌。當(dāng)溫度和濕度同時(shí)到達(dá)設(shè)定值，停止加熱和烘干，打開(kāi)放料閥，讓料落入包裝袋中。延時(shí)10 s，認(rèn)為料已經(jīng)全部落入包裝袋中，關(guān)閉攪拌電機(jī)和放料閥，延時(shí)3 s后打開(kāi)包裝電機(jī)，進(jìn)行自動(dòng)包裝。接收到包裝電機(jī)完成信號(hào)后，關(guān)閉包裝電機(jī)。同時(shí)傳送電機(jī)運(yùn)行，將包裝袋送入倉(cāng)庫(kù)中。檢測(cè)到包裝袋信號(hào)入庫(kù)信號(hào)后，停止傳送電機(jī)。至此，一批糧食已經(jīng)烘干完成且入庫(kù)。沒(méi)有收到自動(dòng)停止信號(hào)則繼續(xù)從第一步開(kāi)始循環(huán)加工下一批，收到停止信號(hào)則結(jié)束運(yùn)行。手動(dòng)模式下，可進(jìn)行模擬量讀取，根據(jù)當(dāng)時(shí)實(shí)際的使用需求進(jìn)行操作。

谷物烘干機(jī)的核心環(huán)節(jié)為糧食的含水量的測(cè)定與加熱風(fēng)機(jī)的控制。烘干機(jī)在烘干過(guò)程中根據(jù)工藝要求需要對(duì)含水量進(jìn)行間隔測(cè)定，并與給定值對(duì)比。一旦測(cè)定的含水量低于給定值，即可關(guān)閉烘干電機(jī)，打開(kāi)放料閥，進(jìn)入下一環(huán)節(jié)，反之則烘干電機(jī)持續(xù)運(yùn)行直至測(cè)定的含水量低于給定值。本部分主要就溫濕度控制程序與烘干程序進(jìn)行說(shuō)明。

2.2.1 溫濕度控制程序編程

當(dāng)烘干裝置運(yùn)行，溫度降至HMI 溫度設(shè)定值以下時(shí)，加熱器Y4 開(kāi)啟，加熱開(kāi)始，加熱風(fēng)機(jī)Y5 保持運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)行烘干。攪拌電機(jī)Y6 不斷攪拌，提高干燥速度，使效果均勻。溫濕度控制程序見(jiàn)圖3。

圖3 溫濕度控制程序梯形圖

2.2.2 烘干程序編程

烘干部分由常開(kāi)的加熱風(fēng)機(jī)控制，加熱風(fēng)機(jī)Y5在手動(dòng)狀態(tài)下可以進(jìn)行人工開(kāi)閉。烘干程序見(jiàn)圖4。

圖4 烘干程序梯形圖

3 結(jié)語(yǔ)

本文將PLC 技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，介紹了谷物烘干機(jī)的原理與工作流程，選用三菱FX5U 作為控制器對(duì)谷物烘干機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了谷物烘干自動(dòng)與手動(dòng)的全過(guò)程，重點(diǎn)分析了溫濕度控制模塊和烘干模塊。通過(guò)仿真調(diào)試，表明基于PLC 控制的谷物烘干機(jī)操作簡(jiǎn)便、運(yùn)行穩(wěn)定可靠，可以在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中提升效率，具有廣闊的發(fā)展前景。