作者簡介 陳濤 (1981-) 男 畢業(yè)于北華大學(xué) 工學(xué)學(xué)士 現(xiàn)就職于北京和利時自動化驅(qū)動技術(shù)有限公司，任職PLC技術(shù)經(jīng)理。豐富的自動控制系統(tǒng)硬件成套、軟件編程及現(xiàn)場調(diào)試工程經(jīng)驗(yàn)，豐富的自動控制系統(tǒng)方案設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，目前從事于PLC技術(shù)支持工作。
陳濤
（北京和利時自動化驅(qū)動技術(shù)有限公司，100176）
摘 要 浸種催芽設(shè)備主要用于水稻浸種、催芽階段使用，水稻浸種、催芽過程種子不出箱也就是當(dāng)某箱完成浸種時，由控制參數(shù)改變將其轉(zhuǎn)換為催芽箱。監(jiān)控系統(tǒng)控制準(zhǔn)備水箱的水溫，工作時根據(jù)浸種、催芽箱的測量溫度參數(shù)采用注水的方法，來完成調(diào)節(jié)浸種、催芽箱內(nèi)溫度。完全實(shí)現(xiàn)浸、催一體化工廠化標(biāo)準(zhǔn)。采用基于和利時公司LM系列PLC的控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)模塊化的工藝流程，人性化的設(shè)計模式，友好的操作界面，并且預(yù)留了網(wǎng)絡(luò)接口，滿足不同工況環(huán)境的使用要求。
關(guān)鍵詞 LM系列PLC；浸種催芽生產(chǎn)線
1 引言
寒地水稻是我國北方地區(qū)大面積種植的作物，寒地水稻的種植技術(shù)日趨成熟。寒地水稻的整個生長過程可粗略的分為兩個階段，即溫室育秧階段、田間生長階段。在溫室育秧階段對水稻的產(chǎn)量有著決定性的影響，農(nóng)業(yè)專家曾經(jīng)說過“秧好8成糧”。寒地水稻育秧階段的重要過程是浸種、催芽。
浸種催芽設(shè)備實(shí)現(xiàn)了水稻浸種催芽的智能化控溫控水，全自動化設(shè)定，科學(xué)嚴(yán)格的保證了水稻種子浸種催芽的所需條件，為水稻芽種生產(chǎn)提供了科技方向。根據(jù)當(dāng)前墾區(qū)水稻標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的需要，為實(shí)現(xiàn)水稻生產(chǎn)全程機(jī)械化，針對水稻浸種、催芽生產(chǎn)過程中機(jī)械化程度低、勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)不規(guī)范等情況，浸種催芽設(shè)備能根據(jù)種子浸種催芽所需的溫度自動調(diào)控，使種子受熱均勻，出芽一致。普通方法浸種需要10—11天時間，催芽需要2—3天，浸種催芽設(shè)備由于科學(xué)調(diào)節(jié)溫度和水量，全程智能化監(jiān)控，可使浸種時間縮短為8天，催芽時間縮短為24小時，大大提高了工作效率。
浸種催芽設(shè)備采用多箱結(jié)構(gòu)，在浸種、催芽兩工藝流程中采取種子不出箱的辦法來完成，也就是當(dāng)某箱完成浸種時，由控制參數(shù)改變將其轉(zhuǎn)換為催芽箱。系統(tǒng)控制準(zhǔn)備水箱的水溫，工作時跟據(jù)浸種、催芽箱的測量溫度參數(shù)采用注水的方法，來完成調(diào)節(jié)浸種、催芽箱內(nèi)溫度。
ì 技術(shù)特點(diǎn)
浸種催芽設(shè)備從技術(shù)上能夠準(zhǔn)確的保證水稻的浸種質(zhì)量。浸種催芽設(shè)備的技術(shù)特點(diǎn)如下：
1、采用智能恒溫控溫儀可實(shí)現(xiàn)控制點(diǎn)及精度可調(diào)，調(diào)整分辨率±0.1℃；
2、采用智能多點(diǎn)測溫保證測量溫度與真實(shí)溫度差不大于±0.5℃；
3、采用PLC智能計算控溫保證控制溫度與真實(shí)溫度差不大于±0.5℃；
4、采用傳感器智能補(bǔ)償技術(shù)是根除儀器及傳感器的離散問題；
5、采用多傳感器測量技術(shù)可做到浸種箱內(nèi)多部位的檢測溫度；
6、采用計算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)部件工作狀態(tài)可預(yù)制；
7、采用玻璃鋼水箱整體保溫克服箱內(nèi)邊緣溫度與內(nèi)部溫度超差及實(shí)現(xiàn)節(jié)能。
2 催芽浸種設(shè)備工藝流程
浸種、催芽前首先啟動調(diào)水工況，此時熱水箱內(nèi)達(dá)到循環(huán)狀態(tài)，箱內(nèi)水充分循環(huán)，使得水溫平均，待用于浸種、催芽時使用。當(dāng)溫度超標(biāo)時啟動冷水箱水與熱水箱水進(jìn)行循環(huán)，使溫度迅速達(dá)到使用要求標(biāo)準(zhǔn)溫度即可。
二、浸種工況
1、調(diào)水：首先通過燃油爐對熱水箱內(nèi)水進(jìn)行加熱，此時需打開加熱循環(huán)泵、燃油鍋爐，達(dá)到熱水箱內(nèi)自循環(huán)狀態(tài)，循環(huán)水泵進(jìn)行工作。直至水溫調(diào)試到浸種所需要的溫度為止。
2、浸種箱注水：水溫達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后，向浸種箱內(nèi)注入所需要的水，此時開啟注水泵和需要注水的浸種箱閥門，達(dá)到上水位時停止注水，待用于水稻浸種時使用。
3、浸種箱溫控：當(dāng)水注入到浸種箱內(nèi)存留時間比較長時，水的熱量就會有一定的消耗。這時啟動浸種催芽箱自身循環(huán)泵、加熱爐，使箱內(nèi)溫度保持在設(shè)定溫度±0.5℃以內(nèi)。
4、浸種結(jié)束：當(dāng)浸種時間到達(dá)預(yù)定時間，農(nóng)業(yè)專家檢測浸種達(dá)到預(yù)期效果，通過排水管道把浸種催芽箱內(nèi)水全部排掉。
三、催芽工況
1、破胸準(zhǔn)備：將熱水箱、冷水箱加滿水以備破胸、催芽時使用。 啟動熱水箱、冷水箱閥門進(jìn)行加水，然后將熱水箱的水預(yù)熱到破胸時所需要的溫度后停止加熱。
2、破胸工況：當(dāng)熱水箱水預(yù)熱到合適溫度時，進(jìn)行注水破胸，開啟注水泵以及所需注水的浸種催芽箱注水閥門，注水到箱體的上水位后停止注水，設(shè)置水在箱體內(nèi)的停留時間，時間達(dá)到后將水回到熱水箱中，啟動回水泵以及所需回水的浸種催芽箱回水閥門，回水到箱體的下水位后停止回水。此后，浸種、催芽箱溫度超標(biāo)時通過啟動自身循環(huán)泵和加熱爐來維持工作。
3、催芽工況：由農(nóng)藝專家檢測種子破胸完畢進(jìn)入催芽狀態(tài)，進(jìn)行注水催芽，開啟注水泵以及所需注水的浸種催芽箱注水閥門，注水到箱體的上水位后停止注水，設(shè)置水在箱體內(nèi)的停留時間，時間達(dá)到后將水回到熱水箱中，啟動回水泵以及所需回水的浸種、催芽箱回水閥門，回水到箱體的下水位后停止回水。此后，浸種催芽箱溫度超標(biāo)時通過啟動自身循環(huán)泵和加熱爐來維持工作，直到催芽結(jié)束。
四、結(jié)束
浸種、催芽工況結(jié)束后通過浸種、催芽箱后面的出水閥把剩余的水排除。待用于下次使用。
3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計
浸種催芽設(shè)備自動監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對各個浸種催芽箱的閥門、水位、溫度控制；鍋爐的閥門、溫度控制；水箱的閥門、溫度、循環(huán)泵控制；工藝數(shù)據(jù)采集（如水內(nèi)PH值檢測）、數(shù)據(jù)通訊及上位監(jiān)控和管理等。
基于“集中管理，分散控制”的模式，數(shù)字化、信息化環(huán)保工程的思想，著眼于企業(yè)“管控一體化”信息系統(tǒng)的建設(shè)，建立一個先進(jìn)、可靠、高效、安全且便于進(jìn)一步擴(kuò)充的集過程控制、監(jiān)視和計算機(jī)調(diào)度管理于一體并且具備良好開放性的監(jiān)控系統(tǒng)，完成對整個工藝過程及全部生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)測與自動控制。我們采用以和利時公司LM系列可編程控制器PLC為現(xiàn)場集控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對各個浸種催芽設(shè)備分控站的自動控制和數(shù)據(jù)采集。
整個系統(tǒng)設(shè)1個中央控制室、8個浸種催芽設(shè)備PLC分控制站。浸種催芽設(shè)備分控站由可編程序控制器（PLC）及觸摸屏組成，對本地浸種催芽設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動控制、數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)傳送。中央控制室、浸種催芽設(shè)備分控站之間的數(shù)據(jù)通訊采用成熟的TCP/IP通訊技術(shù)。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：
PLC系統(tǒng)由LM3109 CPU模塊、LM3403 TCP/IP通訊模塊及LM3223 開關(guān)量輸出模塊組成，同時配置和利時HT6000系列觸摸屏，實(shí)現(xiàn)就地自動控制。
1、LM3109 CPU模塊：集成一體化模塊，自帶40點(diǎn)數(shù)字量I/O，提供24路DC24V輸入/16路繼電器輸出。具有1個RS232和1個RS485通訊接口，支持專有協(xié)議/Modbus RTU協(xié)議/自由協(xié)議。
2、LM3403 以太網(wǎng)擴(kuò)展模塊：通過連接本模塊，使得LM系列PLC作為MODBUS/TCP從站被連接到局域網(wǎng)中 。
3、LM3223 繼電器輸出模塊： 提供16通道繼電器型輸出，額定負(fù)載電壓為DC24V或AC24--220V，輸出開關(guān)容量為2A。
4、采用HT6000系列觸摸屏，尺寸從5.7″到15″可選，集成多路通訊口，內(nèi)部集成配方存儲卡，HT6000系列配方卡為256KB，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、歷史操作記錄、歷史趨勢圖斷電保存等，方便用戶查詢。
以8箱體單爐浸種催芽設(shè)備為例，輸入輸出信號清單如下：
表 4-1 輸入輸出信號清單
|
序號 |
信號類型 |
輸入輸出信號說明 |
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1 |
DI |
貯水箱水位上限 |
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2 |
DI |
貯水箱水位下限 |
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3 |
DI |
1#浸種催芽箱水位上限 |
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4 |
DI |
1#浸種催芽箱水位下限 |
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5 |
DI |
2#浸種催芽箱水位上限 |
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6 |
DI |
2#浸種催芽箱水位下限 |
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7 |
DI |
3#浸種催芽箱水位上限 |
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8 |
DI |
3#浸種催芽箱水位下限 |
|
9 |
DI |
4#浸種催芽箱水位上限 |
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10 |
DI |
4#浸種催芽箱水位下限 |
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11 |
DI |
5#浸種催芽箱水位上限 |
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12 |
DI |
5#浸種催芽箱水位下限 |
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13 |
DI |
6#浸種催芽箱水位上限 |
|
14 |
DI |
6#浸種催芽箱水位下限 |
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15 |
DI |
7#浸種催芽箱水位上限 |
|
16 |
DI |
7#浸種催芽箱水位下限 |
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18 |
DO |
貯水箱循環(huán)泵 |
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19 |
DO |
1#浸種催芽箱循環(huán)泵 |
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20 |
DO |
2#浸種催芽箱循環(huán)泵 |
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21 |
DO |
3#浸種催芽箱循環(huán)泵 |
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22 |
DO |
4#浸種催芽箱循環(huán)泵 |
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23 |
DO |
5#浸種催芽箱循環(huán)泵 |
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24 |
DO |
6#浸種催芽箱循環(huán)泵 |
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25 |
DO |
7#浸種催芽箱循環(huán)泵 |
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26 |
DO |
貯水箱注水泵 |
|
27 |
DO |
1#浸種催芽箱注水閥 |
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28 |
DO |
2#浸種催芽箱注水閥 |
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29 |
DO |
3#浸種催芽箱注水閥 |
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30 |
DO |
4#浸種催芽箱注水閥 |
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31 |
DO |
5#浸種催芽箱注水閥 |
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32 |
DO |
6#浸種催芽箱注水閥 |
|
33 |
DO |
7#浸種催芽箱注水閥 |
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34 |
DO |
貯水箱回水泵 |
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35 |
DO |
1#浸種催芽箱回水閥 |
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36 |
DO |
2#浸種催芽箱回水閥 |
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37 |
DO |
3#浸種催芽箱回水閥 |
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38 |
DO |
4#浸種催芽箱回水閥 |
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39 |
DO |
5#浸種催芽箱回水閥 |
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40 |
DO |
6#浸種催芽箱回水閥 |
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41 |
DO |
7#浸種催芽箱回水閥 |
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42 |
DO |
貯水箱報警 |
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43 |
DO |
1#浸種催芽箱報警 |
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44 |
DO |
2#浸種催芽箱報警 |
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45 |
DO |
3#浸種催芽箱報警 |
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46 |
DO |
4#浸種催芽箱報警 |
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47 |
DO |
5#浸種催芽箱報警 |
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48 |
DO |
6#浸種催芽箱報警 |
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49 |
DO |
7#浸種催芽箱報警 |
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50 |
DO |
貯水箱加熱爐 |
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51 |
DO |
1#浸種催芽箱加熱爐 |
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52 |
DO |
2#浸種催芽箱加熱爐 |
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53 |
DO |
3#浸種催芽箱加熱爐 |
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54 |
DO |
4#浸種催芽箱加熱爐 |
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55 |
DO |
5#浸種催芽箱加熱爐 |
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56 |
DO |
6#浸種催芽箱加熱爐 |
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57 |
DO |
7#浸種催芽箱加熱爐 |
3.3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)
中央控制室與各遠(yuǎn)程PLC控制站之間通過星型結(jié)構(gòu)局域網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。局域網(wǎng)絡(luò)的主要設(shè)備為交換機(jī)或集線器，主要完成PLC與中央控制室數(shù)據(jù)傳輸轉(zhuǎn)發(fā)的任務(wù)。主要設(shè)置的參數(shù)如下：
1、與PLC LM3403模塊TCP通訊接口參數(shù)，包括IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)及輸入、輸出區(qū)大小設(shè)置。
2、中央控制室工控機(jī)完成計算機(jī)IP地址設(shè)置，組態(tài)軟件通訊PLC配置。
3、星型結(jié)構(gòu)局域網(wǎng)。星型網(wǎng)絡(luò)幾乎是Ethernet（以太網(wǎng)）網(wǎng)絡(luò)專用，它是因網(wǎng)絡(luò)中的各工作站節(jié)點(diǎn)設(shè)備通過一個網(wǎng)絡(luò)集中設(shè)備（如集線器或者交換機(jī)）連接在一起，各節(jié)點(diǎn)呈星狀分布而得名。這類網(wǎng)絡(luò)目前用的最多的傳輸介質(zhì)是雙絞線，如常見的五類線、超五類雙絞線等，距離超過100米時，采用光纖通訊。
中央控制室內(nèi)選用研華工業(yè)級計算機(jī)，配備不間斷電源，現(xiàn)實(shí)短時間的掉電保持保護(hù)；提供大屏幕顯示（液晶電視），把計算機(jī)的畫面顯示在大屏幕上，供操作員外的其他人員了解育種進(jìn)程。
上位軟件選用和利時HollyView組態(tài)軟件，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實(shí)時監(jiān)控，提供友好的畫面顯示，具有數(shù)據(jù)報表、數(shù)據(jù)歷史查詢、溫度趨勢曲線、故障報警記錄、遠(yuǎn)程控制管理等功能。大大減少人員的現(xiàn)場操作，實(shí)現(xiàn)工業(yè)級別的全自動監(jiān)控。
配備打印機(jī)設(shè)備，打印歷史記錄，提供數(shù)據(jù)分析的依據(jù)。提供USB接口，對歷史數(shù)據(jù)可以拷貝保存。
可在控制室內(nèi)完成中央控制和現(xiàn)場控制切換，手動控制和自動控制切換，工藝參數(shù)設(shè)定及修正，高級權(quán)限控制等操作。
PLC采集設(shè)備數(shù)據(jù)的方式有兩種：一種是通過I/O點(diǎn)的方式監(jiān)控設(shè)備的閥門、電機(jī)、液位狀態(tài)；另一種是通過RS485通訊的方式采集設(shè)備的多路溫度信號。
浸種催芽過程以溫度為主要參考條件，通過一定的邏輯關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對系列閥門及電機(jī)的控制，科學(xué)嚴(yán)格的保證水稻種子浸種催芽的所需條件。
配置現(xiàn)場級觸摸屏HT6A00T與PLC通訊，顯示設(shè)備實(shí)時數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備就地控制。就地控制獨(dú)立于中央控制室，在中央控制系統(tǒng)故障時，也可單獨(dú)控制設(shè)備。
4 結(jié)束語
基于和利時LM系列PLC可編程控制器的浸種催芽設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了浸種催芽設(shè)備安全、穩(wěn)定運(yùn)行，提高了生產(chǎn)線運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性，大幅度提升了其性能。為墾區(qū)水稻標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)，大大提高了浸種催芽工作效率。
參考文獻(xiàn)
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