基于PLC的智能糧食等級初選裝置設計①

宋 玉, 夏銘琦, 楊宇軒, 李瑩瑩, 王子怡, 陳思羽

(佳木斯大學機械工程學院,黑龍江 佳木斯 154007)

0 引 言

糧食分級是智能糧倉建設的一個重要環(huán)節(jié),糧庫的作業(yè)季節(jié)性強,每年夏秋季節(jié)是糧食收購作業(yè)的高峰期。水分、容重檢驗技術相對來說比較成熟,自動檢測后,可以與雜質、破損粒、生霉變粒的計算檢驗結果一起人工錄入存儲設備中進行存儲處理,最終形成檢驗結果報告單,并以此作為被檢糧食定等、定價的依據(jù),但上述檢驗方法檢驗速度慢、時間長、主觀性強。為了加快糧食定等速度,研發(fā)了基于PLC控制的糧食等級初選裝置,針對糧食定等過程中的水分和容重檢測進行系統(tǒng)設計,通過PLC對實驗平臺進行智能控制。本裝置可實現(xiàn)將玉米,稻谷等不同產(chǎn)物水分和容重的智能檢測,并根據(jù)國家糧食標準自動進行初步分級,檢驗員可依據(jù)初步分級結果在進行其他檢驗操作,減少了糧食定等過程的人力物力。

1 糧食等級初選裝置結構設計

整個系統(tǒng)由多個閥門、多個電機、輸糧管道、多個出糧口和稱量斗構成,包括:吸糧裝置、閥門一、閥門二、料斗、緩沖進料口、稱重傳感器、水分檢測箱、出糧口一、出糧口二管道和支撐架等組成,見圖1。

1.1 吸糧裝置

吸糧裝置包括進糧口、輸糧管道、吸糧電動風機。檢測時,進糧口直接插入糧堆,也可通過延長管與運糧車直接連接,對不同深度的糧食進行取樣。吸糧電動風機設置在輸糧管道上,吸糧電動風機的轉軸上有風葉輪,通電后,吸糧電動風機會產(chǎn)生較高的吸力和壓力,在吸力和壓力的作用下,空氣高速排出,而吸糧電動風機前端吸糧部分的空氣不斷地補充風機中的空氣,致使吸糧器內部產(chǎn)生瞬時真空,和外界大氣壓形成負壓差,在此壓差的作用下,吸入糧食。整體裝置體積小,便于攜帶,進糧口可由支撐架支撐在地面上,也對運糧車、糧庫內部糧食直接采集,方便快捷。

1.2 容重檢測

本次設計的糧食等級初選裝置主要由容重檢測和水分檢測兩部分組成,容重檢測裝置結構如圖2所示。測量時,閥門二關閉,閥門一打開,閥門一上部安裝篩網(wǎng),糧食進入料斗前,通過篩網(wǎng)過濾除去大雜質。除雜后的糧食進入料斗,內部安裝的料位計檢測入糧高低,稱重傳感器稱重,超過預先設定高度及重量時報警,控制系統(tǒng)關閉閥門一,停止進糧進行容重檢測。

使用過程中,糧食進入料斗后,料位計檢測糧食高度,達到預警高度系統(tǒng)報警,吸糧裝置停止進糧,閥門一關閉,振動盤振動保證料斗內部糧食緊實和平整。糧食在稱料斗內穩(wěn)定3至5秒后,稱重傳感器檢測糧食重量,稱重完畢后,系統(tǒng)計算四個稱重傳感器的平均值并保存。同時,料位計測量糧層厚度,系統(tǒng)檢測糧層厚度后自動換算出料斗內糧食體積,依據(jù)公式計算出糧食容重,觸摸屏顯示數(shù)據(jù)并保存。計算容重公式如式(1):

γ=m/v

(1)

式(1)中:γ為糧食的容重g/L;m為測定出來糧食的重量g;V為糧食的體積L。

1.出糧口一 2.閥門四 3.閥門二 4.閥門一5.風機(內含電機) 6.料位計 7.稱重傳感器 8.進糧口 9.閥門三 10.電機二 11.水分檢測箱 12.出糧口二 13.料斗 14.緩沖進料口

1閥門二2 振動盤3稱料斗4閥門一5篩網(wǎng)6 料位計7稱重傳感器

1.3 水分檢測

設計的水分檢測裝置主要包括:殼體、電機、第一齒輪、第二齒輪、抽拉板和電容式傳感器。電容式水分檢測箱上部裝有電機,控制內部兩個碾壓輪旋轉,對糧食進行碾壓,電容式傳感器檢測糧食水分并記錄。如果一次性進入糧食過多,電容式水分檢測箱內部出現(xiàn)堵塞,因此在底部設置了可拉伸擋板可以快速排糧,防止發(fā)生堵塞。

檢測時,糧食通過吸糧裝置進入稱料斗,容重檢測完成后,打開料斗下面的閥門二,同時關閉容重檢測部分的出糧口閥門四,保證糧食進入水分檢測裝置,檢測完成后由水分檢測箱的排糧口(出糧口二)排出。本裝置可單獨進行水分檢測也可單獨進行容重檢測。

1電機 2 第一齒輪3第二齒輪4 電容式傳感器 5抽拉板

2 基于PLC的糧食等級初選裝置控制系統(tǒng)設計

2.1 部分PLC程序指令

本次設計需要五個開關閥門,輸入點類型為數(shù)字量輸入,只有0,1兩個狀態(tài)。輸入形式為直流,輸入電流24VDC,5mA。因此,采用臺達DVP系列16ES200R/T控制器,滿足本次設計要求。

首先,M1002為臺達PLC運行標志中啟始正向(RUN的瞬間“On”)脈沖,MOV指令,先定義COM2的一些通訊格式和通訊協(xié)議,COM2只支持一種協(xié)議,就是Modbus協(xié)議,Modbus會有三個通訊模式,COM2用485通訊,所以選用RTU的通訊格式。COM3連接稱重儀表,水分檢測箱,進行數(shù)據(jù)采集。I/O分配表如表1。

表1 I/O分配表

稱重傳感器返回數(shù)據(jù),系統(tǒng)將四個稱重數(shù)據(jù)求和取平均值,將最后得到的糧食重量顯示并保存,程序如圖4所示。

圖4 稱重傳感器

水分檢測指令如下圖5所示。

圖5 水分檢測

根據(jù)公式,經(jīng)過單位換算,計算出容重數(shù)據(jù)。如圖6所示。

圖6 容重計算

系統(tǒng)檢測水分和容重后,進行參數(shù)對比確定糧食初選等級。如圖7所示。

圖7 定等數(shù)據(jù)對比

2.2 控制界面

進入系統(tǒng)顯示控制界面,操作人員可依據(jù)要檢測的糧食選擇不同糧食品種,糧食種類選定后系統(tǒng)依據(jù)選擇的糧食種類自動匹配電機轉速。運行時,若系統(tǒng)出現(xiàn)故障,故障指示燈亮紅燈報警,提醒工作人員發(fā)生故障,所有電機自動關閉。正常運行時,控制界面實時顯示進料高度,若超過極限高度報警燈亮,電機自動關閉。在進行水分和容重檢測時,系統(tǒng)檢測糧食重量及糧食高度后自動換算糧食容重,系統(tǒng)保存水分測量值并依據(jù)國家標準自動顯示糧食初選等級,同時水分和容重也直接顯示在觸摸屏上。糧食等級初選裝置控制界面如圖8所示。

圖8 糧食等級初選裝置控制界面

3 結 論

針對糧食定等過程中的水分檢測和容重進行系統(tǒng)設計,通過PLC對控制系統(tǒng)進行智能控制。通過本平臺可實現(xiàn)不同糧種的水分和容重的智能檢測,系統(tǒng)依據(jù)對應標準對糧食等級進行初步判定。利用MCGS組態(tài)界面,調整各個按鈕所對應實現(xiàn)的功能、電機啟停和閥門開關。調試后通過觸摸屏能夠控制整個系統(tǒng)流程以及顯示糧食水分、容重、初選等級等信息。本裝置可以適用于不同品種糧食的水分和容重的檢測,只需根據(jù)糧食品種在操作界面上進行選擇,系統(tǒng)自動進行水分和容重檢測,實現(xiàn)了糧食等級的初選,緩解了收購中存在糧食定等時間長、效率低的問題,為提高糧食收購自動化水平提供了重要的依據(jù)。