德州職業(yè)技術學院 于春苗

為了提高種子包衣生產質量及作業(yè)效率，本文設計了一套變頻控制系統(tǒng)。選取PHILIPS2114型號PLC作為系統(tǒng)核心控制器，利用RS485串行接口與系統(tǒng)其它裝置建立通信連接。PLC下發(fā)的作業(yè)命令，經過D/A轉換器處理，可供變頻器識別。按照識別程序作業(yè)命令，調整喂料電機、混液電機、輸送電機、供液電機作業(yè)狀態(tài)。測試結果表明，本系統(tǒng)能夠達到種子包衣生產質量及效率標準。

種子包衣是一種種子加工技術，根據種子發(fā)芽和生長需求，在其表面裹上一層種衣劑，以此提高種子發(fā)芽率，改善種子生長質量。其中，種衣劑需要根據種子的類別、生長環(huán)境需求等要求，將生長劑、微肥、農藥按照一定比例混合而成。人工包衣不僅效率低，而且人體容易受到包衣藥劑的毒害。因此，種子機械化包衣成為了主要發(fā)展趨勢。目前，大部分種子包衣機自動化作業(yè)效率偏低，并且不支持不同類型種子的變頻包衣操控，包衣合格率不足95%。為了改善種子包衣機作業(yè)性能，本文提出一種電氣變頻控制系統(tǒng)，通過電氣變頻控制實現不同類型種子包衣自動變頻生產。

1 系統(tǒng)總體設計

本系統(tǒng)將5B-5型種子包衣機作為控制對象，根據玉米、小麥等作物包衣作業(yè)需求，設計電氣變頻控制系統(tǒng)，保證包衣機作業(yè)生產率不低于4.5t/h-1。本系統(tǒng)選取PLC作為核心控制器，通過D/A轉換器，建立PLC控制器和變頻器之間的連接，根據包衣作業(yè)需求不同，調節(jié)各個變頻器作業(yè)狀態(tài)及參數，從而實現自動變頻控制功能。系統(tǒng)總體設計方案如圖1所示。

本系統(tǒng)主要由PLC核心控制器、操作顯示屏、聲光報警器、堵塞傳感器、D/A轉換器、變頻器、料位傳感器、喂料電機、混液電機、輸送電機、供液電機、液壓傳感器等組成。利用核心控制器控制變頻器參數，使得喂料電機、混液電機、輸送電機、供液電機按照種子類別，完成相應包衣操作。與此同時，系統(tǒng)中各類傳感器將采集到的數據返回至PLC，從而掌握包衣機整體作業(yè)狀態(tài)，如果采集到的數據超過了安全生產限定范圍，則系統(tǒng)發(fā)出聲光報警。

2 系統(tǒng)硬件連接及電氣控制

2.1 部分硬件的選取

本系統(tǒng)選取PHILIPS2114型號PLC作為系統(tǒng)核心控制器，該控制器支持多個信號輸出與輸入，利用RS485串行接口與系統(tǒng)其它設備建立通信連接。

系統(tǒng)作業(yè)依靠三種傳感器作業(yè)提取數據信息，根據返回的檢測結果，實時調節(jié)電機驅動命令。其中，料位傳感器位于喂料器的下方，用來檢測喂料期間料所處的位置，該裝置型號為CJA41；為了避免包衣機內部出現堵塞情況，本系統(tǒng)選擇型號為PRL100的堵塞傳感器檢測包衣產物堵塞情況；包衣加工中供液裝置作業(yè)狀態(tài)的檢測同樣重要，必須保證供液量與種子包衣生產要求相符，此處應用到的供液傳感器為壓力開關控制原理，型號為CYG3002。另外，本系統(tǒng)設計方案為了便于掌握和操控包衣機作業(yè)狀態(tài)，添加操作顯示屏，型號為LS2223WC。

2.2 電氣控制

本系統(tǒng)利用DAC7631E數模轉換器作為信號識別工具，使得變頻器能夠識別PLC發(fā)送的作業(yè)信號。其中，采用的通信協(xié)議為USS，該協(xié)議支持信號接收應答。當變頻器成功接收到控制命令以后，會向PLC返回反饋信號。按照作業(yè)命令，控制喂料電機、混液電機、輸送電機、供液電機的啟停和作業(yè)頻率，從而實現種子包衣精準操作控制。

（1）喂料電機：在電機的驅動下喂料器開始作業(yè)，其內部結構中葉輪的旋轉速度決定了種子包衣處理連續(xù)性和包衣效率。因此，本系統(tǒng)根據葉輪旋轉參數，結合種子包衣處理需求，下達作業(yè)頻率控制命令。

（2）混液電機：該電機驅動藥液霧化盤、種子拋撒盤，通過調節(jié)設備作業(yè)參數，使其勻速加工包衣，盡可能降低種子破損率。

（3）輸送電機：通過驅動電機使得攪拌軸得以作業(yè)，該項操作主要是將藥液和種子混合到一起，而后向外輸送。這種控制方式，避免種子包衣后在機器中大量堆積，導致內部堵塞。

（4）供液電機：通過驅動計量泵實現藥液輸送。本系統(tǒng)根據種子類別不同，分別設計種衣劑藥液添加量，以定量添加的方式，從存儲箱中將藥液抽入量筒內。

3 系統(tǒng)功能實現

3.1 系統(tǒng)軟件操作程序的植入

本系統(tǒng)采用嵌入式-II作為系統(tǒng)程序開發(fā)軟件，該軟件支持信號同步管理，分別在各個時段下達系統(tǒng)作業(yè)命令，同一時間向多個電機發(fā)送驅動命令。關于處理器命令的編譯，本研究設置了3個函數，采用內嵌匯編語言編寫系統(tǒng)作業(yè)程序?？紤]到各個底層函數的處理器功能存在一定差異，在本系統(tǒng)開發(fā)時，利用關鍵詞聲明。當系統(tǒng)調用此類函數時，系統(tǒng)軟件將自動進入中斷模式，同時調整各項指標參數數值，使得系統(tǒng)能夠按照需求變頻作業(yè)。

3.2 電氣控制程序流程

開啟系統(tǒng)作業(yè)電源后，自動進入初始化模式，通過設定各項指標作業(yè)參數數值，確定種子包衣機中各個裝置作業(yè)狀態(tài)。按照給定的藥液供給程序命令，對種子進行包衣處理。電氣控制程序流程如圖2所示。

圖2 電氣控制程序流程

圖2中，系統(tǒng)初始化結束后，設定系統(tǒng)作業(yè)參數。按照此方案，下達電機作業(yè)驅動命令，實現種子和藥液的正確供給，開啟物料混合模式。為了保證包衣質量，對混合生成物質的藥種比進行檢驗，如果與設定值相符，則攪拌這些混合物料，生成包衣物料；反之，返回藥液和種子供給環(huán)節(jié)，采用變頻控制方法，調節(jié)各個裝置作業(yè)頻率，直至藥種混合比與設定值相符。

4 系統(tǒng)測試分析

本次測試以大豆、玉米、小麥作為測試作物，選擇種子破損率、生產率、自動清機度、包衣合格率作為測試指標，開展系統(tǒng)性能測試實驗。其中，大豆、玉米、小麥設計生產率依次為4.99t﹒h-1、5.11t﹒h-1、4.97t﹒h-1，要求實際生產率與之差值控制在t﹒h-1之內。另外，系統(tǒng)自動清機度不得低于95%，包衣合格率不得低于97%。如表1所示為系統(tǒng)性能測試結果。

表1 系統(tǒng)性能測試結果

表1中，設計生產率與實際生產率相近，所以本系統(tǒng)設計方案可以滿足種子包衣處理效率需求；同時，本系統(tǒng)支持自動清機功能，清機度在98%以上，該項指標符合系統(tǒng)開發(fā)技能標準。另外，本次測試還對系統(tǒng)作業(yè)的包衣合格率進行了統(tǒng)計，從而掌握系統(tǒng)整體作業(yè)狀況。測試結果顯示，系統(tǒng)包衣合格率在99.0%以上，在誤差允許范圍之內。因此，當前系統(tǒng)的作業(yè)精準度也達到了設計標準，該系統(tǒng)可以作為作物包衣處理工具。

總結：本文采用變頻控制技術對傳統(tǒng)的種子包衣機進行優(yōu)化，設計一套電氣控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)支持不同類型種子包衣高精度生產，通過調節(jié)藥液和種子供給比例，提升包衣作業(yè)精準度。測試結果顯示，該系統(tǒng)清機度高于98%，包衣合格率不低于99.0%，符合系統(tǒng)開發(fā)要求。