范灼航，楊敬君，劉躍華，陳俊宏，李康潤

(廣東省儲備糧管理總公司東莞直屬庫，廣東 東莞 523000)

糧食倉儲行業(yè)肩負著保障國家糧食安全，履行實施國家糧食安全戰(zhàn)略的神圣職責，安全儲糧是糧食保管企業(yè)貫徹落實國家糧食安全戰(zhàn)略、守住管好“天下糧倉”的重要任務(wù)。糧食檢化驗工作則是落實上述任務(wù)的重要一環(huán)，一批糧食檢化驗數(shù)據(jù)的準確與否取決于糧食樣品是否真實且具有代表性。因此，在糧倉中扦取一個具有代表性的樣品是糧食檢驗過程中比較重要的環(huán)節(jié)[1-2]。

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

1 半自動氣動扦樣器的工作原理

半自動氣動扦樣器的機械結(jié)構(gòu)見圖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)開關(guān)；7.急停開關(guān)；8.夾手

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

半自動氣動扦樣器的工作流程見圖2。

圖2 半自動氣動扦樣器工作流程圖

系統(tǒng)上電后，深度計算、深度顯示程序獨立運行，PLC發(fā)送命令到數(shù)碼管顯示屏顯示深度，通過旋鈕選擇工作模式。①手動模式：在手動模式下可通過對應(yīng)按鈕控制夾手的上升、下降、夾緊或松開；②自插模式：在自插模式下，按“一鍵啟動”按鈕，扦樣管的夾頭會自動定位扦樣管的最高位置，進行“定位→夾緊→插入→松開→定位”的循環(huán)動作，至最后一次檢測開關(guān)無法檢測到扦樣管后停止循環(huán)；③自拔模式:進入自拔模式時，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”按鈕，扦樣器夾手上升做“拔管”動作至上限位后，夾手松開，復(fù)位至下限位并夾緊夾手，完成一次循環(huán)[6]。

2 深度計算、顯示模塊搭建

2.1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

PLC是半自動氣動扦樣器電氣控制系統(tǒng)的核心，扦樣器的動作通過氣缸電磁閥直接和PLC的輸出端相連，控制傳輸信號采用按鈕、位置開關(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個輸入點和3個輸出點?，F(xiàn)為滿足深度計算及顯示模塊的需要，增加2個輸入點(編碼器A相、清除累計)及一路485串行端口，考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可擴展性，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，無需另增RS485模塊[7-8]?？刂葡到y(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 深度計算模塊的軟件設(shè)計

深層扦樣的深度計算可以通過累加、累減氣缸的動作行程實現(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，測量行程0～200 cm。拉線式編碼器測出壓拔氣缸行程后，再結(jié)合輔助繼電器，判斷累加或者累減所得，其設(shè)計思路如圖3所示。

圖3 深度計算程序設(shè)計思路圖

系統(tǒng)上電后，判斷夾手是否夾緊，當夾手夾緊了，清除高速計數(shù)器C235的計數(shù)，C235為X0的高速計數(shù)器，即為編碼器A相的脈沖數(shù)，若此時夾手上升，即判定為開始拔出扦樣管，則將此時的深度與換算所得的壓拔氣缸動作行程進行累減，若此時夾手下降，即判定為開始壓入扦樣管，則將此時的深度與換算所得的壓拔氣缸動作行程進行累加。其部分深度計算程序如圖4所示。

圖4 深度計算部分程序圖

系統(tǒng)上電后，當夾手夾緊時(即Y006輸出)，把高速計數(shù)器C235的計數(shù)復(fù)制到數(shù)據(jù)寄存器D250，D250通過FLT指令由整型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為浮點型數(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)為當前壓拔氣缸的動作行程且單位為cm，這部分程序完成了編碼器的脈沖數(shù)與壓拔氣缸的動作行程的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。當扦樣器處于壓入扦樣管狀態(tài)時，會對備份深度D270與動作行程D260進行累加處理，當扦樣器處于拔出扦樣管狀態(tài)時，會對備份深度D270與動作行程D260進行累減處理。

2.3 深度顯示軟件設(shè)計

深度顯示可通過數(shù)碼管顯示屏實現(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)進行處理后，再通過RS485通訊發(fā)送至數(shù)碼管顯示屏進行顯示，其設(shè)計思路如圖5所示。

圖5 深度顯示設(shè)計思路圖

系統(tǒng)上電后，以實時深度為12.45 m為例，將實時深度數(shù)據(jù)寄存器D272的數(shù)由浮點型轉(zhuǎn)化為整型并存入D302，比較D302與100的大小，此時D302大于100，對D302的數(shù)據(jù)做翻譯處理后，通過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)用試驗結(jié)果

完成扦樣器改造后，我們進行了多倉多次扦樣試驗，這里以最具代表性的玉米倉為例，以壓入的第一根扦樣管與糧面相平作為開始，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，所得試驗數(shù)據(jù)如表4所示，當扦樣深度小于11 m時，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0.8%，當扦樣深度超過11 m時，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，但在整個扦樣過程中誤差最大不超過1.5%。

表4 倉內(nèi)扦樣試驗數(shù)據(jù)