宋 玉, 夏銘琦, 楊宇軒, 李瑩瑩, 王子怡, 陳思羽

(佳木斯大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,黑龍江 佳木斯 154007)

0 引 言

糧食分級(jí)是智能糧倉(cāng)建設(shè)的一個(gè)重要環(huán)節(jié),糧庫(kù)的作業(yè)季節(jié)性強(qiáng),每年夏秋季節(jié)是糧食收購(gòu)作業(yè)的高峰期。水分、容重檢驗(yàn)技術(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較成熟,自動(dòng)檢測(cè)后,可以與雜質(zhì)、破損粒、生霉變粒的計(jì)算檢驗(yàn)結(jié)果一起人工錄入存儲(chǔ)設(shè)備中進(jìn)行存儲(chǔ)處理,最終形成檢驗(yàn)結(jié)果報(bào)告單,并以此作為被檢糧食定等、定價(jià)的依據(jù),但上述檢驗(yàn)方法檢驗(yàn)速度慢、時(shí)間長(zhǎng)、主觀性強(qiáng)。為了加快糧食定等速度,研發(fā)了基于PLC控制的糧食等級(jí)初選裝置,針對(duì)糧食定等過(guò)程中的水分和容重檢測(cè)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì),通過(guò)PLC對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行智能控制。本裝置可實(shí)現(xiàn)將玉米,稻谷等不同產(chǎn)物水分和容重的智能檢測(cè),并根據(jù)國(guó)家糧食標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)進(jìn)行初步分級(jí),檢驗(yàn)員可依據(jù)初步分級(jí)結(jié)果在進(jìn)行其他檢驗(yàn)操作,減少了糧食定等過(guò)程的人力物力。

1 糧食等級(jí)初選裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)由多個(gè)閥門、多個(gè)電機(jī)、輸糧管道、多個(gè)出糧口和稱量斗構(gòu)成,包括:吸糧裝置、閥門一、閥門二、料斗、緩沖進(jìn)料口、稱重傳感器、水分檢測(cè)箱、出糧口一、出糧口二管道和支撐架等組成,見(jiàn)圖1。

1.1 吸糧裝置

吸糧裝置包括進(jìn)糧口、輸糧管道、吸糧電動(dòng)風(fēng)機(jī)。檢測(cè)時(shí),進(jìn)糧口直接插入糧堆,也可通過(guò)延長(zhǎng)管與運(yùn)糧車直接連接,對(duì)不同深度的糧食進(jìn)行取樣。吸糧電動(dòng)風(fēng)機(jī)設(shè)置在輸糧管道上,吸糧電動(dòng)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸上有風(fēng)葉輪,通電后,吸糧電動(dòng)風(fēng)機(jī)會(huì)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(dòng)風(fēng)機(jī)前端吸糧部分的空氣不斷地補(bǔ)充風(fēng)機(jī)中的空氣,致使吸糧器內(nèi)部產(chǎn)生瞬時(shí)真空,和外界大氣壓形成負(fù)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(jìn)糧口可由支撐架支撐在地面上,也對(duì)運(yùn)糧車、糧庫(kù)內(nèi)部糧食直接采集,方便快捷。

1.2 容重檢測(cè)

本次設(shè)計(jì)的糧食等級(jí)初選裝置主要由容重檢測(cè)和水分檢測(cè)兩部分組成,容重檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示。測(cè)量時(shí),閥門二關(guān)閉,閥門一打開(kāi),閥門一上部安裝篩網(wǎng),糧食進(jìn)入料斗前,通過(guò)篩網(wǎng)過(guò)濾除去大雜質(zhì)。除雜后的糧食進(jìn)入料斗,內(nèi)部安裝的料位計(jì)檢測(cè)入糧高低,稱重傳感器稱重,超過(guò)預(yù)先設(shè)定高度及重量時(shí)報(bào)警,控制系統(tǒng)關(guān)閉閥門一,停止進(jìn)糧進(jìn)行容重檢測(cè)。

使用過(guò)程中,糧食進(jìn)入料斗后,料位計(jì)檢測(cè)糧食高度,達(dá)到預(yù)警高度系統(tǒng)報(bào)警,吸糧裝置停止進(jìn)糧,閥門一關(guān)閉,振動(dòng)盤振動(dòng)保證料斗內(nèi)部糧食緊實(shí)和平整。糧食在稱料斗內(nèi)穩(wěn)定3至5秒后,稱重傳感器檢測(cè)糧食重量,稱重完畢后,系統(tǒng)計(jì)算四個(gè)稱重傳感器的平均值并保存。同時(shí),料位計(jì)測(cè)量糧層厚度,系統(tǒng)檢測(cè)糧層厚度后自動(dòng)換算出料斗內(nèi)糧食體積,依據(jù)公式計(jì)算出糧食容重,觸摸屏顯示數(shù)據(jù)并保存。計(jì)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(cè)定出來(lái)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(fēng)機(jī)(內(nèi)含電機(jī)) 6.料位計(jì) 7.稱重傳感器 8.進(jìn)糧口 9.閥門三 10.電機(jī)二 11.水分檢測(cè)箱 12.出糧口二 13.料斗 14.緩沖進(jìn)料口

1閥門二2 振動(dòng)盤3稱料斗4閥門一5篩網(wǎng)6 料位計(jì)7稱重傳感器

1.3 水分檢測(cè)

設(shè)計(jì)的水分檢測(cè)裝置主要包括:殼體、電機(jī)、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(cè)箱上部裝有電機(jī),控制內(nèi)部?jī)蓚€(gè)碾壓輪旋轉(zhuǎn),對(duì)糧食進(jìn)行碾壓,電容式傳感器檢測(cè)糧食水分并記錄。如果一次性進(jìn)入糧食過(guò)多,電容式水分檢測(cè)箱內(nèi)部出現(xiàn)堵塞,因此在底部設(shè)置了可拉伸擋板可以快速排糧,防止發(fā)生堵塞。

檢測(cè)時(shí),糧食通過(guò)吸糧裝置進(jìn)入稱料斗,容重檢測(cè)完成后,打開(kāi)料斗下面的閥門二,同時(shí)關(guān)閉容重檢測(cè)部分的出糧口閥門四,保證糧食進(jìn)入水分檢測(cè)裝置,檢測(cè)完成后由水分檢測(cè)箱的排糧口(出糧口二)排出。本裝置可單獨(dú)進(jìn)行水分檢測(cè)也可單獨(dú)進(jìn)行容重檢測(cè)。

1電機(jī) 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(jí)初選裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 部分PLC程序指令

本次設(shè)計(jì)需要五個(gè)開(kāi)關(guān)閥門,輸入點(diǎn)類型為數(shù)字量輸入,只有0,1兩個(gè)狀態(tài)。輸入形式為直流,輸入電流24VDC,5mA。因此,采用臺(tái)達(dá)DVP系列16ES200R/T控制器,滿足本次設(shè)計(jì)要求。

首先,M1002為臺(tái)達(dá)PLC運(yùn)行標(biāo)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(huì)有三個(gè)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(cè)箱,進(jìn)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?cái)?shù)據(jù),系統(tǒng)將四個(gè)稱重?cái)?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(cè)指令如下圖5所示。

圖5 水分檢測(cè)

根據(jù)公式,經(jīng)過(guò)單位換算,計(jì)算出容重?cái)?shù)據(jù)。如圖6所示。

圖6 容重計(jì)算

系統(tǒng)檢測(cè)水分和容重后,進(jìn)行參數(shù)對(duì)比確定糧食初選等級(jí)。如圖7所示。

圖7 定等數(shù)據(jù)對(duì)比

2.2 控制界面

進(jìn)入系統(tǒng)顯示控制界面,操作人員可依據(jù)要檢測(cè)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(dòng)匹配電機(jī)轉(zhuǎn)速。運(yùn)行時(shí),若系統(tǒng)出現(xiàn)故障,故障指示燈亮紅燈報(bào)警,提醒工作人員發(fā)生故障,所有電機(jī)自動(dòng)關(guān)閉。正常運(yùn)行時(shí),控制界面實(shí)時(shí)顯示進(jìn)料高度,若超過(guò)極限高度報(bào)警燈亮,電機(jī)自動(dòng)關(guān)閉。在進(jìn)行水分和容重檢測(cè)時(shí),系統(tǒng)檢測(cè)糧食重量及糧食高度后自動(dòng)換算糧食容重,系統(tǒng)保存水分測(cè)量值并依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)顯示糧食初選等級(jí),同時(shí)水分和容重也直接顯示在觸摸屏上。糧食等級(jí)初選裝置控制界面如圖8所示。

圖8 糧食等級(jí)初選裝置控制界面

3 結(jié) 論

針對(duì)糧食定等過(guò)程中的水分檢測(cè)和容重進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì),通過(guò)PLC對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行智能控制。通過(guò)本平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)不同糧種的水分和容重的智能檢測(cè),系統(tǒng)依據(jù)對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)糧食等級(jí)進(jìn)行初步判定。利用MCGS組態(tài)界面,調(diào)整各個(gè)按鈕所對(duì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能、電機(jī)啟停和閥門開(kāi)關(guān)。調(diào)試后通過(guò)觸摸屏能夠控制整個(gè)系統(tǒng)流程以及顯示糧食水分、容重、初選等級(jí)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(cè),只需根據(jù)糧食品種在操作界面上進(jìn)行選擇,系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行水分和容重檢測(cè),實(shí)現(xiàn)了糧食等級(jí)的初選,緩解了收購(gòu)中存在糧食定等時(shí)間長(zhǎng)、效率低的問(wèn)題,為提高糧食收購(gòu)自動(dòng)化水平提供了重要的依據(jù)。