1 引言  

                  

    寒地水稻是我國北方地區大面積種植的作物，寒地水稻的種植技術(shù)日趨成熟。寒地水稻的整個(gè)生長(cháng)過(guò)程可粗略的分為兩個(gè)階段，即溫室育秧階段、田間生長(cháng)階段。在溫室育秧階段對水稻的產(chǎn)量有著(zhù)決定性的影響，農業(yè)專(zhuān)家曾經(jīng)說(shuō)過(guò)“秧好8成糧”。寒地水稻育秧階段的重要過(guò)程是浸種、催芽。

    浸種催芽設備實(shí)現了水稻浸種催芽的智能化控溫控水，全自動(dòng)化設定，科學(xué)嚴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。根據當前墾區水稻標準化生產(chǎn)的需要，為實(shí)現水稻生產(chǎn)全程機械化，針對水稻浸種、催芽生產(chǎn)過(guò)程中機械化程度低、勞動(dòng)強度大、生產(chǎn)標準不規范等情況，浸種催芽設備能根據種子浸種催芽所需的溫度自動(dòng)調控，使種子受熱均勻，出芽一致。普通方法浸種需要10—11天時(shí)間，催芽需要2—3天，浸種催芽設備由于科學(xué)調節溫度和水量，全程智能化監控，可使浸種時(shí)間縮短為8天，催芽時(shí)間縮短為24小時(shí)，大大提高了工作效率。

    浸種催芽設備采用多箱結構，在浸種、催芽?jì)晒に嚵鞒讨胁扇》N子不出箱的辦法來(lái)完成，也就是當某箱完成浸種時(shí)，由控制參數改變將其轉換為催芽箱。系統控制準備水箱的水溫，工作時(shí)跟據浸種、催芽箱的測量溫度參數采用注水的方法，來(lái)完成調節浸種、催芽箱內溫度。
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    技術(shù)特點(diǎn)

    浸種催芽設備從技術(shù)上能夠準確的保證水稻的浸種質(zhì)量。浸種催芽設備的技術(shù)特點(diǎn)如下：

    1、采用智能恒溫控溫儀可實(shí)現控制點(diǎn)及精度可調，調整分辨率±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、采用傳感器智能補償技術(shù)是根除儀器及傳感器的離散問(wèn)題；

    5、采用多傳感器測量技術(shù)可做到浸種箱內多部位的檢測溫度；

    6、采用計算機技術(shù)實(shí)現部件工作狀態(tài)可預制；

    7、采用玻璃鋼水箱整體保溫克服箱內邊緣溫度與內部溫度超差及實(shí)現節能。

    2 催芽浸種設備工藝流程

    一、調水工況

    浸種、催芽前首先啟動(dòng)調水工況，此時(shí)熱水箱內達到循環(huán)狀態(tài)，箱內水充分循環(huán)，使得水溫平均，待用于浸種、催芽時(shí)使用。當溫度超標時(shí)啟動(dòng)冷水箱水與熱水箱水進(jìn)行循環(huán)，使溫度迅速達到使用要求標準溫度即可。

    二、浸種工況 

    1、調水：首先通過(guò)燃油爐對熱水箱內水進(jìn)行加熱，此時(shí)需打開(kāi)加熱循環(huán)泵、燃油鍋爐，達到熱水箱內自循環(huán)狀態(tài)，循環(huán)水泵進(jìn)行工作。直至水溫調試到浸種所需要的溫度為止。

                   

                            
    2、浸種箱注水：水溫達到標準后，向浸種箱內注入所需要的水，此時(shí)開(kāi)啟注水泵和需要注水的浸種箱閥門(mén)，達到上水位時(shí)停止注水，待用于水稻浸種時(shí)使用。

    3、浸種箱溫控：當水注入到浸種箱內存留時(shí)間比較長(cháng)時(shí)，水的熱量就會(huì )有一定的消耗。這時(shí)啟動(dòng)浸種催芽箱自身循環(huán)泵、加熱爐，使箱內溫度保持在設定溫度±0.5℃以?xún)取?br />
    4、浸種結束：當浸種時(shí)間到達預定時(shí)間，農業(yè)專(zhuān)家檢測浸種達到預期效果，通過(guò)排水管道把浸種催芽箱內水全部排掉。

    三、催芽工況

     1、破胸準備：將熱水箱、冷水箱加滿(mǎn)水以備破胸、催芽時(shí)使用。 啟動(dòng)熱水箱、冷水箱閥門(mén)進(jìn)行加水，然后將熱水箱的水預熱到破胸時(shí)所需要的溫度后停止加熱。

    2、破胸工況：當熱水箱水預熱到合適溫度時(shí)，進(jìn)行注水破胸，開(kāi)啟注水泵以及所需注水的浸種催芽箱注水閥門(mén)，注水到箱體的上水位后停止注水，設置水在箱體內的停留時(shí)間，時(shí)間達到后將水回到熱水箱中，啟動(dòng)回水泵以及所需回水的浸種催芽箱回水閥門(mén)，回水到箱體的下水位后停止回水。此后，浸種、催芽箱溫度超標時(shí)通過(guò)啟動(dòng)自身循環(huán)泵和加熱爐來(lái)維持工作。

    3、催芽工況：由農藝專(zhuān)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(kāi)啟注水泵以及所需注水的浸種催芽箱注水閥門(mén)，注水到箱體的上水位后停止注水，設置水在箱體內的停留時(shí)間，時(shí)間達到后將水回到熱水箱中，啟動(dòng)回水泵以及所需回水的浸種、催芽箱回水閥門(mén)，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時(shí)通過(guò)啟動(dòng)自身循環(huán)泵和加熱爐來(lái)維持工作，直到催芽結束。

    四、結束

     浸種、催芽工況結束后通過(guò)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控制系統設計

    浸種催芽設備自動(dòng)監控系統實(shí)現對各個(gè)浸種催芽箱的閥門(mén)、水位、溫度控制；鍋爐的閥門(mén)、溫度控制；水箱的閥門(mén)、溫度、循環(huán)泵控制；工藝數據采集（如水內PH值檢測）、數據通訊及上位監控和管理等。

    基于“集中管理，分散控制”的模式，數字化、信息化環(huán)保工程的思想，著(zhù)眼于企業(yè)“管控一體化”信息系統的建設，建立一個(gè)先進(jìn)、可靠、高效、安全且便于進(jìn)一步擴充的集過(guò)程控制、監視和計算機調度管理于一體并且具備良好開(kāi)放性的監控系統，完成對整個(gè)工藝過(guò)程及全部生產(chǎn)設備的監測與自動(dòng)控制。我們采用以和利時(shí)公司LM系列可編程控制器PLC為現場(chǎng)集控系統，實(shí)現對各個(gè)浸種催芽設備分控站的自動(dòng)控制和數據采集。

    3.1 控制系統結構

    整個(gè)系統設1個(gè)中央控制室、8個(gè)浸種催芽設備PLC分控制站。浸種催芽設備分控站由可編程序控制器（PLC）及觸摸屏組成，對本地浸種催芽設備實(shí)現自動(dòng)控制、數據采集及數據傳送。中央控制室、浸種催芽設備分控站之間的數據通訊采用成熟的TCP/IP通訊技術(shù)。

    系統結構圖如下：

                  


    3.2 PLC系統配置

    PLC系統由LM3109 CPU模塊、LM3403 TCP/IP通訊模塊及LM3223 開(kāi)關(guān)量輸出模塊組成，同時(shí)配置和利時(shí)HT6000系列觸摸屏，實(shí)現就地自動(dòng)控制。

    1、LM3109 CPU模塊：集成一體化模塊，自帶40點(diǎn)數字量I/O，提供24路DC24V輸入/16路繼電器輸出。具有1個(gè)RS232和1個(gè)RS485通訊接口，支持專(zhuān)有協(xié)議/Modbus RTU協(xié)議/自由協(xié)議。

    2、LM3403 以太網(wǎng)擴展模塊：通過(guò)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，額定負載電壓為DC24V或AC24--220V，輸出開(kāi)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，內部集成配方存儲卡，HT6000系列配方卡為256KB，可實(shí)現數據、歷史操作記錄、歷史趨勢圖斷電保存等，方便用戶(hù)查詢(xún)。

    以8箱體單爐浸種催芽設備為例，輸入輸出信號清單如下：

                 
                      
 
    3.3 系統網(wǎng)絡(luò )

    中央控制室與各遠程PLC控制站之間通過(guò)星型結構局域網(wǎng)絡(luò )來(lái)實(shí)現數據通訊。局域網(wǎng)絡(luò )的主要設備為交換機或集線(xiàn)器，主要完成PLC與中央控制室數據傳輸轉發(fā)的任務(wù)。主要設置的參數如下：

    1、與PLC LM3403模塊TCP通訊接口參數，包括IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)及輸入、輸出區大小設置。

    2、中央控制室工控機完成計算機IP地址設置，組態(tài)軟件通訊PLC配置。

    3、星型結構局域網(wǎng)。星型網(wǎng)絡(luò )幾乎是Ethernet（以太網(wǎng)）網(wǎng)絡(luò )專(zhuān)用，它是因網(wǎng)絡(luò )中的各工作站節點(diǎn)設備通過(guò)一個(gè)網(wǎng)絡(luò )集中設備（如集線(xiàn)器或者交換機）連接在一起，各節點(diǎn)呈星狀分布而得名。這類(lèi)網(wǎng)絡(luò )目前用的最多的傳輸介質(zhì)是雙絞線(xiàn)，如常見(jiàn)的五類(lèi)線(xiàn)、超五類(lèi)雙絞線(xiàn)等，距離超過(guò)100米時(shí)，采用光纖通訊。

    3.4 監控系統功能

    3.4.1 中央控制室功能

    中央控制室內選用研華工業(yè)級計算機，配備不間斷電源，現實(shí)短時(shí)間的掉電保持保護；提供大屏幕顯示（液晶電視），把計算機的畫(huà)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(shí)HollyView組態(tài)軟件，實(shí)現對現場(chǎng)數據的實(shí)時(shí)監控，提供友好的畫(huà)面顯示，具有數據報表、數據歷史查詢(xún)、溫度趨勢曲線(xiàn)、故障報警記錄、遠程控制管理等功能。大大減少人員的現場(chǎng)操作，實(shí)現工業(yè)級別的全自動(dòng)監控。

    配備打印機設備，打印歷史記錄，提供數據分析的依據。提供USB接口，對歷史數據可以拷貝保存。

    可在控制室內完成中央控制和現場(chǎng)控制切換，手動(dòng)控制和自動(dòng)控制切換，工藝參數設定及修正，高級權限控制等操作。

               

                

    3.4.2 現場(chǎng)PLC控制站功能

    PLC采集設備數據的方式有兩種：一種是通過(guò)I/O點(diǎn)的方式監控設備的閥門(mén)、電機、液位狀態(tài)；另一種是通過(guò)RS485通訊的方式采集設備的多路溫度信號。

    浸種催芽過(guò)程以溫度為主要參考條件，通過(guò)一定的邏輯關(guān)系，實(shí)現對系列閥門(mén)及電機的控制，科學(xué)嚴格的保證水稻種子浸種催芽的所需條件。

    配置現場(chǎng)級觸摸屏HT6A00T與PLC通訊，顯示設備實(shí)時(shí)數據，實(shí)現設備就地控制。就地控制獨立于中央控制室，在中央控制系統故障時(shí)，也可單獨控制設備。

    4 結束語(yǔ)

    基于和利時(shí)LM系列PLC可編程控制器的浸種催芽設備監控系統，實(shí)現了浸種催芽設備安全、穩定運行，提高了生產(chǎn)線(xiàn)運轉的可靠性，大幅度提升了其性能。為墾區水稻標準化生產(chǎn)奠定了基礎，大大提高了浸種催芽工作效率。

    參考文獻

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    [ 3 ] 孫亮，楊鵬，自動(dòng)控制原理[M]，北京工業(yè)大學(xué)出版社.

    [ 4 ] 廖常初，PLC編程及應用[M]，機械工業(yè)出版社.

    [ 5 ] 王錦標，和利時(shí)PLC技術(shù)-綜合篇[M]，機械工業(yè)出版社.