作者簡介 陳濤 (1981-) 男 畢業於北華大學 工學學士 現就職於北京和利時自動化驅動技術有限公司，任職PLC技術經理。豐富的自動控製係統硬件成套、軟件編程及現場調試工程經驗，豐富的自動控製係統方案設計經驗，目前從事於PLC技術支持工作。
陳濤
（北京和利時自動化驅動技術有限公司，100176）
摘 要 浸種催芽設備主要用於水稻浸種、催芽階段使用，水稻浸種、催芽過程種子不出箱也就是當某箱完成浸種時，由控製參數改變將其轉換為催芽箱。監控係統控製準備水箱的水溫，工作時根據浸種、催芽箱的測量溫度參數采用注水的方法，來完成調節浸種、催芽箱內溫度。完全實現浸、催一體化工廠化標準。采用基於和利時公司LM係列PLC的控製係統，可實現模塊化的工藝流程，人性化的設計模式，友好的操作界麵，並且預留了網絡接口，滿足不同工況環境的使用要求。
關鍵詞 LM係列PLC；浸種催芽生產線
1 引言
寒(han)地(di)水(shui)稻(dao)是(shi)我(wo)國(guo)北(bei)方(fang)地(di)區(qu)大(da)麵(mian)積(ji)種(zhong)植(zhi)的(de)作(zuo)物(wu)，寒(han)地(di)水(shui)稻(dao)的(de)種(zhong)植(zhi)技(ji)術(shu)日(ri)趨(qu)成(cheng)熟(shu)。寒(han)地(di)水(shui)稻(dao)的(de)整(zheng)個(ge)生(sheng)長(chang)過(guo)程(cheng)可(ke)粗(cu)略(lve)的(de)分(fen)為(wei)兩(liang)個(ge)階(jie)段(duan)，即(ji)溫(wen)室(shi)育(yu)秧(yang)階(jie)段(duan)、田間生長階段。在溫室育秧階段對水稻的產量有著決定性的影響，農業專家曾經說過“秧好8成糧”。寒地水稻育秧階段的重要過程是浸種、催芽。
浸(jin)種(zhong)催(cui)芽(ya)設(she)備(bei)實(shi)現(xian)了(le)水(shui)稻(dao)浸(jin)種(zhong)催(cui)芽(ya)的(de)智(zhi)能(neng)化(hua)控(kong)溫(wen)控(kong)水(shui)，全(quan)自(zi)動(dong)化(hua)設(she)定(ding)，科(ke)學(xue)嚴(yan)格(ge)的(de)保(bao)證(zheng)了(le)水(shui)稻(dao)種(zhong)子(zi)浸(jin)種(zhong)催(cui)芽(ya)的(de)所(suo)需(xu)條(tiao)件(jian)，為(wei)水(shui)稻(dao)芽(ya)種(zhong)生(sheng)產(chan)提(ti)供(gong)了(le)科(ke)技(ji)方(fang)向(xiang)。根(gen)據(ju)當(dang)前(qian)墾(ken)區(qu)水(shui)稻(dao)標(biao)準(zhun)化(hua)生(sheng)產(chan)的(de)需(xu)要(yao)，為(wei)實(shi)現(xian)水(shui)稻(dao)生(sheng)產(chan)全(quan)程(cheng)機(ji)械(xie)化(hua)，針(zhen)對(dui)水(shui)稻(dao)浸(jin)種(zhong)、催芽生產過程中機械化程度低、勞動強度大、生產標準不規範等情況，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天時間，催芽需要2―3天，浸種催芽設備由於科學調節溫度和水量，全程智能化監控，可使浸種時間縮短為8天，催芽時間縮短為24小時，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(cui)芽(ya)兩(liang)工(gong)藝(yi)流(liu)程(cheng)中(zhong)采(cai)取(qu)種(zhong)子(zi)不(bu)出(chu)箱(xiang)的(de)辦(ban)法(fa)來(lai)完(wan)成(cheng)，也(ye)就(jiu)是(shi)當(dang)某(mou)箱(xiang)完(wan)成(cheng)浸(jin)種(zhong)時(shi)，由(you)控(kong)製(zhi)參(can)數(shu)改(gai)變(bian)將(jiang)其(qi)轉(zhuan)換(huan)為(wei)催(cui)芽(ya)箱(xiang)。係(xi)統(tong)控(kong)製(zhi)準(zhun)備(bei)水(shui)箱(xiang)的(de)水(shui)溫(wen)，工(gong)作(zuo)時(shi)跟(gen)據(ju)浸(jin)種(zhong)、催芽箱的測量溫度參數采用注水的方法，來完成調節浸種、催芽箱內溫度。
ì 技術特點
浸種催芽設備從技術上能夠準確的保證水稻的浸種質量。浸種催芽設備的技術特點如下：
1、采用智能恒溫控溫儀可實現控製點及精度可調，調整分辨率±0.1℃；
2、采用智能多點測溫保證測量溫度與真實溫度差不大於±0.5℃；
3、采用PLC智能計算控溫保證控製溫度與真實溫度差不大於±0.5℃；
4、采用傳感器智能補償技術是根除儀器及傳感器的離散問題；
5、采用多傳感器測量技術可做到浸種箱內多部位的檢測溫度；
6、采用計算機技術實現部件工作狀態可預製；
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現節能。
2 催芽浸種設備工藝流程
浸種、催芽前首先啟動調水工況，此時熱水箱內達到循環狀態，箱內水充分循環，使得水溫平均，待用於浸種、催芽時使用。當溫度超標時啟動冷水箱水與熱水箱水進行循環，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：首先通過燃油爐對熱水箱內水進行加熱，此時需打開加熱循環泵、燃油鍋爐，達到熱水箱內自循環狀態，循環水泵進行工作。直至水溫調試到浸種所需要的溫度為止。
2、浸種箱注水：shuiwendadaobiaozhunhou，xiangjinzhongxiangneizhurusuoxuyaodeshui，cishikaiqizhushuibenghexuyaozhushuidejinzhongxiangfamen，dadaoshangshuiweishitingzhizhushui，daiyongyushuidaojinzhongshishiyong。
3、浸種箱溫控：當水注入到浸種箱內存留時間比較長時，水的熱量就會有一定的消耗。這時啟動浸種催芽箱自身循環泵、加熱爐，使箱內溫度保持在設定溫度±0.5℃以內。
4、浸種結束：當浸種時間到達預定時間，農業專家檢測浸種達到預期效果，通過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、冷水箱加滿水以備破胸、催芽時使用。 啟動熱水箱、冷水箱閥門進行加水，然後將熱水箱的水預熱到破胸時所需要的溫度後停止加熱。
2、破胸工況：dangreshuixiangshuiyuredaoheshiwendushi，jinxingzhushuipoxiong，kaiqizhushuibengyijisuoxuzhushuidejinzhongcuiyaxiangzhushuifamen，zhushuidaoxiangtideshangshuiweihoutingzhizhushui，shezhishuizaixiangtineidetingliushijian，shijiandadaohoujiangshuihuidaoreshuixiangzhong，qidonghuishuibengyijisuoxuhuishuidejinzhongcuiyaxianghuishuifamen，huishuidaoxiangtidexiashuiweihoutingzhihuishui。cihou，jinzhong、催芽箱溫度超標時通過啟動自身循環泵和加熱爐來維持工作。
3、催芽工況：younongyizhuanjiajiancezhongzipoxiongwanbijinrucuiyazhuangtai，jinxingzhushuicuiya，kaiqizhushuibengyijisuoxuzhushuidejinzhongcuiyaxiangzhushuifamen，zhushuidaoxiangtideshangshuiweihoutingzhizhushui，shezhishuizaixiangtineidetingliushijian，shijiandadaohoujiangshuihuidaoreshuixiangzhong，qidonghuishuibengyijisuoxuhuishuidejinzhong、催(cui)芽(ya)箱(xiang)回(hui)水(shui)閥(fa)門(men)，回(hui)水(shui)到(dao)箱(xiang)體(ti)的(de)下(xia)水(shui)位(wei)後(hou)停(ting)止(zhi)回(hui)水(shui)。此(ci)後(hou)，浸(jin)種(zhong)催(cui)芽(ya)箱(xiang)溫(wen)度(du)超(chao)標(biao)時(shi)通(tong)過(guo)啟(qi)動(dong)自(zi)身(shen)循(xun)環(huan)泵(beng)和(he)加(jia)熱(re)爐(lu)來(lai)維(wei)持(chi)工(gong)作(zuo)，直(zhi)到(dao)催(cui)芽(ya)結(jie)束(shu)。
四、結束
浸種、催芽工況結束後通過浸種、催芽箱後麵的出水閥把剩餘的水排除。待用於下次使用。
3 PLC控製係統設計
浸種催芽設備自動監控係統實現對各個浸種催芽箱的閥門、水位、溫度控製；鍋爐的閥門、溫度控製；水箱的閥門、溫度、循環泵控製；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。
基於“集中管理，分散控製”的模式，數字化、信息化環保工程的思想，著眼於企業“管控一體化”信息係統的建設，建立一個先進、可靠、高效、安全且便於進一步擴充的集過程控製、監jian視shi和he計ji算suan機ji調tiao度du管guan理li於yu一yi體ti並bing且qie具ju備bei良liang好hao開kai放fang性xing的de監jian控kong係xi統tong，完wan成cheng對dui整zheng個ge工gong藝yi過guo程cheng及ji全quan部bu生sheng產chan設she備bei的de監jian測ce與yu自zi動dong控kong製zhi。我wo們men采cai用yong以yi和he利li時shi公gong司siLM係列可編程控製器PLC為現場集控係統，實現對各個浸種催芽設備分控站的自動控製和數據采集。
整個係統設1個中央控製室、8個浸種催芽設備PLC分控製站。浸種催芽設備分控站由可編程序控製器（PLC）及觸摸屏組成，對本地浸種催芽設備實現自動控製、數據采集及數據傳送。中央控製室、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。
係統結構圖如下：
PLC係統由LM3109 CPU模塊、LM3403 TCP/IP通訊模塊及LM3223 開關量輸出模塊組成，同時配置和利時HT6000係列觸摸屏，實現就地自動控製。
1、LM3109 CPU模塊：集成一體化模塊，自帶40點數字量I/O，提供24路DC24V輸入/16路繼電器輸出。具有1個RS232和1個RS485通訊接口，支持專有協議/Modbus RTU協議/自由協議。
2、LM3403 以太網擴展模塊：通過連接本模塊，使得LM係列PLC作為MODBUS/TCP從站被連接到局域網中 。
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，輸出開關容量為2A。
4、采用HT6000係列觸摸屏，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係列配方卡為256KB，可實現數據、曆史操作記錄、曆史趨勢圖斷電保存等，方便用戶查詢。
以8箱體單爐浸種催芽設備為例，輸入輸出信號清單如下：
表 4-1 輸入輸出信號清單
|
序號 |
信號類型 |
輸入輸出信號說明 |
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1 |
DI |
貯水箱水位上限 |
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2 |
DI |
貯水箱水位下限 |
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3 |
DI |
1#浸種催芽箱水位上限 |
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4 |
DI |
1#浸種催芽箱水位下限 |
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5 |
DI |
2#浸種催芽箱水位上限 |
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6 |
DI |
2#浸種催芽箱水位下限 |
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7 |
DI |
3#浸種催芽箱水位上限 |
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8 |
DI |
3#浸種催芽箱水位下限 |
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9 |
DI |
4#浸種催芽箱水位上限 |
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10 |
DI |
4#浸種催芽箱水位下限 |
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11 |
DI |
5#浸種催芽箱水位上限 |
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12 |
DI |
5#浸種催芽箱水位下限 |
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13 |
DI |
6#浸種催芽箱水位上限 |
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14 |
DI |
6#浸種催芽箱水位下限 |
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15 |
DI |
7#浸種催芽箱水位上限 |
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16 |
DI |
7#浸種催芽箱水位下限 |
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18 |
DO |
貯水箱循環泵 |
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19 |
DO |
1#浸種催芽箱循環泵 |
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20 |
DO |
2#浸種催芽箱循環泵 |
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21 |
DO |
3#浸種催芽箱循環泵 |
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22 |
DO |
4#浸種催芽箱循環泵 |
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23 |
DO |
5#浸種催芽箱循環泵 |
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24 |
DO |
6#浸種催芽箱循環泵 |
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25 |
DO |
7#浸種催芽箱循環泵 |
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26 |
DO |
貯水箱注水泵 |
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27 |
DO |
1#浸種催芽箱注水閥 |
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28 |
DO |
2#浸種催芽箱注水閥 |
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29 |
DO |
3#浸種催芽箱注水閥 |
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30 |
DO |
4#浸種催芽箱注水閥 |
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31 |
DO |
5#浸種催芽箱注水閥 |
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32 |
DO |
6#浸種催芽箱注水閥 |
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33 |
DO |
7#浸種催芽箱注水閥 |
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34 |
DO |
貯水箱回水泵 |
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35 |
DO |
1#浸種催芽箱回水閥 |
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36 |
DO |
2#浸種催芽箱回水閥 |
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37 |
DO |
3#浸種催芽箱回水閥 |
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38 |
DO |
4#浸種催芽箱回水閥 |
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39 |
DO |
5#浸種催芽箱回水閥 |
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40 |
DO |
6#浸種催芽箱回水閥 |
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41 |
DO |
7#浸種催芽箱回水閥 |
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42 |
DO |
貯水箱報警 |
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43 |
DO |
1#浸種催芽箱報警 |
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44 |
DO |
2#浸種催芽箱報警 |
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45 |
DO |
3#浸種催芽箱報警 |
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46 |
DO |
4#浸種催芽箱報警 |
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47 |
DO |
5#浸種催芽箱報警 |
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48 |
DO |
6#浸種催芽箱報警 |
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49 |
DO |
7#浸種催芽箱報警 |
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50 |
DO |
貯水箱加熱爐 |
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51 |
DO |
1#浸種催芽箱加熱爐 |
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52 |
DO |
2#浸種催芽箱加熱爐 |
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53 |
DO |
3#浸種催芽箱加熱爐 |
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54 |
DO |
4#浸種催芽箱加熱爐 |
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55 |
DO |
5#浸種催芽箱加熱爐 |
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56 |
DO |
6#浸種催芽箱加熱爐 |
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57 |
DO |
7#浸種催芽箱加熱爐 |
3.3 係統網絡
中央控製室與各遠程PLC控製站之間通過星型結構局域網絡來實現數據通訊。局域網絡的主要設備為交換機或集線器，主要完成PLC與中央控製室數據傳輸轉發的任務。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、子網掩碼、網關及輸入、輸出區大小設置。
2、中央控製室工控機完成計算機IP地址設置，組態軟件通訊PLC配置。
3、星型結構局域網。星型網絡幾乎是Ethernet（以太網）網絡專用，它是因網絡中的各工作站節點設備通過一個網絡集中設備（如集線器或者交換機）連接在一起，各節點呈星狀分布而得名。這類網絡目前用的最多的傳輸介質是雙絞線，如常見的五類線、超五類雙絞線等，距離超過100米時，采用光纖通訊。
中央控製室內選用研華工業級計算機，配備不間斷電源，現實短時間的掉電保持保護；提供大屏幕顯示（液晶電視），把計算機的畫麵顯示在大屏幕上，供操作員外的其他人員了解育種進程。
上位軟件選用和利時HollyView組態軟件，實現對現場數據的實時監控，提供友好的畫麵顯示，具有數據報表、數據曆史查詢、溫度趨勢曲線、故障報警記錄、遠程控製管理等功能。大大減少人員的現場操作，實現工業級別的全自動監控。
配備打印機設備，打印曆史記錄，提供數據分析的依據。提供USB接口，對曆史數據可以拷貝保存。
可在控製室內完成中央控製和現場控製切換，手動控製和自動控製切換，工藝參數設定及修正，高級權限控製等操作。
PLC采集設備數據的方式有兩種：一種是通過I/O點的方式監控設備的閥門、電機、液位狀態；另一種是通過RS485通訊的方式采集設備的多路溫度信號。
浸jin種zhong催cui芽ya過guo程cheng以yi溫wen度du為wei主zhu要yao參can考kao條tiao件jian，通tong過guo一yi定ding的de邏luo輯ji關guan係xi，實shi現xian對dui係xi列lie閥fa門men及ji電dian機ji的de控kong製zhi，科ke學xue嚴yan格ge的de保bao證zheng水shui稻dao種zhong子zi浸jin種zhong催cui芽ya的de所suo需xu條tiao件jian。
配置現場級觸摸屏HT6A00T與PLC通訊，顯示設備實時數據，實現設備就地控製。就地控製獨立於中央控製室，在中央控製係統故障時，也可單獨控製設備。
4 結束語
基於和利時LM係列PLC可編程控製器的浸種催芽設備監控係統，實現了浸種催芽設備安全、穩定運行，提高了生產線運轉的可靠性，大幅度提升了其性能。為墾區水稻標準化生產奠定了基礎，大大提高了浸種催芽工作效率。
參考文獻
[ 2 ] 郭一楠，過程控製係統[M]，機械工業出版社.
[ 3 ] 孫亮，楊鵬，自動控製原理[M]，北京工業大學出版社.
[ 4 ] 廖常初，PLC編程及應用[M]，機械工業出版社.
[ 5 ] 王錦標，和利時PLC技術-綜合篇[M]，機械工業出版社.
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