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    1 引言  

                  

    寒地水稻是我國北方地區(qū)大面積種植的作物，寒地水稻的種植技術日趨成熟。寒地水稻的整個生長過程可粗略的分為兩個階段，即溫室育秧階段、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(yè)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。

    浸種催芽設備實現(xiàn)了水稻浸種催芽的智能化控溫控水，全自動化設定，科學嚴格的保證了水稻種子浸種催芽的所需條件，為水稻芽種生產提供了科技方向。根據當前墾區(qū)水稻標準化生產的需要，為實現(xiàn)水稻生產全程機械化，針對水稻浸種、催芽生產過程中機械化程度低、勞動強度大、生產標準不規(guī)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，浸種催芽設備由于科學調節(jié)溫度和水量，全程智能化監(jiān)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、催芽兩工藝流程中采取種子不出箱的辦法來完成，也就是當某箱完成浸種時，由控制參數(shù)改變將其轉換為催芽箱。系統(tǒng)控制準備水箱的水溫，工作時跟據浸種、催芽箱的測量溫度參數(shù)采用注水的方法，來完成調節(jié)浸種、催芽箱內溫度。
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    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(xiàn)控制點及精度可調，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于±0.5℃；

    3、采用PLC智能計算控溫保證控制溫度與真實溫度差不大于±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(xiàn)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現(xiàn)節(jié)能。

    2 催芽浸種設備工藝流程

    一、調水工況

    浸種、催芽前首先啟動調水工況，此時熱水箱內達到循環(huán)狀態(tài)，箱內水充分循環(huán)，使得水溫平均，待用于浸種、催芽時使用。當溫度超標時啟動冷水箱水與熱水箱水進行循環(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：首先通過燃油爐對熱水箱內水進行加熱，此時需打開加熱循環(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，此時開啟注水泵和需要注水的浸種箱閥門，達到上水位時停止注水，待用于水稻浸種時使用。

    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(huán)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(yè)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，然后將熱水箱的水預熱到破胸時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，進行注水破胸，開啟注水泵以及所需注水的浸種催芽箱注水閥門，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間，時間達到后將水回到熱水箱中，啟動回水泵以及所需回水的浸種催芽箱回水閥門，回水到箱體的下水位后停止回水。此后，浸種、催芽箱溫度超標時通過啟動自身循環(huán)泵和加熱爐來維持工作。

    3、催芽工況：由農藝專家檢測種子破胸完畢進入催芽狀態(tài)，進行注水催芽，開啟注水泵以及所需注水的浸種催芽箱注水閥門，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間，時間達到后將水回到熱水箱中，啟動回水泵以及所需回水的浸種、催芽箱回水閥門，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通過啟動自身循環(huán)泵和加熱爐來維持工作，直到催芽結束。

    四、結束

     浸種、催芽工況結束后通過浸種、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(tǒng)設計

    浸種催芽設備自動監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對各個浸種催芽箱的閥門、水位、溫度控制；鍋爐的閥門、溫度控制；水箱的閥門、溫度、循環(huán)泵控制；工藝數(shù)據采集（如水內PH值檢測）、數(shù)據通訊及上位監(jiān)控和管理等。

    基于“集中管理，分散控制”的模式，數(shù)字化、信息化環(huán)保工程的思想，著眼于企業(yè)“管控一體化”信息系統(tǒng)的建設，建立一個先進、可靠、高效、安全且便于進一步擴充的集過程控制、監(jiān)視和計算機調度管理于一體并且具備良好開放性的監(jiān)控系統(tǒng)，完成對整個工藝過程及全部生產設備的監(jiān)測與自動控制。我們采用以和利時公司LM系列可編程控制器PLC為現(xiàn)場集控系統(tǒng)，實現(xiàn)對各個浸種催芽設備分控站的自動控制和數(shù)據采集。

    3.1 控制系統(tǒng)結構

    整個系統(tǒng)設1個中央控制室、8個浸種催芽設備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現(xiàn)自動控制、數(shù)據采集及數(shù)據傳送。中央控制室、浸種催芽設備分控站之間的數(shù)據通訊采用成熟的TCP/IP通訊技術。

    系統(tǒng)結構圖如下：

                  


    3.2 PLC系統(tǒng)配置

    PLC系統(tǒng)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系列觸摸屏，實現(xiàn)就地自動控制。

    1、LM3109 CPU模塊：集成一體化模塊，自帶40點數(shù)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(xié)議/Modbus RTU協(xié)議/自由協(xié)議。

    2、LM3403 以太網擴展模塊：通過連接本模塊，使得LM系列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，可實現(xiàn)數(shù)據、歷史操作記錄、歷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：

                 
                      
 
    3.3 系統(tǒng)網絡

    中央控制室與各遠程PLC控制站之間通過星型結構局域網絡來實現(xiàn)數(shù)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與中央控制室數(shù)據傳輸轉發(fā)的任務。主要設置的參數(shù)如下：

    1、與PLC LM3403模塊TCP通訊接口參數(shù)，包括IP地址、子網掩碼、網關及輸入、輸出區(qū)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。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(jié)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(jié)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。

    3.4 監(jiān)控系統(tǒng)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(xiàn)實短時間的掉電保持保護；提供大屏幕顯示（液晶電視），把計算機的畫面顯示在大屏幕上，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(tài)軟件，實現(xiàn)對現(xiàn)場數(shù)據的實時監(jiān)控，提供友好的畫面顯示，具有數(shù)據報表、數(shù)據歷史查詢、溫度趨勢曲線、故障報警記錄、遠程控制管理等功能。大大減少人員的現(xiàn)場操作，實現(xiàn)工業(yè)級別的全自動監(jiān)控。

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

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

               

                

    3.4.2 現(xiàn)場PLC控制站功能

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

    浸種催芽過程以溫度為主要參考條件，通過一定的邏輯關系，實現(xiàn)對系列閥門及電機的控制，科學嚴格的保證水稻種子浸種催芽的所需條件。

    配置現(xiàn)場級觸摸屏HT6A00T與PLC通訊，顯示設備實時數(shù)據，實現(xiàn)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(tǒng)故障時，也可單獨控制設備。

    4 結束語

    基于和利時LM系列PLC可編程控制器的浸種催芽設備監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了浸種催芽設備安全、穩(wěn)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(qū)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

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    [2 ] 郭一楠，過程控制系統(tǒng)[M]，機械工業(yè)出版社.

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

    [ 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PLC技術-綜合篇[M]，機械工業(yè)出版社.