基于三菱FX5U 系列PLC 控制的粮食烘干系统

◎ 张力元，朱思雨，张世茹，高 舟

（长春工程学院，吉林 长春 130012）

粮食烘干自动控制技术在日常生活中占据着重要地位，随着科技的进步，自动化机械逐渐充斥农机市场。近年来，PLC 在控制能力、硬件成本等各方面的优势和技术发展使其在控制领域得到越来越广泛的应用。本文采用简单方便的PLC 控制技术控制谷物烘干机的运行，为农业中谷物的生产过程提供参考。

1 谷物烘干机的工作流程

1.1 谷物烘干机的工作原理

谷物烘干机主要用于小麦、稻谷的干燥，由煤炉、电动机、引风机、电磁阀和传输结构等组成。

潮湿谷物由料斗进入提升机，由提升机将谷物升至仓顶，由上绞龙经过缓苏仓到达干燥仓。干燥段分为两个热风室、4 个谷物通道和3 个废气室[1]。其中，谷物通道在热风室和废气室之间。经过燃烧机加热后，热空气在鼓风机的作用下进入干燥仓热风室，温度可由电磁阀控制，自下而上的热风与受到自重作用的谷物充分接触，使谷物温度提高，同时带走大量的水蒸气使其快速干燥[2]。其中谷物干燥产生的气体由废气室排出。谷物从上至下经过4 个干燥段后，经电容水分在线测试传感器检测，若谷物湿度未达要求，则将谷物经下绞龙进入提升机升至上绞龙，到达缓苏仓，缓存仓无热风处理，干燥后保持一定温度的谷物因表面与内部存在温差，促使谷物水分蒸发。缓存仓内谷物由于重力作用进入干燥仓再次进行烘干处理，如此将谷物反复循环处理，直至传感器检测合格，谷物湿度达到要求。谷物检测合格后，经排粮管将其排出，进行打包入库处理[3]。谷物烘干机可机械化连续作业，操作方便，谷物烘干后可直接打包入库，温度、湿度可调，热风余热可回收利用，节约资源[4-5]。

1.2 谷物烘干机的工艺要求与工作流程

谷物送入料斗后进入称重仓，将定量的谷物送入加工仓。加工仓内温度低于设定值时，加热器与风机开启进行烘干，搅拌电机搅拌以保证烘干速度快且效果均匀。当温度和湿度同时到达设定值，进入下一步。进行烘干的谷物烘干至温度与湿度均达到设定值后进行包装入库。谷物烘干机主要环节工作流程如图1所示。

图1 主要环节工作流程图

2 PLC 控制系统设计

2.1 硬件设计

PLC 相对于传统继位器具备接线简单、抗干扰能力强、使用寿命长、响应速度快等优点，内部程序可变，电路无需大范围改动就能实现电路的大量控制，因此选用PLC 控制器。本文设计的谷物烘干机具有相对固定的控制系统功能，采用开关量控制是其主要的控制方式，选用小型PLC 即可满足其控制需求。依照谷物烘干机的作业流程和控制系统I/O 信号数量选择三菱FX5U 作为本系统使用的PLC，输入输出信号分配如表1 所示。

根据本系统的工艺要求设定设备的连接方案为物料进入料斗，由料灰斗的振动电机驱动，由称重传感器检测进料阀和物料的重量。高振动电机将物料送入供料阀，在处理室（即为此设计的干燥装置）内进行干燥，然后开启排气阀和包装电机使物料进入传送带，完成入库流程。本设计的设备连接方法如图2 所示。

图2 设备连接方法示意图

2.2 软件设计

自动模式下，判断料斗是否高于低料位，在低料位以下，等待人工加料至高料位；在低料位以上，则打开M1、M2、M3 电机，料自动落入称重仓内。称重传感器大于设定值时，关闭M1、M3 电机。打开M4 电机，料从称重仓内落入到加工仓中，称重仓数值为0 后，表明料已经全部落入到加工仓中，关闭M2、M4。加工厂开始加工，温度低于设定值时，加热器开始加热，风机一直工作，进行烘干，为了实现烘干速度快且效果均匀，搅拌电机需要持续搅拌。当温度和湿度同时到达设定值，停止加热和烘干，打开放料阀，让料落入包装袋中。延时10 s，认为料已经全部落入包装袋中，关闭搅拌电机和放料阀，延时3 s后打开包装电机，进行自动包装。接收到包装电机完成信号后，关闭包装电机。同时传送电机运行，将包装袋送入仓库中。检测到包装袋信号入库信号后，停止传送电机。至此，一批粮食已经烘干完成且入库。没有收到自动停止信号则继续从第一步开始循环加工下一批，收到停止信号则结束运行。手动模式下，可进行模拟量读取，根据当时实际的使用需求进行操作。

谷物烘干机的核心环节为粮食的含水量的测定与加热风机的控制。烘干机在烘干过程中根据工艺要求需要对含水量进行间隔测定，并与给定值对比。一旦测定的含水量低于给定值，即可关闭烘干电机，打开放料阀，进入下一环节，反之则烘干电机持续运行直至测定的含水量低于给定值。本部分主要就温湿度控制程序与烘干程序进行说明。

2.2.1 温湿度控制程序编程

当烘干装置运行，温度降至HMI 温度设定值以下时，加热器Y4 开启，加热开始，加热风机Y5 保持运转，进行烘干。搅拌电机Y6 不断搅拌，提高干燥速度，使效果均匀。温湿度控制程序见图3。

图3 温湿度控制程序梯形图

2.2.2 烘干程序编程

烘干部分由常开的加热风机控制，加热风机Y5在手动状态下可以进行人工开闭。烘干程序见图4。

图4 烘干程序梯形图

3 结语

本文将PLC 技术应用于农业生产，介绍了谷物烘干机的原理与工作流程，选用三菱FX5U 作为控制器对谷物烘干机进行控制，实现了谷物烘干自动与手动的全过程，重点分析了温湿度控制模块和烘干模块。通过仿真调试，表明基于PLC 控制的谷物烘干机操作简便、运行稳定可靠，可以在实际生产过程中提升效率，具有广阔的发展前景。