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。根據當前墾區水稻標準化生產的需要，為實現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，由控制參數改變將其轉換為催芽箱。系統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采用注水的方法，來完成調節浸種、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部件工作狀態可預制；

    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，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：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，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控制系統設計

    浸種催芽設備自動監控系統實現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、信息化環保工程的思想，著眼于企業“管控一體化”信息系統的建設，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、監視和計算機調度管理于一體并且具備良好開放性的監控系統，完成對整個工藝過程及全部生產設備的監測與自動控制。我們采用以和利時公司LM系列可編程控制器PLC為現場集控系統，實現對各個浸種催芽設備分控站的自動控制和數據采集。

    3.1 控制系統結構

    整個系統設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自動控制、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。

    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 開關量輸出模塊組成，同時配置和利時HT6000系列觸摸屏，實現就地自動控制。

    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，可實現數據、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與中央控制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、中央控制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。

    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組態軟件，實現對現場數據的實時監控，提供友好的畫面顯示，具有數據報表、數據歷史查詢、溫度趨勢曲線、故障報警記錄、遠程控制管理等功能。大大減少人員的現場操作，實現工業級別的全自動監控。

    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控制切換，手動控制和自動控制切換，工藝參數設定及修正，高級權限控制等操作。

               

                

    3.4.2 現場PLC控制站功能

    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，實現設備就地控制。就地控制獨立于中央控制室，在中央控制系統故障時，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控系統，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

    [ 1 ] 王伯倫，水稻優質高產育種的理論與實踐[M]，中國水利水電出版社. 

    [2 ] 郭一楠，過程控制系統[M]，機械工業出版社.

    [ 3 ] 孫亮，楊鵬，自動控制原理[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.