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(shù)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(chǎn)量有著決定性的影響，農(nóng)業(yè)專家曾經(jīng)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(shè)備實現(xiàn)了水稻浸種催芽的智能化控溫控水，全自動化設(shè)定，科學(xué)嚴(yán)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(jù)當(dāng)前墾區(qū)水稻標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的需要，為實現(xiàn)水稻生產(chǎn)全程機(jī)械化，針對水稻浸種、催芽生產(chǎn)過程中機(jī)械化程度低、勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)不規(guī)范等情況，浸種催芽設(shè)備能根據(jù)種子浸種催芽所需的溫度自動調(diào)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(shè)備由于科學(xué)調(diào)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(shè)備采用多箱結(jié)構(gòu)，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(dāng)某箱完成浸種時，由控制參數(shù)改變將其轉(zhuǎn)換為催芽箱。系統(tǒng)控制準(zhǔn)備水箱的水溫，工作時跟據(jù)浸種、催芽箱的測量溫度參數(shù)采用注水的方法，來完成調(diào)節(jié)浸種、催芽箱內(nèi)溫度。
現(xiàn)以黑龍江建三江海博工貿(mào)有限公司為例。
技術(shù)特點
浸種催芽設(shè)備從技術(shù)上能夠準(zhǔn)確的保證水稻的浸種質(zhì)量。浸種催芽設(shè)備的技術(shù)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(diào)，調(diào)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(bǔ)償技術(shù)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(shù)可做到浸種箱內(nèi)多部位的檢測溫度；
6、采用計算機(jī)技術(shù)實現(xiàn)部件工作狀態(tài)可預(yù)制；
7、采用玻璃鋼水箱整體保溫克服箱內(nèi)邊緣溫度與內(nèi)部溫度超差及實現(xiàn)節(jié)能。
2 催芽浸種設(shè)備工藝流程
一、調(diào)水工況
二、浸種工況
1、調(diào)水
2、浸種箱注水
3、浸種箱溫控
4、浸種結(jié)束
三、催芽工況
1、破胸準(zhǔn)備
2、破胸工況
3、催芽工況
四、結(jié)束
浸種、催芽工況結(jié)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(shè)計
浸種催芽設(shè)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(jù)采集（如水內(nèi)PH值檢測）、數(shù)據(jù)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(shè)，建立一個先進(jìn)、可靠、高效、安全且便于進(jìn)一步擴(kuò)充的集過程控制、監(jiān)視和計算機(jī)調(diào)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(chǎn)設(shè)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(shè)備分控站的自動控制和數(shù)據(jù)采集。
3.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
整個系統(tǒng)設(shè)1個中央控制室、8個浸種催芽設(shè)備PLC分控制站。浸種催芽設(shè)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(shè)備實現(xiàn)自動控制、數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)傳送。中央控制室、浸種催芽設(shè)備分控站之間的數(shù)據(jù)通訊采用成熟的TCP/IP通訊技術(shù)。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：
圖3-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
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(guān)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(wǎng)擴(kuò)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(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(fù)載電壓為DC24V或AC24－－220V，輸出開關(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(nèi)部集成配方存儲卡，HT6000系列配方卡為256KB，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)、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(shè)備為例，輸入輸出信號清單如下：
表 4-1 輸入輸出信號清單
3.3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)
中央控制室與各遠(yuǎn)程PLC控制站之間通過星型結(jié)構(gòu)局域網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。局域網(wǎng)絡(luò)的主要設(shè)備為交換機(jī)或集線器，主要完成PLC與中央控制室數(shù)據(jù)傳輸轉(zhuǎn)發(fā)的任務(wù)。主要設(shè)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(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)及輸入、輸出區(qū)大小設(shè)置。
2、中央控制室工控機(jī)完成計算機(jī)IP地址設(shè)置，組態(tài)軟件通訊PLC配置。
3、星型結(jié)構(gòu)局域網(wǎng)。星型網(wǎng)絡(luò)幾乎是Ethernet（以太網(wǎng)）網(wǎng)絡(luò)專用，它是因網(wǎng)絡(luò)中的各工作站節(jié)點設(shè)備通過一個網(wǎng)絡(luò)集中設(shè)備（如集線器或者交換機(jī)）連接在一起，各節(jié)點呈星狀分布而得名。這類網(wǎng)絡(luò)目前用的最多的傳輸介質(zhì)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(nèi)選用研華工業(yè)級計算機(jī)，配備不間斷電源，現(xiàn)實短時間的掉電保持保護(hù)；提供大屏幕顯示（液晶電視），把計算機(jī)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(jìn)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(jù)的實時監(jiān)控，提供友好的畫面顯示，具有數(shù)據(jù)報表、數(shù)據(jù)歷史查詢、溫度趨勢曲線、故障報警記錄、遠(yuǎn)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(jī)設(shè)備，打印歷史記錄，提供數(shù)據(jù)分析的依據(jù)。提供USB接口，對歷史數(shù)據(jù)可以拷貝保存。
可在控制室內(nèi)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(shè)定及修正，高級權(quán)限控制等操作。
3.4.2 現(xiàn)場PLC控制站功能
PLC采集設(shè)備數(shù)據(jù)的方式有兩種：一種是通過I/O點的方式監(jiān)控設(shè)備的閥門、電機(jī)、液位狀態(tài)；另一種是通過RS485通訊的方式采集設(shè)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(guān)系，實現(xiàn)對系列閥門及電機(jī)的控制，科學(xué)嚴(yán)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(shè)備實時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)設(shè)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(shè)備。
4 結(jié)束語
基于和利時LM系列PLC可編程控制器的浸種催芽設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了浸種催芽設(shè)備安全、穩(wěn)定運行，提高了生產(chǎn)線運轉(zhuǎn)的可靠性，大幅度提升了其性能。為墾區(qū)水稻標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)，大大提高了浸種催芽工作效率。
參考文獻(xiàn)
[ 1 ] 王伯倫，水稻優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)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(tǒng)[M]，機(jī)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(xué)出版社.
[ 4 ] 廖常初，PLC編程及應(yīng)用[M]，機(jī)械工業(yè)出版社.
[ 5 ] 王錦標(biāo)，和利時PLC技術(shù)-綜合篇[M]，機(jī)械工業(yè)出版社.
