果穗烘干倉(cāng)集散式智能溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

馬文軍+任嘉宇+侯艷芳

摘要玉米果穗烘干過(guò)程中的溫度監(jiān)測(cè)是烘干系統(tǒng)中極其重要的環(huán)節(jié)，為了保證種子的品質(zhì)不受影響，必須采用先進(jìn)的、可靠的設(shè)備，并且對(duì)烘干工藝過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)格控制。本文介紹一種集散式溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)采用觸摸屏和高精度溫濕度傳感器，穩(wěn)定性高，抗干擾能力強(qiáng)，能充分滿(mǎn)足種子加工行業(yè)的使用要求和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。運(yùn)行特點(diǎn)是抗靜電干擾，能耗低，檢測(cè)精度高，能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞烘干倉(cāng)傳感器觸摸屏組態(tài)

溫濕度監(jiān)測(cè)是果穗烘干控制系統(tǒng)的重要組成部分，果穗烘干房間比較多、環(huán)境復(fù)雜、布線(xiàn)分散，給施工安裝和現(xiàn)場(chǎng)操作維修帶來(lái)很大麻煩。通常情況下，采用多點(diǎn)溫濕度巡檢儀表顯示各點(diǎn)溫濕度，由于巡檢儀表是多個(gè)通道依次顯示，時(shí)間間隔較長(zhǎng)，不利于監(jiān)測(cè)人員觀察和記錄數(shù)據(jù)，并且傳感器與儀表逐一進(jìn)行接線(xiàn)，布線(xiàn)非常復(fù)雜。

本系統(tǒng)采用集散式控制方式，由觸摸屏和高精度溫濕度傳感器及一套嵌入式觸摸屏組態(tài)程序組成，能夠準(zhǔn)確、迅速地將烘?zhèn)}內(nèi)的各點(diǎn)溫濕度實(shí)時(shí)采集到觸摸屏，并實(shí)時(shí)顯示在主界面上，供烘干工段進(jìn)行科學(xué)管理，由RS-485總線(xiàn)組成的分布式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具有響應(yīng)速度快、數(shù)據(jù)更新及時(shí)、抗干擾能力強(qiáng)且能進(jìn)行長(zhǎng)距離通信等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，RS-485通訊使得觸摸屏至傳感器之間的布線(xiàn)變得非常簡(jiǎn)單，只要一根雙絞線(xiàn)即可，改變了原來(lái)繁瑣的布線(xiàn)方式，方便施工及日后檢修。

集散式智能溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用昆侖通態(tài)TPC1062KS觸摸屏，將果穗干燥間及主風(fēng)道各個(gè)部位溫度濕度參數(shù)采集并上傳到控制室中，觸摸屏顯示每點(diǎn)溫濕度實(shí)時(shí)測(cè)量值、實(shí)時(shí)曲線(xiàn)，溫濕度歷史數(shù)據(jù)報(bào)表，根據(jù)設(shè)定溫濕度和烘干時(shí)間進(jìn)行智能判斷，并作出操作提示、超標(biāo)報(bào)警、圖表處理、報(bào)表打印等，可以設(shè)定數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間間隔，方便用戶(hù)隨時(shí)查詢(xún)所有歷史溫濕度數(shù)據(jù)。為了提醒操作人員掌握測(cè)量果穗水分的時(shí)間，特別加入了每個(gè)果穗干燥間果穗上下溫度差值和濕度差值報(bào)警，可以單獨(dú)進(jìn)入單獨(dú)房間操作界面進(jìn)行設(shè)置，報(bào)警限值可由操作人員根據(jù)實(shí)際工作狀態(tài)設(shè)定。

一、硬件設(shè)計(jì)

硬件結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1智能溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖傳感器地址分配采用二進(jìn)制編碼，觸摸屏自動(dòng)對(duì)每個(gè)傳感器進(jìn)行尋址，采集各路傳感器的溫濕度信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)顯示在系統(tǒng)的主界面上，并按時(shí)間段進(jìn)行存儲(chǔ)，生成溫度報(bào)表和曲線(xiàn)，供查詢(xún)和打印，同時(shí)對(duì)超過(guò)設(shè)定值的溫濕度值所對(duì)應(yīng)的烘干倉(cāng)進(jìn)行報(bào)警。

昆侖通態(tài)的TPC1062KS型觸摸屏，是一套以嵌入式低功耗CPU為核心的高性能嵌入式一體化觸摸屏，ARM9內(nèi)核、CPU主頻400 MHz、64M內(nèi)存、128M存儲(chǔ)空間，屏幕為10.2英寸高亮度TFT液晶顯示屏，分辨率為800×400，預(yù)裝了MCGS嵌入式組態(tài)軟件，組態(tài)功能強(qiáng)大靈活，圖形庫(kù)豐富，支持U盤(pán)備份恢復(fù)，功耗低，抗干擾性能達(dá)到工業(yè)III級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行可靠，可根據(jù)實(shí)際需要自由進(jìn)行編程。

溫濕度傳感器選用昆侖海岸JWSL-6系列防護(hù)型一體化溫濕度變送器，該傳感器適用于灰塵等條件較差的場(chǎng)所的溫濕度測(cè)量，性能可靠。采用DC24 V供電，溫度量程為0～50 ℃；濕度量程為0～100%RH 。準(zhǔn)確度：溫度為±0.5 ℃（0～50 ℃）；濕度為±3%RH，5%RH～95%RH，25 ℃。工作溫度為10～60 ℃。長(zhǎng)期穩(wěn)定性：濕度為﹤1%RH/y；溫度﹤0.1 ℃/y。響應(yīng)時(shí)間﹤15 s（1 m/s 風(fēng)速）。輸出信號(hào)：RS485網(wǎng)絡(luò)輸出型。安裝方式：壁掛式固定墻面。溫濕度傳感器RS-485輸出采用雙絞線(xiàn)與RS232/485轉(zhuǎn)換器連接，多個(gè)傳感器采用2芯0.5 mm2屏蔽雙絞線(xiàn)并聯(lián)。

溫濕度傳感器供電電源采用佛山威捷電子設(shè)備廠(chǎng)生產(chǎn)的數(shù)顯SY3003D線(xiàn)性直流電源兩臺(tái)，輸出電壓24 V，單臺(tái)輸出電流3 A，可以在滿(mǎn)負(fù)荷狀態(tài)下，長(zhǎng)時(shí)間不間斷地使用，并具有安全保護(hù)功能。

烘干倉(cāng)內(nèi)布點(diǎn)如圖2：

圖2烘干倉(cāng)內(nèi)布點(diǎn)圖烘干倉(cāng)內(nèi)玉米裝倉(cāng)高度為垂直篩板3 m高，所以在每個(gè)烘干倉(cāng)的通風(fēng)篩板中部位置向上4 m處安裝上部溫濕度傳感器，通風(fēng)篩板下部0.5 m處安裝下部溫濕度傳感器，并把上下傳感器的對(duì)應(yīng)接線(xiàn)端子并連接到485總線(xiàn)，多個(gè)溫濕度傳感器并聯(lián)后的總線(xiàn)直接進(jìn)入控制室的RS232/485接口上，其他烘干倉(cāng)接法相同。

二、軟件設(shè)計(jì)

嵌入式組態(tài)軟件的組態(tài)環(huán)境和模擬運(yùn)行環(huán)境相當(dāng)于一套完整的工具軟件，可以在PC機(jī)上運(yùn)行。嵌入式組態(tài)軟件的運(yùn)行環(huán)境則是一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)行系統(tǒng)，它按照組態(tài)工程中用戶(hù)指定的方式進(jìn)行各種處理，完成用戶(hù)組態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和功能。運(yùn)行環(huán)境本身沒(méi)有任何意義，必須與組態(tài)工程一起作為一個(gè)整體，才能構(gòu)成用戶(hù)應(yīng)用系統(tǒng)。一旦組態(tài)工作完成，并且將組態(tài)好的工程通過(guò)USB口下載到嵌入式一體化觸摸屏的運(yùn)行環(huán)境中，組態(tài)工程就可以離開(kāi)組態(tài)環(huán)境而獨(dú)立運(yùn)行在TPC上。從而實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的可靠性、實(shí)時(shí)性、確定性和安全性。

MCGS嵌入版生成的用戶(hù)應(yīng)用系統(tǒng)，主要由設(shè)備窗口、用戶(hù)窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)成，設(shè)備窗口專(zhuān)門(mén)用來(lái)放置不同類(lèi)型和功能的設(shè)備構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備的操作和控制。設(shè)備窗口通過(guò)設(shè)備構(gòu)件把外部設(shè)備的數(shù)據(jù)采集進(jìn)來(lái)，送入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，或把實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)輸出到外部設(shè)備。用戶(hù)窗口中可以放置三種不同類(lèi)型的圖形對(duì)象：圖元、圖符和動(dòng)畫(huà)構(gòu)件。通過(guò)在用戶(hù)窗口內(nèi)放置不同的圖形對(duì)象，用戶(hù)可以構(gòu)造各種復(fù)雜的圖形界面，用不同的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和流程的“可視化”。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)相當(dāng)于一個(gè)數(shù)據(jù)處理中心，同時(shí)也起到公共數(shù)據(jù)交換區(qū)的作用。從外部設(shè)備采集來(lái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)送入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，系統(tǒng)其他部分操作的數(shù)據(jù)也來(lái)自于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。

觸摸屏組態(tài)編程時(shí)，在用戶(hù)窗口中首先設(shè)計(jì)啟動(dòng)窗口，即主界面窗口，觸摸屏啟動(dòng)后自動(dòng)登錄主界面窗口，啟動(dòng)窗口包含溫濕度數(shù)據(jù)等所有信息。以每批干燥果穗800 t為例，一共16個(gè)干燥間，每個(gè)房間上下各設(shè)一個(gè)溫濕度采集點(diǎn)，主風(fēng)道內(nèi)在前部、中部、后部各設(shè)一個(gè)采集點(diǎn)，共35點(diǎn)。啟動(dòng)窗口中，所有采集點(diǎn)的數(shù)據(jù)都顯示在上面，其中溫度上限報(bào)警設(shè)定為公共報(bào)警，點(diǎn)擊溫濕度上限報(bào)警后面的數(shù)字，出現(xiàn)對(duì)話(huà)框，操作人員可以設(shè)定數(shù)值。當(dāng)某一點(diǎn)或幾點(diǎn)溫度超過(guò)設(shè)定值后，溫度顯示值閃爍，提示超溫。endprint

在主界面窗口中，按下每個(gè)房間的序號(hào)按鈕，則可進(jìn)入相應(yīng)的干燥間界面觀察詳細(xì)的參數(shù)情況，例如，按下“2#”鍵按鈕，則進(jìn)入2#果穗干燥間溫濕度監(jiān)測(cè)界面窗口，在這個(gè)窗口中，用形象化的烘干倉(cāng)剖面圖表示出果穗干燥間上部、下部的溫度和濕度，并以不同的顏色顯示測(cè)量數(shù)字，窗口的右半部分繪制出溫濕度實(shí)時(shí)曲線(xiàn)，在同一個(gè)坐標(biāo)系內(nèi)以不同的顏色加以區(qū)分。特別設(shè)置了上下溫度差、濕度差報(bào)警，當(dāng)上下溫度差或上下濕度差小于設(shè)定值時(shí)，此時(shí)“溫度差達(dá)到設(shè)定值，請(qǐng)檢測(cè)水分”或“濕度差達(dá)到設(shè)定值，請(qǐng)檢測(cè)水分”變?yōu)榭梢?jiàn)文字，并閃爍報(bào)警，同時(shí)，啟動(dòng)窗口中的相應(yīng)房間紅色報(bào)警指示燈或綠色報(bào)警指示燈也變成可見(jiàn)并閃爍報(bào)警。而且，我們還可以從溫濕度曲線(xiàn)圖上看出上下溫度曲線(xiàn)向一起靠攏，上下濕度曲線(xiàn)向一起靠攏，提醒操作人員檢查水分。溫度差下限報(bào)警設(shè)定和濕度差下限報(bào)警設(shè)定方法與啟動(dòng)窗口中溫度上限報(bào)警設(shè)定相同。按下“返回”按鈕，可以回到啟動(dòng)窗口，按下“上一頁(yè)”進(jìn)入到1#果穗干燥間，按下“下一頁(yè)”進(jìn)入到3#果穗干燥間，其余房間與此相同。

在啟動(dòng)窗口中，按下“溫度（℃）數(shù)據(jù)報(bào)表”按鈕，或“濕度（%RH）數(shù)據(jù)報(bào)表”按鈕，進(jìn)入相應(yīng)界面窗口，組態(tài)編程時(shí)，設(shè)置每30 min保存數(shù)據(jù)一次，操作人員可在此界面上查詢(xún)歷史數(shù)據(jù)，并可打印報(bào)表。實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，可以點(diǎn)擊“設(shè)置”按鈕，出現(xiàn)對(duì)話(huà)框，操作人員可以輸入需要查詢(xún)的時(shí)間范圍，就可以查詢(xún)輸入時(shí)間范圍內(nèi)的所有歷史數(shù)據(jù)。

果穗烘干倉(cāng)集散式智能溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，能耗低，能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。果穗烘干倉(cāng)集散式智能溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用，提高了種子加工過(guò)程的科學(xué)化管理水平，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程的智能化、自動(dòng)化，對(duì)于我國(guó)種業(yè)科技的快速發(fā)展具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

＼[1＼]楊寧，趙玉剛.集散控制系統(tǒng)及現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003.

＼[2＼]何利民.嵌入式系統(tǒng)的定義與發(fā)展歷史[J].單片機(jī)與嵌入系統(tǒng)應(yīng)用，2004（1）.

＼[3＼]鄭戍華，王向周，南順成，等.電阻式觸摸屏在智能儀表中的應(yīng)用[J].儀表技術(shù)與傳感器，2003（1）.

＼[4＼]李方園.人機(jī)界面設(shè)計(jì)技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

＼[5＼]周榮富，陶文英..集散控制系統(tǒng)[M].北京：北京大學(xué)出版社，2011.`（04）endprint

在主界面窗口中，按下每個(gè)房間的序號(hào)按鈕，則可進(jìn)入相應(yīng)的干燥間界面觀察詳細(xì)的參數(shù)情況，例如，按下“2#”鍵按鈕，則進(jìn)入2#果穗干燥間溫濕度監(jiān)測(cè)界面窗口，在這個(gè)窗口中，用形象化的烘干倉(cāng)剖面圖表示出果穗干燥間上部、下部的溫度和濕度，并以不同的顏色顯示測(cè)量數(shù)字，窗口的右半部分繪制出溫濕度實(shí)時(shí)曲線(xiàn)，在同一個(gè)坐標(biāo)系內(nèi)以不同的顏色加以區(qū)分。特別設(shè)置了上下溫度差、濕度差報(bào)警，當(dāng)上下溫度差或上下濕度差小于設(shè)定值時(shí)，此時(shí)“溫度差達(dá)到設(shè)定值，請(qǐng)檢測(cè)水分”或“濕度差達(dá)到設(shè)定值，請(qǐng)檢測(cè)水分”變?yōu)榭梢?jiàn)文字，并閃爍報(bào)警，同時(shí)，啟動(dòng)窗口中的相應(yīng)房間紅色報(bào)警指示燈或綠色報(bào)警指示燈也變成可見(jiàn)并閃爍報(bào)警。而且，我們還可以從溫濕度曲線(xiàn)圖上看出上下溫度曲線(xiàn)向一起靠攏，上下濕度曲線(xiàn)向一起靠攏，提醒操作人員檢查水分。溫度差下限報(bào)警設(shè)定和濕度差下限報(bào)警設(shè)定方法與啟動(dòng)窗口中溫度上限報(bào)警設(shè)定相同。按下“返回”按鈕，可以回到啟動(dòng)窗口，按下“上一頁(yè)”進(jìn)入到1#果穗干燥間，按下“下一頁(yè)”進(jìn)入到3#果穗干燥間，其余房間與此相同。

在啟動(dòng)窗口中，按下“溫度（℃）數(shù)據(jù)報(bào)表”按鈕，或“濕度（%RH）數(shù)據(jù)報(bào)表”按鈕，進(jìn)入相應(yīng)界面窗口，組態(tài)編程時(shí)，設(shè)置每30 min保存數(shù)據(jù)一次，操作人員可在此界面上查詢(xún)歷史數(shù)據(jù)，并可打印報(bào)表。實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，可以點(diǎn)擊“設(shè)置”按鈕，出現(xiàn)對(duì)話(huà)框，操作人員可以輸入需要查詢(xún)的時(shí)間范圍，就可以查詢(xún)輸入時(shí)間范圍內(nèi)的所有歷史數(shù)據(jù)。

果穗烘干倉(cāng)集散式智能溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，能耗低，能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。果穗烘干倉(cāng)集散式智能溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用，提高了種子加工過(guò)程的科學(xué)化管理水平，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程的智能化、自動(dòng)化，對(duì)于我國(guó)種業(yè)科技的快速發(fā)展具有重要意義。

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＼[5＼]周榮富，陶文英..集散控制系統(tǒng)[M].北京：北京大學(xué)出版社，2011.`（04）endprint

在主界面窗口中，按下每個(gè)房間的序號(hào)按鈕，則可進(jìn)入相應(yīng)的干燥間界面觀察詳細(xì)的參數(shù)情況，例如，按下“2#”鍵按鈕，則進(jìn)入2#果穗干燥間溫濕度監(jiān)測(cè)界面窗口，在這個(gè)窗口中，用形象化的烘干倉(cāng)剖面圖表示出果穗干燥間上部、下部的溫度和濕度，并以不同的顏色顯示測(cè)量數(shù)字，窗口的右半部分繪制出溫濕度實(shí)時(shí)曲線(xiàn)，在同一個(gè)坐標(biāo)系內(nèi)以不同的顏色加以區(qū)分。特別設(shè)置了上下溫度差、濕度差報(bào)警，當(dāng)上下溫度差或上下濕度差小于設(shè)定值時(shí)，此時(shí)“溫度差達(dá)到設(shè)定值，請(qǐng)檢測(cè)水分”或“濕度差達(dá)到設(shè)定值，請(qǐng)檢測(cè)水分”變?yōu)榭梢?jiàn)文字，并閃爍報(bào)警，同時(shí)，啟動(dòng)窗口中的相應(yīng)房間紅色報(bào)警指示燈或綠色報(bào)警指示燈也變成可見(jiàn)并閃爍報(bào)警。而且，我們還可以從溫濕度曲線(xiàn)圖上看出上下溫度曲線(xiàn)向一起靠攏，上下濕度曲線(xiàn)向一起靠攏，提醒操作人員檢查水分。溫度差下限報(bào)警設(shè)定和濕度差下限報(bào)警設(shè)定方法與啟動(dòng)窗口中溫度上限報(bào)警設(shè)定相同。按下“返回”按鈕，可以回到啟動(dòng)窗口，按下“上一頁(yè)”進(jìn)入到1#果穗干燥間，按下“下一頁(yè)”進(jìn)入到3#果穗干燥間，其余房間與此相同。

在啟動(dòng)窗口中，按下“溫度（℃）數(shù)據(jù)報(bào)表”按鈕，或“濕度（%RH）數(shù)據(jù)報(bào)表”按鈕，進(jìn)入相應(yīng)界面窗口，組態(tài)編程時(shí)，設(shè)置每30 min保存數(shù)據(jù)一次，操作人員可在此界面上查詢(xún)歷史數(shù)據(jù)，并可打印報(bào)表。實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，可以點(diǎn)擊“設(shè)置”按鈕，出現(xiàn)對(duì)話(huà)框，操作人員可以輸入需要查詢(xún)的時(shí)間范圍，就可以查詢(xún)輸入時(shí)間范圍內(nèi)的所有歷史數(shù)據(jù)。

果穗烘干倉(cāng)集散式智能溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，能耗低，能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。果穗烘干倉(cāng)集散式智能溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用，提高了種子加工過(guò)程的科學(xué)化管理水平，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程的智能化、自動(dòng)化，對(duì)于我國(guó)種業(yè)科技的快速發(fā)展具有重要意義。

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＼[5＼]周榮富，陶文英..集散控制系統(tǒng)[M].北京：北京大學(xué)出版社，2011.`（04）endprint