水稻催芽監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備功能及其設(shè)計,農(nóng)業(yè)工程論文

水稻催芽監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備功能及其設(shè)計,農(nóng)業(yè)工程論文世界的水稻種植區(qū)域主要集中在亞洲，約占世界水稻種植面積的90%，產(chǎn)量接近糧食總產(chǎn)的50%。水稻是我們國家糧食種植面積最大、單產(chǎn)最高、總產(chǎn)最多的作物之一。催芽在水稻生產(chǎn)經(jīng)過中起著決定性的作用，溫度、水分和空氣是水稻催芽經(jīng)過中非常重要的條件。水稻催芽是人為地創(chuàng)造合適種子發(fā)芽的條件、促使種子在適宜的條件下提早發(fā)芽的一種措施。傳統(tǒng)催芽的方式方法(如煤灰催芽法、蒸汽催芽以及新興的溫室催芽、電熱毯催芽等)因很難控制催芽所需的溫度、水分等條件，很容易出現(xiàn)爛種、爛芽等異?，F(xiàn)象，造成經(jīng)濟損失;同時，每次的催芽數(shù)量遭到限制，生產(chǎn)步驟多，不僅浪費大量的人力資源，而且生產(chǎn)效率低。為了知足當(dāng)代化、大規(guī)模、高效水稻種植生產(chǎn)的需求，本文設(shè)計了一種水稻智能化催芽監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠知足催芽經(jīng)過中所需的環(huán)境參數(shù)，幾乎不需要工作人員監(jiān)控，實現(xiàn)全自動化水稻催芽生產(chǎn)，促使水稻芽種產(chǎn)業(yè)進一步朝著規(guī)?；⒆詣踊约爸悄芑较虬l(fā)展。1系統(tǒng)整體設(shè)計該水稻智能化催芽監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備配備1臺注水泵和1臺回水泵;配備主控裝置與溫度、水位檢測系統(tǒng);配備分控裝置和1臺鍋爐(電鍋爐或燃油鍋爐)、檢測系統(tǒng)(溫度及水位)、循環(huán)泵、弱噴淋系統(tǒng)。其構(gòu)造示意圖如此圖1所示?！緢D1】本系統(tǒng)由支撐系統(tǒng)、浸種催芽箱、熱水箱、排水系統(tǒng)、回水系統(tǒng)、注水系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)及排煙系統(tǒng)等部分組成。支撐系統(tǒng)包含各箱體支撐、種子托架及管路支撐等;浸種催芽箱作為種箱，由玻璃鋼箱板組裝，數(shù)量為5～10箱(根據(jù)生產(chǎn)量配置);熱水箱用于催芽時調(diào)整催芽溫度，可同時對兩個種箱進行催芽;排水系統(tǒng)用來排放作業(yè)中產(chǎn)生的廢水;回水系統(tǒng)是在催芽經(jīng)過中將種箱內(nèi)的水送回?zé)崴?注水系統(tǒng)是在催芽經(jīng)過中將調(diào)整好溫度的熱水注入種箱;給水系統(tǒng)是由外來水源給各個箱內(nèi)加水;循環(huán)系統(tǒng)的作用是調(diào)整箱體內(nèi)部水溫不均(包含加熱鍋爐和噴淋系統(tǒng));排煙系統(tǒng)是用來排放掉燃油鍋爐加熱經(jīng)過中產(chǎn)生的廢氣。水稻催芽監(jiān)控系統(tǒng)的主要生產(chǎn)經(jīng)過為:首先將所需種子裝入浸種催芽箱里，然后注水泵將水注入;鍋爐工作后，由傳感器(水位，溫度)將數(shù)據(jù)傳送到主控計算機，使溫度穩(wěn)定在一定值，溫度、水循環(huán)經(jīng)計算機軟件設(shè)置的要求來智能程控;浸種完成后，將箱體內(nèi)的水排掉，熱水箱將工作，計算機控制種子催芽工序開場;通過計算機遠程監(jiān)控，循環(huán)泵調(diào)節(jié)水溫，知足種子所需破胸溫度后，由注水泵將水注入到箱體。需要注意的是，該系統(tǒng)的浸種箱與催芽箱是同一個設(shè)備箱體，不需要改變種子的位置，只需重新調(diào)節(jié)溫度和換水即可。最后，再由循環(huán)噴淋系統(tǒng)實現(xiàn)浸種箱溫度均勻性的同步調(diào)節(jié)。此生產(chǎn)經(jīng)過不僅能夠由計算機遠程監(jiān)控，還可由分控器和主控器進行單獨控制。2水稻催芽監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備功能2．1整體設(shè)備功能該監(jiān)控系統(tǒng)使用計算機技術(shù)完成浸種、催芽生產(chǎn)控制經(jīng)過，全面實現(xiàn)遠程監(jiān)控，并且在同一生產(chǎn)線內(nèi)的種箱能夠完成浸種、催芽兩種功能。系統(tǒng)采用主控、分控結(jié)合技術(shù):主控系統(tǒng)使用Windows操作系統(tǒng)，主控軟件為具有自主知識產(chǎn)權(quán)的專用軟件;分控系統(tǒng)由工業(yè)嵌入式計算機及固化專業(yè)軟件組成。為了全面反映箱內(nèi)溫度，該監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了每箱多處溫度測量計算控制，并使用多傳感器巡回檢測技術(shù)，可對浸種、催芽位置的溫度進行監(jiān)控。其減小了傳感器誤差及系統(tǒng)誤差，使用溫度值及最大誤差雙指標設(shè)置，實現(xiàn)控制誤差在設(shè)置范圍內(nèi)。其生產(chǎn)經(jīng)過無需人工干涉，只需在計算機上設(shè)置所有的工作，在整個生產(chǎn)工藝參數(shù)的設(shè)定范圍內(nèi)，能夠手動和自動控制。這套設(shè)備不僅使催芽經(jīng)過智能化，而且避免催芽經(jīng)過中所產(chǎn)生的一些意外現(xiàn)象。例如，當(dāng)意外停電再來電時，使用該系統(tǒng)的運行記憶功能，工作系統(tǒng)會自動恢復(fù)并且數(shù)據(jù)不會丟失;當(dāng)意外關(guān)閉運行的計算機系統(tǒng)后，使用控制系統(tǒng)功能離線工作，系統(tǒng)仍然會在預(yù)設(shè)的工作參數(shù)和程序下運行;催芽經(jīng)過中經(jīng)常出現(xiàn)靜水浸種溫度不均且嚴重缺氧等問題，使用弱流噴淋、增氧及溫度平衡等技術(shù)來避免這類問題的出現(xiàn)。該設(shè)備還具有下面功能:①注水時水位自動控制;②回水時水位自動控制;③二次回水時間自動控制;④水在箱內(nèi)停留時間自動控制;⑤注水間隔時間自動控制;⑥鍋爐加熱自動控制;⑦調(diào)水降溫自動控制;⑧浸、催兩種作業(yè)能夠同時進行。2．2熱效率高，能耗低第1次催芽加熱后熱水箱的熱量可被下次催芽利用，催芽箱數(shù)越多能耗越低。其能耗成本較電加熱方式低20%以上，到達了節(jié)約能源的目的。2．3環(huán)保、使用壽命長采用無污染、無腐蝕的玻璃鋼箱體，設(shè)備使用壽命達10年以上。單箱可生產(chǎn)2．5～15t，自動控制可同時催2箱，手動控制可同時催4箱。使用計算機集中控制，實現(xiàn)了觀察數(shù)據(jù)在控制室內(nèi)，人員、品種、時間、溫度、設(shè)備運行狀態(tài)及生產(chǎn)經(jīng)過測量參數(shù)自動記錄、永久存儲。本浸種、催芽設(shè)備首創(chuàng)大型間歇水浴工藝完全自動控制，可使弱芽勢種子與強芽勢種子同時出芽，合格種子的芽種生產(chǎn)質(zhì)量可達芽率95%以上(長度2mm的等芽長芽率)，且芽型為雙山型。3監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計及實現(xiàn)3．1組態(tài)軟件在上位機中的應(yīng)用主控窗口的組態(tài)設(shè)計是水稻催芽監(jiān)控系統(tǒng)的主窗口或主框架，主要應(yīng)用的MCGS軟件。圖2所示為熱水箱動畫顯示控制圖。工藝流程:通過水井泵的工作，向熱水箱里注水，之后雙擊組態(tài)屏上的循環(huán)泵，點擊加熱器，對熱水箱進行加熱;水溫知足破胸溫度后，在催芽經(jīng)過中通過注水泵將調(diào)整好溫度的水注入浸種箱;回水泵工作時，將浸種箱里的水送回?zé)崴?，如此到達催芽目的;雙擊排水閥，可排掉催芽經(jīng)過中產(chǎn)生的廢水;通過動畫界面的觀察，能夠清楚明晰地判定設(shè)備進行何種工作以及工作經(jīng)過中水流的方向。其動畫界面左側(cè)顯示水位、溫度以及平均數(shù)據(jù)，通過這些數(shù)據(jù)能夠更好地掌控催芽的狀態(tài)。通過該界面的操作就能夠?qū)﹂y、泵、鍋爐的開關(guān)狀態(tài)進行控制，進而到達操作系統(tǒng)的目的。3．2數(shù)據(jù)庫組態(tài)設(shè)計數(shù)據(jù)庫組態(tài)是整個組態(tài)軟件的核心部分。數(shù)據(jù)是分布式控制系統(tǒng)的信息來源，一個工程項目中所有需要監(jiān)測和控制的點都在數(shù)據(jù)庫組態(tài)中完成。該設(shè)計的數(shù)據(jù)庫包括下面類型:數(shù)值型、字符型、開關(guān)型。數(shù)值型包括催芽調(diào)溫下限、存儲數(shù)據(jù)時間、當(dāng)下工作種箱狀態(tài)、當(dāng)下工作種箱平均溫度、水位、平均溫度、啟動時間、加熱器關(guān)閉溫差、加熱器開啟溫差、浸種上限、浸種下限等數(shù)據(jù);字符型包括當(dāng)下種箱漢字、當(dāng)下種箱水位漢字、當(dāng)下狀態(tài)漢字、工作狀態(tài)漢字、種箱編號等數(shù)據(jù);開關(guān)型包括泵閥輸出控制、泵閥輸入狀態(tài)、當(dāng)下種箱低水位、當(dāng)下種箱高水位、當(dāng)下種箱中水位、低水位、高水位、回水閥、加熱、排水閥、通信狀態(tài)、循環(huán)泵、注水閥、種箱注水閥狀態(tài)、種箱回水閥狀態(tài)等數(shù)據(jù)。3．3設(shè)備變量的定義該設(shè)計中設(shè)備變量包括開關(guān)量和模擬量:開關(guān)量是地址0字開始的變量，模擬量是托存器4W開始的變量。表1為一部分設(shè)備變量數(shù)據(jù)，通過對設(shè)備變量定義，到達設(shè)備運行的目的。3．4Modbus協(xié)議介紹本組態(tài)軟件設(shè)計主要以Modbus協(xié)議為核心，通過該協(xié)議能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備之間的互相通信。此協(xié)議不僅能檢測錯誤及對錯誤進行記錄，并且描繪敘述了控制器請求訪問其它設(shè)備的經(jīng)過。當(dāng)在Modbus網(wǎng)絡(luò)上進行通信時，此協(xié)議決定了控制器要產(chǎn)生何種命令。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅速發(fā)展的今天，Modbus協(xié)議廣泛應(yīng)用在各種工廠自動化領(lǐng)域中，不同的控制設(shè)備通過Modbus協(xié)議能夠連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。Modbus協(xié)議之所以被廣泛采用，主要是由于Modbus具有下面特點:1)Modbus傳送方式廣泛，能夠在各種介質(zhì)上傳送(光纖、無線等);2)Modbus協(xié)議具有幀格式簡單并且容易操作等優(yōu)點;3)Modbus是具有開放性、高性價比等特點的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，其應(yīng)用較為靈敏，用戶能夠免費使用Modb-us協(xié)議;4)Modbus能夠支持多種電氣接口。4系統(tǒng)設(shè)備測試在水稻催芽經(jīng)過中，溫度起著決定性的作用。對系統(tǒng)設(shè)備運行進行一段時間的測試，觀察所需溫度數(shù)據(jù)能否知足催芽所需條件。在浸種經(jīng)過中，根據(jù)要求溫度需保持10～12℃，測試結(jié)果如表2所示。在破胸經(jīng)過中，種箱內(nèi)溫度需保持在30～－32℃，測試結(jié)果如表3所示。根據(jù)表2、表3可知:在浸種與破胸期間，鍋爐的開關(guān)狀態(tài)會隨箱內(nèi)溫度的變化而發(fā)生改變，使箱內(nèi)溫度保持在浸種與破胸需要的范圍內(nèi)。上述測試結(jié)果表示清楚，水稻在浸種與破胸期間系統(tǒng)的工作狀態(tài)正常。5結(jié)論針對當(dāng)前水稻催芽傳統(tǒng)、低效的手段，設(shè)計了一種水稻智能化催芽監(jiān)控系統(tǒng)，以解決利用傳統(tǒng)方式、靠人工手動監(jiān)控各個環(huán)境因子所帶來的不便，提高生產(chǎn)效率，實現(xiàn)規(guī)?；⒅悄芑?。該系統(tǒng)能夠穩(wěn)定保持催芽所需的溫度以及水循環(huán)，準確讀取數(shù)據(jù)，起到實時、全方位監(jiān)測與控制的作用。其通過控制鍋爐、循環(huán)泵、注水閥、回水閥等設(shè)備的工作情況，把各環(huán)境參數(shù)調(diào)整到最合適水稻催芽范圍內(nèi)，保證了芽種的產(chǎn)量及質(zhì)量，為水稻催芽產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了自動化技術(shù)支持。以下為參考文獻:［1］韓霞，李佐同，于立河．水稻浸種催芽技術(shù)的研究現(xiàn)在狀況及發(fā)展趨勢［J］．農(nóng)機化研究，2020，34(8):88－91．［2］吳建偉，辛穎，王成，等．智能化水稻催芽監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計［J］．農(nóng)機化研究，2020，35(8):79－81．［3］譚景光，史春雨．對DJC智能程控水稻芽種生產(chǎn)線的改良建議［J］．當(dāng)代化農(nóng)業(yè)，2018(9):79－82．［4］朱萍．基于ZigBee技術(shù)的水稻催芽智能監(jiān)控系統(tǒng)的研究［D］