一、項(xiàng)目背景與開發(fā)意義糧食烘干是保障產(chǎn)后糧食品質(zhì)、減少霉變損失的核心環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)烘干設(shè)備依賴人工操作，存在溫度濕度控制精度低、能耗高、烘干質(zhì)量不穩(wěn)定等問題。采用可編程邏輯控制器（PLC）構(gòu)建智能化烘干控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)烘干過程的精準(zhǔn)調(diào)控、節(jié)能降耗與無人值守，對提升糧食烘干產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化水平具有重要實(shí)踐價值。二、系統(tǒng)需求與工藝分析（一）工藝需求糧食烘干需遵循“緩速升溫、分段控溫、均勻降水”原則。以玉米烘干為例，需經(jīng)歷預(yù)熱（≤50℃）、高溫烘干（50-65℃）、緩蘇（自然降溫平衡水分）、冷卻（環(huán)境溫度±5℃）四個階段，各階段的溫度、濕度、時長需根據(jù)糧食品種、初始含水率動態(tài)調(diào)整。（二）控制需求1.參數(shù)監(jiān)測：實(shí)時采集烘干倉內(nèi)溫度（多點(diǎn)分布）、糧食含水率、料位高度、熱風(fēng)風(fēng)速等參數(shù)；2.執(zhí)行調(diào)控：控制熱風(fēng)爐啟停、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、排糧電機(jī)頻率、冷風(fēng)閥開度，實(shí)現(xiàn)溫濕度閉環(huán)調(diào)節(jié)；3.安全保護(hù)：具備超溫報(bào)警、堵料停機(jī)、斷料預(yù)警、設(shè)備故障自診斷功能；4.數(shù)據(jù)管理：記錄烘干批次、工藝參數(shù)、能耗數(shù)據(jù)，支持生產(chǎn)報(bào)表生成與歷史數(shù)據(jù)追溯。三、PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)（一）PLC選型結(jié)合系統(tǒng)規(guī)模（I/O點(diǎn)數(shù)約80點(diǎn)，含模擬量輸入12路、輸出8路）與可靠性要求，選用西門子S7-1200系列PLC（CPU1215C）。其集成PROFINET通信接口，支持高速計(jì)數(shù)與PID運(yùn)算，滿足多參數(shù)實(shí)時控制需求。（二）硬件組成1.傳感器模塊：溫度傳感器：PT100熱電阻（精度±0.5℃），烘干倉上、中、下三層各布置3個測點(diǎn)；濕度傳感器：電容式含水率傳感器（量程10%-35%，精度±1%），安裝于排糧口；料位傳感器：超聲波料位計(jì)（量程0-5m），監(jiān)測烘干倉料位高度；風(fēng)速傳感器：熱膜式風(fēng)速儀（量程0-15m/s），反饋熱風(fēng)風(fēng)速。2.執(zhí)行機(jī)構(gòu)：熱風(fēng)爐：接觸器控制啟停，電動調(diào)節(jié)閥（模擬量輸出）調(diào)節(jié)燃料供給量；風(fēng)機(jī)：變頻電機(jī)（0-50Hz調(diào)速），實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)風(fēng)速無級調(diào)節(jié)；排糧電機(jī)：伺服電機(jī)（脈沖控制），精準(zhǔn)控制排糧速度；冷風(fēng)閥：電動蝶閥（開關(guān)量控制），烘干后期引入冷風(fēng)降溫。3.硬件拓?fù)洌篜LC通過PROFINET總線連接分布式I/O模塊（ET200SP），傳感器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)信號經(jīng)I/O模塊采集/輸出，實(shí)現(xiàn)“集中控制、分散采集”，降低布線成本與信號干擾。四、控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)（一）程序架構(gòu)采用模塊化編程思路，將程序劃分為主程序（OB1）、溫度控制（FC1）、濕度控制（FC2）、料位監(jiān)測（FC3）、故障處理（FC4）子程序。主程序循環(huán)調(diào)用各功能塊，子程序?qū)Ｗ我豢刂七壿?，提升代碼可讀性與維護(hù)性。（二）核心控制算法1.溫度PID控制：以烘干倉平均溫度為被控量，熱風(fēng)爐燃料量為控制量，通過PID算法（參數(shù)Kp=2.5、Ki=0.1、Kd=0.5）動態(tài)調(diào)節(jié)溫度。溫度偏差＞5℃時，啟動“快速升溫”模式（Kp=4.0）；偏差＜2℃時，切換為“精細(xì)調(diào)節(jié)”模式（Kp=1.5），避免超調(diào)。2.濕度分段控制：根據(jù)糧食含水率劃分“高水分區(qū)（＞25%）”“中水分區(qū)（18%-25%）”“低水分區(qū)（＜18%）”，對應(yīng)不同排糧速度與熱風(fēng)溫度。例如，高水分區(qū)排糧速度降低30%，熱風(fēng)溫度提升5℃，加快降水速率。（三）人機(jī)交互設(shè)計(jì)主界面：實(shí)時顯示溫濕度、料位等參數(shù)曲線，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)；工藝設(shè)置：修改烘干階段溫度、時長、排糧速度，支持“玉米”“小麥”等品種工藝模板調(diào)用；故障界面：彈出報(bào)警窗口（超溫、堵料等），顯示故障代碼與處理建議，支持遠(yuǎn)程復(fù)位。五、系統(tǒng)調(diào)試與優(yōu)化（一）硬件調(diào)試1.傳感器校準(zhǔn)：恒溫箱中對PT100熱電阻多點(diǎn)校準(zhǔn)，確保溫度誤差＜0.3℃；通過標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器驗(yàn)證含水率傳感器精度，調(diào)整補(bǔ)償系數(shù)；2.執(zhí)行機(jī)構(gòu)測試：手動觸發(fā)PLC輸出信號，測試熱風(fēng)爐點(diǎn)火、風(fēng)機(jī)調(diào)速、排糧電機(jī)控制的響應(yīng)速度與動作精度。（二）軟件調(diào)試1.模擬運(yùn)行：通過S7-PLCSIM模擬烘干過程，驗(yàn)證溫度PID控制穩(wěn)定性（階躍響應(yīng)無超調(diào)，調(diào)節(jié)時間＜10min）；2.現(xiàn)場聯(lián)調(diào)：空載測試料位監(jiān)測、故障報(bào)警邏輯；帶載調(diào)試（含水率28%的玉米），記錄參數(shù)曲線，優(yōu)化PID與排糧速度。（三）優(yōu)化措施1.能耗優(yōu)化：調(diào)整熱風(fēng)爐啟停邏輯（溫度偏差＜1℃時暫停，利用余熱烘干），單位糧食烘干能耗降低12%；2.烘干質(zhì)量優(yōu)化：延長緩蘇階段濕度平衡時間（5min→8min），糧食爆腰率由3.2%降至1.8%。六、應(yīng)用效果與效益分析（一）性能指標(biāo)1.控制精度：溫度±1.5℃，濕度±1%，排糧速度誤差＜2%；2.烘干效率：單批次（100噸玉米）時長由24h縮短至18h，效率提升25%；3.可靠性：平均無故障運(yùn)行時間（MTBF）達(dá)5000h，故障修復(fù)時間（MTTR）＜30min。（二）經(jīng)濟(jì)效益以年烘干量5萬噸的糧庫為例：能耗成本：每噸電費(fèi)由8元降至6.5元，年節(jié)約6.25萬元；人工成本：減少操作人員2名，年節(jié)約12萬元；品質(zhì)收益：破損率降低2%，每噸售價增加50元，年增收25萬元。七、結(jié)論與展望本系統(tǒng)通過PLC實(shí)現(xiàn)糧食烘干過程的自動化、精準(zhǔn)化控制，解決傳統(tǒng)