范灼航，杨敬君，刘跃华，陈俊宏，李康润

(广东省储备粮管理总公司东莞直属库，广东 东莞 523000)

粮食仓储行业肩负着保障国家粮食安全，履行实施国家粮食安全战略的神圣职责，安全储粮是粮食保管企业贯彻落实国家粮食安全战略、守住管好“天下粮仓”的重要任务。粮食检化验工作则是落实上述任务的重要一环，一批粮食检化验数据的准确与否取决于粮食样品是否真实且具有代表性。因此，在粮仓中扦取一个具有代表性的样品是粮食检验过程中比较重要的环节[1-2]。

传统扦样作业时，扦样深度的计算都是通过人为计算压入扦样管的数量并换算所得，整个过程存在扦样人员错误计算的问题，导致样品实际深度模糊不真实、不具有代表性。为此，以PLC为主控制器，第一代半自动气动扦样管压拔装置为基础，结合RS485通讯技术，设计了基于编码器测距的深度计算模块及显示模块，可直观显示扦样管压入的深度，有效减少粮食深层扦样过程中人为计算扦样深度的错误，提高粮食深层扦样过程中样品的准确性[3-4]。

1 半自动气动扦样器的工作原理

半自动气动扦样器的机械结构见图1。

1.控制电箱；2.数码管显示屏；3.操作按钮；4.拉线式编码器；5.扦样管；6.旋转开关；7.急停开关；8.夹手

拉线式编码器安装在压拔气缸平台上，拉线末端安装在夹手平台，由此可以得到压拔气缸的运动行程并结合辅助继电器进行累加累减的运算，以得到扦样管压入的深度[5]。

半自动气动扦样器的工作流程见图2。

图2 半自动气动扦样器工作流程图

系统上电后，深度计算、深度显示程序独立运行，PLC发送命令到数码管显示屏显示深度，通过旋钮选择工作模式。①手动模式：在手动模式下可通过对应按钮控制夹手的上升、下降、夹紧或松开；②自插模式：在自插模式下，按“一键启动”按钮，扦样管的夹头会自动定位扦样管的最高位置，进行“定位→夹紧→插入→松开→定位”的循环动作，至最后一次检测开关无法检测到扦样管后停止循环；③自拔模式:进入自拔模式时，夹手下降至下限位，夹手夹紧，“自拔程序”初始状态完成，按“一键启动”按钮，扦样器夹手上升做“拔管”动作至上限位后，夹手松开，复位至下限位并夹紧夹手，完成一次循环[6]。

2 深度计算、显示模块搭建

2.1 控制系统硬件设计

PLC是半自动气动扦样器电气控制系统的核心，扦样器的动作通过气缸电磁阀直接和PLC的输出端相连，控制传输信号采用按钮、位置开关等直接和PLC输入端相连，控制性能稳定可靠。该控制系统原需13个输入点和3个输出点。现为满足深度计算及显示模块的需要，增加2个输入点(编码器A相、清除累计)及一路485串行端口，考虑到系统的稳定性和可扩展性，故选用了MS-YFL3U PLC控制器，其不仅支持FX-3U系列PLC的大部分功能指令，且内部自带RS485串行输出，无需另增RS485模块[7-8]。控制系统的PLC控制器输入、输出和串行端口的分配如表1所示。

表1 PLC控制器输入输出端口分配表

2.2 深度计算模块的软件设计

深层扦样的深度计算可以通过累加、累减气缸的动作行程实现，因此选用了10脉冲/1 mm拉线式位移传感器，支持A、B、Z相位输出，精度0.1 mm，测量行程0～200 cm。拉线式编码器测出压拔气缸行程后，再结合辅助继电器，判断累加或者累减所得，其设计思路如图3所示。

图3 深度计算程序设计思路图

系统上电后，判断夹手是否夹紧，当夹手夹紧了，清除高速计数器C235的计数，C235为X0的高速计数器，即为编码器A相的脉冲数，若此时夹手上升，即判定为开始拔出扦样管，则将此时的深度与换算所得的压拔气缸动作行程进行累减，若此时夹手下降，即判定为开始压入扦样管，则将此时的深度与换算所得的压拔气缸动作行程进行累加。其部分深度计算程序如图4所示。

图4 深度计算部分程序图

系统上电后，当夹手夹紧时(即Y006输出)，把高速计数器C235的计数复制到数据寄存器D250，D250通过FLT指令由整型数据转换为浮点型数据然后存入D252中，D252中的数据除以100并存入D260中，拉线式编码器的脉冲距离比为10脉冲/1 mm，即D260中的数为当前压拔气缸的动作行程且单位为cm，这部分程序完成了编码器的脉冲数与压拔气缸的动作行程的数据转换。当扦样器处于压入扦样管状态时，会对备份深度D270与动作行程D260进行累加处理，当扦样器处于拔出扦样管状态时，会对备份深度D270与动作行程D260进行累减处理。

2.3 深度显示软件设计

深度显示可通过数码管显示屏实现，采用了RS485数码管显示屏，支持ASCII协议，其通讯协议及串口参数如表2所示。

表2 RS485数码管显示屏通讯协议及串口参数

D8400为这款PLC的特殊寄存器，其功能是定义PLC的通讯格式，实现与外围设备通讯[9]。根据数码管显示屏的串口参数设置PLC的通讯格式，即将H1081写入寄存器D8400。所选PLC的通讯格式设置功能如表3所示。

表3 D8400的设置功能表

深度显示程序是将深度数据进行处理后，再通过RS485通讯发送至数码管显示屏进行显示，其设计思路如图5所示。

图5 深度显示设计思路图

系统上电后，以实时深度为12.45 m为例，将实时深度数据寄存器D272的数由浮点型转化为整型并存入D302，比较D302与100的大小，此时D302大于100，对D302的数据做翻译处理后，通过RS指令发送D200-D205数据到数码管显示屏，其内容为“$001,12.45#”的ASCII码，数码管显示屏显示12.45，单位为m。

3 应用试验结果

完成扦样器改造后，我们进行了多仓多次扦样试验，这里以最具代表性的玉米仓为例，以压入的第一根扦样管与粮面相平作为开始，在扦样管完全压入粮堆后记录扦样管管数及数码管显示屏显示的深度，所得试验数据如表4所示，当扦样深度小于11 m时，扦样管能不打滑地压入，在这0～11 m的深度区间内误差不超过0.8%，当扦样深度超过11 m时，扦样管压入压力增大，出现少许打滑的情况，误差也随之增大，但在整个扦样过程中误差最大不超过1.5%。

表4 仓内扦样试验数据