何 雪

(貴州理工學(xué)院工程訓(xùn)練中心，貴州 貴陽 550003)

0 引言

煙葉烘烤是煙葉生產(chǎn)至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，烤煙烘房則是這一環(huán)節(jié)最為核心的設(shè)備[1]。近年來，針對燃煤密集型烤房的弊端，科研人員開始研發(fā)出空氣源熱泵式烤煙烘房，將熱泵技術(shù)應(yīng)用于煙葉烘烤，隨著對熱泵技術(shù)不斷深入研究，熱泵式烤煙烘房的應(yīng)用逐漸得到了推廣[2-4]，基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。目前熱泵式烤房的溫濕度控制多采用半自控方式，此種方式需要人為現(xiàn)場干預(yù)，容易導(dǎo)致因人而異的烘烤結(jié)果，且勞動(dòng)投入較大[5]。遠(yuǎn)程溫濕度控制系統(tǒng)的開發(fā)對減少煙民的勞動(dòng)投入、增加煙民收入均具有重要意義。

圖1 空氣源熱泵式烤房結(jié)構(gòu)

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

在傳統(tǒng)的半自控方式基礎(chǔ)上，加入遠(yuǎn)程控制模塊，如圖2所示，建立煙葉烘烤遠(yuǎn)程控制端，實(shí)現(xiàn)對空氣源熱泵式烤煙烘房內(nèi)溫濕度的遠(yuǎn)程控制。

圖2 烤房控制系統(tǒng)模塊連接圖

1.1 數(shù)據(jù)采集模塊

為了能很好的掌握烤房內(nèi)溫濕度情況，在烤房裝煙室的上下棚均需安裝干濕球溫度傳感器，干球溫度傳感器用于采集烤房內(nèi)實(shí)時(shí)溫度，濕球溫度傳感器(即在干球溫度傳感器下方包裹濕潤的透水紗布，紗布下方浸潤在盛有蒸餾水的水壺內(nèi))用于采集烤房內(nèi)實(shí)時(shí)濕度，其結(jié)構(gòu)形式如下圖3所示。

上下棚溫濕度傳感器通過一根總線與數(shù)據(jù)處理模塊通信，其連接方式如圖4所示。

(a)溫度傳感器；(b)濕度傳感器圖3 溫濕度信號(hào)采集模塊

圖4 烤房內(nèi)溫度傳感器芯片連接電路

1.2 數(shù)據(jù)處理模塊

數(shù)據(jù)處理模塊選用PLC，用于處理溫濕度傳感器所采集到的溫濕度數(shù)據(jù)，并根據(jù)其內(nèi)置的煙葉烘烤曲線對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出相應(yīng)命令，從而實(shí)現(xiàn)對烤房內(nèi)溫濕度進(jìn)行調(diào)整，其線路連接如圖5所示。

圖5 主控板接線圖

1.3 遠(yuǎn)程控制模塊

采用GPRS模塊作為烤房數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程控制模塊，一方面通過GSM與烤煙技術(shù)人員的移動(dòng)終端(手機(jī)或平板)進(jìn)行通信，一方面通過GPRS與遠(yuǎn)程監(jiān)控端(控制中心)實(shí)現(xiàn)通信，其工作原理圖如圖6所示。

圖6 遠(yuǎn)程控制模塊工作原理圖

2 遠(yuǎn)程控制端設(shè)計(jì)

系統(tǒng)以PC機(jī)作為遠(yuǎn)程監(jiān)控端，在組態(tài)王6.55上位機(jī)軟件開發(fā)平臺(tái)上進(jìn)行功能開發(fā)。過程包括外部設(shè)備定義、上位機(jī)軟件工程變量的添加和上位機(jī)控制軟件界面設(shè)計(jì)。可實(shí)現(xiàn)的功能有：烘烤狀態(tài)監(jiān)測顯示、烘烤過程遠(yuǎn)程控制、烘烤數(shù)據(jù)查詢、報(bào)警等功能。

(1)烘烤狀態(tài)監(jiān)測顯示

該功能能將烘烤曲線、當(dāng)前烤房烘烤狀態(tài)等內(nèi)容實(shí)時(shí)地顯示在遠(yuǎn)程監(jiān)控端的PC機(jī)主控制界面上。

(2)烘烤過程遠(yuǎn)程控制

在遠(yuǎn)程控制界面上，根據(jù)當(dāng)前烘烤曲線與設(shè)定烘烤曲線的對比，可實(shí)現(xiàn)開停機(jī)操作，風(fēng)機(jī)啟停、排風(fēng)口啟閉手動(dòng)操作，或修改烘烤參數(shù)以保證煙葉的烘烤品質(zhì)。

(3)烘烤數(shù)據(jù)查詢

組態(tài)王具有數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄的功能，包括烘烤數(shù)據(jù)和相關(guān)操作事件的記錄，這些數(shù)據(jù)被記錄在組態(tài)王的數(shù)據(jù)庫中，方便后期的查詢和使用。

(4)報(bào)警功能

組態(tài)王還具備自動(dòng)報(bào)警的功能，系統(tǒng)出現(xiàn)任何異常情況，它將自動(dòng)記錄相關(guān)異常數(shù)據(jù)并向用戶發(fā)送報(bào)警信息。

2.1 外部設(shè)備定義

外部設(shè)備定義在組態(tài)王工程管理界面完成，首先需新建一個(gè)工程項(xiàng)目，并命名，然后將烤房相關(guān)的外部硬件設(shè)備添加到該新建項(xiàng)目的工程瀏覽器中。組態(tài)王與外部設(shè)備之間需要中間通信設(shè)備進(jìn)行連接，系統(tǒng)以O(shè)PC服務(wù)器作為中間通信設(shè)備，遵循OPC通訊協(xié)議，通過GRMOpcMgr上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)OPC服務(wù)器的查看，具體查看方式如下圖7所示。

圖7 外部設(shè)備具體參數(shù)設(shè)置

2.2 上位機(jī)軟件工程變量的添加

組態(tài)王中變量類型分為內(nèi)存變量和I/O變量兩種。單個(gè)空氣源熱泵式烤房就有79個(gè)I/O變量，上下棚干濕球設(shè)定溫度、當(dāng)前溫控位置等，每個(gè)變量有其固定的ID，如圖8所示，分別建立各工程變量。

圖8 新建工程變量

2.3 上位機(jī)軟件界面設(shè)計(jì)

要在上位機(jī)上實(shí)現(xiàn)對烤房的最終監(jiān)控，還需將建立的變量與畫面關(guān)聯(lián)起來。根據(jù)系統(tǒng)控制的需求，共建立了17個(gè)畫面，如圖9所示，包括主界面、修改階段參數(shù)、系統(tǒng)參數(shù)統(tǒng)計(jì)等。

圖9 開發(fā)界面

(1)主界面

烤房溫濕度遠(yuǎn)程控制主界面設(shè)計(jì)如圖10所示。

圖10 烤房溫濕度遠(yuǎn)程控制主界面

主界面主要用于整個(gè)管理系統(tǒng)的登錄，僅具有一定管理權(quán)限的用戶才能登入，從而對烤房當(dāng)前的烘烤情況進(jìn)行查看和控制?？刂平缑姘ǎ河脩舻卿?、用戶退出、重啟電腦和關(guān)閉系統(tǒng)。

(2)控制界面

如圖10所示，控制界面是實(shí)現(xiàn)烤房溫濕度遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的關(guān)鍵，通過此界面用戶可實(shí)現(xiàn)對烤房實(shí)時(shí)烘烤情況的查看、對烘烤數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整等操作。

圖11 控制界面

4 結(jié)語

文章所設(shè)計(jì)的空氣源熱泵式烤煙烘房遠(yuǎn)程溫濕度控制系統(tǒng)目前已在貴州省畢節(jié)地區(qū)得到運(yùn)用，雖然實(shí)現(xiàn)了煙葉烘烤過程溫濕度的遠(yuǎn)程控制，但卻未將煙葉的性狀變化考慮其中，不能完全保證煙葉的烘烤質(zhì)量，需要進(jìn)一步將煙葉烘烤過程中煙葉的圖像采集納入系統(tǒng)。