基于PLC的青貯園捆機(jī)控制方案設(shè)計(jì)

魏全盛+丁莉英

摘 要：該文首先對(duì)青貯圓捆機(jī)的工作原理進(jìn)行分析提出控制需求。然后根據(jù)控制需求，結(jié)合控制對(duì)象特點(diǎn)，對(duì)比各類控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，確定青貯圓捆機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：青貯園捆機(jī) ?控制 ?工作原理

中圖分類號(hào)：S22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）11（b）-0044-01

1 青貯圓捆機(jī)的基本工作原理

青貯圓捆機(jī)的機(jī)械動(dòng)力來(lái)源于拖拉機(jī)的輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)。液壓泵驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)通過(guò)液壓系統(tǒng)輸出傳動(dòng)力。牧草通過(guò)喂料裝置或其他方式喂入進(jìn)料倉(cāng)，在喂料輪的帶動(dòng)下，進(jìn)入傳送帶。牧草在傳送帶的傳動(dòng)下進(jìn)入卷輥，卷輥中的牧草卷成草捆。當(dāng)草捆壓力達(dá)到要求值時(shí)，打捆機(jī)控制系統(tǒng)停止喂料輪轉(zhuǎn)動(dòng)，即停止牧草進(jìn)入卷輥。與此同時(shí)，打捆機(jī)開(kāi)始對(duì)已成型的草捆纏網(wǎng)，當(dāng)纏網(wǎng)達(dá)到要求圈數(shù)時(shí)，停止纏網(wǎng)。隨后，割網(wǎng)刀進(jìn)行割網(wǎng)，將網(wǎng)割斷。割網(wǎng)工序完成后開(kāi)啟出捆倉(cāng)門(mén)，草捆打捆完成。

2 青貯圓捆機(jī)的控制需求

根據(jù)上述機(jī)械機(jī)構(gòu)和液壓系統(tǒng)，控制系統(tǒng)具體過(guò)程控制需求分析如下。

系統(tǒng)啟動(dòng)后，程序開(kāi)始進(jìn)行初化，確保進(jìn)料倉(cāng)處于低位，出捆倉(cāng)門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)。初始化完畢后，喂料輪開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，同時(shí)進(jìn)料倉(cāng)上升。為了配合牧草的喂入，進(jìn)料倉(cāng)在上升時(shí)間10 s到達(dá)最高點(diǎn)后停止，停止2 s后開(kāi)始下降，回到原始位置停止10 s重新上升，如此反復(fù)運(yùn)動(dòng)。草料在進(jìn)料倉(cāng)上升的過(guò)程中在草料自身重力和喂料輪的共同作用下，進(jìn)入輸送皮帶位置。草料經(jīng)過(guò)皮帶進(jìn)入卷輥，在卷輥中逐漸卷積成圓柱形草捆。此時(shí)張緊力傳感器將不斷檢測(cè)草捆張緊力，當(dāng)其達(dá)到打捆要求時(shí)，啟動(dòng)送網(wǎng)電機(jī)，開(kāi)始送網(wǎng)。與此同時(shí)，控制系統(tǒng)開(kāi)始檢測(cè)纏網(wǎng)圈數(shù)。當(dāng)纏網(wǎng)圈數(shù)到達(dá)打捆要求時(shí)，送網(wǎng)電機(jī)停止，同時(shí)割網(wǎng)刀執(zhí)行器帶動(dòng)割網(wǎng)刀把網(wǎng)割斷。割網(wǎng)執(zhí)行器在執(zhí)行動(dòng)作結(jié)束后自行歸位。網(wǎng)被割斷后出捆倉(cāng)門(mén)立即打開(kāi)，草捆在重力作用下出倉(cāng)。延時(shí)2 s后出捆倉(cāng)門(mén)關(guān)閉。至此，打捆工作完成一個(gè)打捆工作循環(huán)。

對(duì)系統(tǒng)控制需求歸納可得。

在自動(dòng)控制系統(tǒng)中：控制系統(tǒng)有輸入信號(hào)11個(gè)、輸出信號(hào)12個(gè)。系統(tǒng)輸入信號(hào)主要包括進(jìn)料斗位置信號(hào)、出捆倉(cāng)門(mén)位置信號(hào)、草捆張緊力信號(hào)、纏網(wǎng)圈數(shù)信號(hào)、切網(wǎng)刀位置信號(hào)、電機(jī)起始位置信號(hào)等，由對(duì)應(yīng)的傳感器和行程開(kāi)關(guān)完成信號(hào)采集。輸出信號(hào)主要包括進(jìn)料倉(cāng)的升降信號(hào)、出捆倉(cāng)門(mén)的升降信號(hào)、液壓馬達(dá)的啟停信號(hào)、送網(wǎng)電機(jī)的啟停信號(hào)、割網(wǎng)刀執(zhí)行器轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)、喂料輪的啟停信號(hào)等，由對(duì)應(yīng)執(zhí)行器完成動(dòng)作輸出。

3 總體控制方案的確定

從目前所采用的控制系統(tǒng)來(lái)看，主要有以下幾種控制方式。

（1）采用繼電器半人工控制。人工控制耗費(fèi)大量人力，效率低，并且容易使生產(chǎn)者產(chǎn)生作業(yè)疲勞。這種控制方式自動(dòng)化程度低，逐漸被淘汰;

（2）采用單片機(jī)控制。單片機(jī)控制系統(tǒng)具有開(kāi)發(fā)成本低、方便靈活等優(yōu)點(diǎn)。但是單片機(jī)控制也存在開(kāi)放性差、較弱的人機(jī)交換性、有限的軟件硬件資源、較長(zhǎng)的開(kāi)發(fā)周期以及在惡劣的工作環(huán)境中穩(wěn)定性較差，易受干擾故障率高等缺點(diǎn);

（3）采用IPC控制。IPC控制具有軟硬件支持豐富、可靠性和抗干擾性高、實(shí)時(shí)性好等優(yōu)點(diǎn)。其多使用于模擬量較多的控制系統(tǒng);

（4）采用PLC控制。PLC控制具有相對(duì)容易的操作性，較好的實(shí)時(shí)性、擴(kuò)展性好、故障率低、便于維護(hù)以及較強(qiáng)的現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)。

考慮到本系統(tǒng)中為設(shè)計(jì)一個(gè)打捆機(jī)控制系統(tǒng)，應(yīng)綜合考慮以下幾點(diǎn)要求：

（1）該系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)在正常工作時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)全自動(dòng)化，并且該系統(tǒng)使打捆機(jī)可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制、手動(dòng)控制。

（2）該系統(tǒng)安裝于青貯圓捆機(jī)上，由拖拉機(jī)牽引在工作環(huán)境為田地等惡劣環(huán)境中工作。因此控制系統(tǒng)必須要求有較強(qiáng)的現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性及抗干擾能力。

（3）隨著青貯圓捆機(jī)功能的升級(jí)，例如與草捆纏膜機(jī)的配合使用，發(fā)展方向要求牧草從喂料到打捆再到纏膜全自動(dòng)控制。因此配套的控制系統(tǒng)必須有較強(qiáng)的擴(kuò)展性，滿足功能增加的需求。

綜合考慮實(shí)際要求以及各個(gè)控制系統(tǒng)特點(diǎn)，本控制系統(tǒng)選用由SIEMENS 系列可編程控制器（PLC）作為控制核心，以及各式傳感器及執(zhí)行器所組成;為使機(jī)器運(yùn)行過(guò)程可視化，更易于控制和更改所需參數(shù)，配套使用的SIEMENS觸摸屏;應(yīng)用PLC及觸摸屏的編寫(xiě)軟件進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。

當(dāng)前PLC品牌較多，種類也較多。選擇PLC要考慮到其性能、容量、價(jià)格等各方面因素。PLC按結(jié)構(gòu)分為整體式、模塊式和疊裝式;按安裝方式分為集中式、遠(yuǎn)程式和多臺(tái)PLC聯(lián)網(wǎng)式。本系統(tǒng)需要擴(kuò)展模擬量模塊、集中安裝在青貯圓捆機(jī)上。所以本系統(tǒng)宜采用集中式、集中式PLC。

此外選擇PLC時(shí)還需要考慮容量方面的要求，容量包括I/O端子數(shù)和存儲(chǔ)量?jī)煞矫妗?/p>

（1）控制系統(tǒng)包含9個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入，2個(gè)模擬量輸入，12個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出?？紤]到10%～15%的裕量。本系統(tǒng)宜采用輸入接口在12個(gè)以上，輸出接口在16個(gè)以上。

（2）PLC程序設(shè)計(jì)中，每條指令都占據(jù)一定的存儲(chǔ)器空間，例如一條計(jì)時(shí)指令占存儲(chǔ)器2個(gè)字?？紤]到25%～30%的裕量。采用估算的方法計(jì)算所需的存儲(chǔ)器空間。

綜合考慮，選擇西門(mén)子PLC型號(hào)為CPU226。其包含24路數(shù)字量輸入，16路數(shù)字量輸出，程序空間8192KB，數(shù)據(jù)塊空間5120KB，滿足控制系統(tǒng)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

該文結(jié)合青貯圓捆機(jī)的工作原理，歸納出各機(jī)構(gòu)中的控制需求。通過(guò)對(duì)各類控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比，并且考慮到具體控制需求，采用以PLC為核心的進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

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