自動(dòng)棉花回潮率檢測設(shè)備的研究和探索

文/賈冬 吳新玲 吳志勇 胡菁華 徐志鵬 謝代梁

1 引言

棉花回潮率作為公定重量核算的一項(xiàng)重要因素，準(zhǔn)確快速測定棉花回潮率對核算棉花公定重量至關(guān)重要。在監(jiān)管庫在庫公定重量檢驗(yàn)中，棉包堆積于室外或大棚中，具有重量大、不易移動(dòng)等特點(diǎn)，且棉包的存放場地常常缺少完備的電力支持，實(shí)際檢測過程中，檢測人員每天需要檢測40～60批次，每批次19包，由人工將測量傳感器插入棉包相關(guān)數(shù)據(jù)采集，勞動(dòng)強(qiáng)度極大。移動(dòng)設(shè)備將解決傳統(tǒng)檢測過程中堆垛數(shù)量多且高等多個(gè)制約檢測的因素，有效提高了在庫棉花的公證檢驗(yàn)效率[1]。

2 設(shè)備結(jié)構(gòu)和工作原理

該移動(dòng)設(shè)備主要由主體、電源、PCL、直流無刷電機(jī)、限位開關(guān)、光電開關(guān)、棉包回潮率測定儀、傳動(dòng)系統(tǒng)等部件組成，如圖 1所示。主體框架為方形，采用鋁合金材質(zhì)，使得整個(gè)移動(dòng)設(shè)備結(jié)構(gòu)較為簡單、輕便。

下方電池盒內(nèi)放置24V電源，同時(shí)方便電量耗盡時(shí)及時(shí)更換電池，考慮到戶外檢測作業(yè)的環(huán)境較為復(fù)雜，該電源的工作溫度為(-40～+60)℃，并且在超過最高溫度時(shí)擁有自動(dòng)保護(hù)功能。

操作面板上共有3個(gè)指示燈和3個(gè)按鈕，指示燈分別為通電、垂直和檢測，按鈕分別為上升、下降和檢測。在接通24V電源時(shí)通電指示燈亮，進(jìn)行垂直方向移動(dòng)的過程中垂直指示燈亮，檢測過程中檢測指示燈亮。

圖中：1為垂直滾珠絲桿，行程1.2m，導(dǎo)程5mm；3為直流無刷電機(jī)，額定轉(zhuǎn)速1000rpm，同樣是考慮到戶外作業(yè)的環(huán)境，采用的電機(jī)的工作溫度為(-40～+70)℃。額定扭矩為1Nm，保證電機(jī)能夠抬起平板的運(yùn)動(dòng)和測定儀能夠插入棉包。經(jīng)實(shí)測，水平方向走一次行程耗時(shí)2s，垂直方向走一次行程耗時(shí)8s。8為水平滾珠絲桿，行程200mm，導(dǎo)程5mm。

移動(dòng)設(shè)備垂直、水平方向的移動(dòng)各由一個(gè)直流無刷電機(jī)控制。垂直方向的1滾珠絲桿通過皮帶傳動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)測定儀的垂直移動(dòng)。垂直方向的動(dòng)作由兩個(gè)上下按鍵通過點(diǎn)按控制，用三個(gè)限位開關(guān)達(dá)到高度不同的檢測位置。水平方向則是由電機(jī)直接帶動(dòng)滾珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，前后有一對光電開關(guān)起到保護(hù)作用[2-3]。

棉包回潮率測定儀采用MBS-Z智能升級型，由一個(gè)主機(jī)和兩個(gè)探測器組成。儀器根據(jù)棉花的電阻與其回潮率呈負(fù)相關(guān)，通過測量棉包中某一位置的電阻的大小，求得棉包的回潮率。檢測時(shí)兩探測器通過磁力搭扣相連，兩探頭相距100mm，選棉包包頭中間部位插到底，由PLC給入測試信號(hào)后主機(jī)顯示屏讀出測量的回潮率數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙設(shè)備無線傳輸至數(shù)據(jù)采集器。作業(yè)時(shí)按下移動(dòng)設(shè)備上的檢測按鈕，完成伸出、檢測和退回這一系列動(dòng)作。

在作業(yè)時(shí)，測定儀檢測開始和結(jié)束時(shí)對移動(dòng)設(shè)備產(chǎn)生后坐力，所以萬向輪有鎖死功能，以保證移動(dòng)設(shè)備在檢測過程中的穩(wěn)定性，起到保護(hù)測定儀的作用。

3 控制系統(tǒng)及程序設(shè)計(jì)

3.1 PLC選型與I/O分配

該移動(dòng)設(shè)備選用歐姆龍CP1E型PLC，由24V直流電源供電。該型號(hào)體積小、能耗低，控制靈活，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。其中采用了8個(gè)輸入信號(hào)，5個(gè)輸出信號(hào)，PLC原理圖如圖2所示，I/O信號(hào)具體的分配作用如表1所示[4-6]。

（1）按鈕。3個(gè)按鈕皆為常開式開關(guān)，操作時(shí)只需點(diǎn)按即可。

（2）電磁式限位開關(guān)。錘石方向共有上中下3個(gè)電磁式限位開關(guān)，分別對應(yīng)上中下3個(gè)高度的檢測位置。其中上下兩個(gè)開關(guān)同時(shí)起到保護(hù)作用，使其達(dá)到極限位置時(shí)不會(huì)因誤操作導(dǎo)致碰撞。

（3）光電開關(guān)。水平方向上共有前后兩個(gè)光電開關(guān)，在測定儀伸出、退回時(shí)起到定位和保護(hù)作用。

圖2 CP1E型PLC I/O點(diǎn)原理圖

表1 移動(dòng)設(shè)備PLC輸入輸出點(diǎn)

3.2 繼電器控制

PLC輸出信號(hào)給到繼電器，由繼電器控制直流無刷電機(jī)和棉包回潮測定儀的啟停。其中，測定儀根據(jù)電信號(hào)的有無來控制啟停。直流無刷電機(jī)通過24V電壓的有無控制啟停，方向則是由正負(fù)極信號(hào)控制。由圖所示，1為一對常閉開關(guān)，2為一對常開開關(guān)，3為信號(hào)開關(guān)，4為指示燈。以垂直方向?yàn)槔?，上升時(shí)，只閉合信號(hào)開關(guān)，停止時(shí)斷開信號(hào)開關(guān)，工作狀態(tài)如圖3 A所示。下降時(shí)，先將1開關(guān)斷開，2開關(guān)閉合，再閉合信號(hào)開關(guān)，停止時(shí)先斷開信號(hào)開關(guān)，再改變1、2開關(guān)的狀態(tài)，工作狀態(tài)如圖3 B所示，這樣可以起到對電機(jī)的保護(hù)作用。通過這種方式實(shí)現(xiàn)正負(fù)極反轉(zhuǎn)的效果，水平方向運(yùn)動(dòng)同理。如此，通過兩個(gè)繼電器的協(xié)同工作，可以縮短延時(shí)，提高作業(yè)效率。

圖3 繼電器控制電機(jī)換向原理圖

該P(yáng)LC控制程序動(dòng)作皆由操作面板上的按鈕控制。設(shè)定初始狀態(tài)時(shí)測定儀位于最下方，按下檢測按鈕，PLC接收信號(hào)，測定儀伸出檢測，然后退回。按下上升按鈕，通過限位開關(guān)停在中間和上方位置，依次完成檢測。一列三個(gè)棉花包檢測完成后，平移到相鄰一列，以同樣的方式從上到下依次檢測。

4 結(jié)論

在設(shè)計(jì)移動(dòng)設(shè)備控制系統(tǒng)中 ，PLC因其體積小、I/O豐富和抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，起到了十分重要的作用。經(jīng)實(shí)測證明，該移動(dòng)設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測，檢測一列即3個(gè)棉包耗時(shí)35s，極大地改善了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高作業(yè)效率，有效杜絕因棉花含水率過高導(dǎo)致的安全隱患，同時(shí)為后續(xù)的棉花產(chǎn)品加工保證質(zhì)量。