胡望琴
(江西新能源科技職業(yè)學(xué)院,江西 新余 338000)
可編程邏輯控制器PLC和變頻器在畜牧業(yè)養(yǎng)殖領(lǐng)域的推廣應(yīng)用,能夠大大提升養(yǎng)殖作業(yè)的自動(dòng)化程度。通過將西門子S7-200PLC與MM420變頻器結(jié)合起來,設(shè)計(jì)多段速畜舍飼料運(yùn)輸系統(tǒng),意在減少人畜接觸的頻率,提升養(yǎng)殖作業(yè)生產(chǎn)的安全性和可靠性。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等闡述如下。
畜舍飼料運(yùn)輸車結(jié)構(gòu)如圖1所示:車長1.5 m,寬度1.3 m,高度1.2 m。由于采用全自動(dòng)無人駕駛設(shè)計(jì),因此應(yīng)用履帶式機(jī)械動(dòng)力結(jié)構(gòu),以提升整車運(yùn)行的穩(wěn)定性。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)主要由傳感器模塊、控制器模塊、動(dòng)力模塊組成,其中傳感器模塊由壓力傳感器、紅外傳感器構(gòu)成,可實(shí)現(xiàn)對(duì)整車畜舍飼料容量及車輛運(yùn)行位置2項(xiàng)數(shù)據(jù)的采集;控制器模塊由PLC、變頻器構(gòu)成,可通過編程和參數(shù)設(shè)置,實(shí)現(xiàn)無人駕駛狀態(tài)下畜舍飼料的多段速自動(dòng)運(yùn)輸控制;動(dòng)力模塊由三相減速異步電機(jī)、驅(qū)動(dòng)輪、履帶裝置構(gòu)成,提供整車運(yùn)行的動(dòng)力源。
1—驅(qū)動(dòng)輪;2—控制器;3—紅外傳感器;4—壓力傳感器;5—避震器;6—飼料存儲(chǔ)箱。
系統(tǒng)電氣接線如圖2所示,根據(jù)多段速無人駕駛運(yùn)送畜舍飼料的控制要求,選用S7-200型PLC為硬件控制核心,聯(lián)合紅外傳感器、壓力傳感器、按鈕開關(guān)、MM420變頻器、三相減速異步電機(jī)等設(shè)備,構(gòu)建電氣硬件系統(tǒng):①硬件輸入端。I0.0為低速啟動(dòng)開關(guān)SB1,I0.1為中速啟動(dòng)開關(guān)SB2,I0.2為系統(tǒng)停止開關(guān)SA,I0.3為運(yùn)輸車A側(cè)紅外傳感器,I0.4為運(yùn)輸車B側(cè)紅外傳感器,I0.5為運(yùn)輸車內(nèi)置壓力傳感器,I0.6為高速啟動(dòng)開關(guān)SB3。②硬件輸出端。Q0.0、Q0.1、Q0.2分別接MM420變頻器數(shù)字端口DIN1、DIN2、DIN3。③變頻器端:MM420變頻器輸入端經(jīng)空氣開關(guān)與三相交流電源連接,輸出端分別連接三相減速異步電機(jī)的3個(gè)輸入端。
圖2 畜舍飼料運(yùn)輸車電氣接線圖
系統(tǒng)工作原理:在起點(diǎn)A位置,操作人員往車中裝滿飼料,按下啟動(dòng)按鈕后,車輛沿直線向畜舍B點(diǎn)運(yùn)輸飼料,當(dāng)B側(cè)傳感器檢測(cè)到運(yùn)輸車到達(dá)B點(diǎn)后,車輛自動(dòng)暫停,B側(cè)擋板自動(dòng)打開卸料,當(dāng)所有飼料卸完,壓力傳感器置0,車輛重新沿直線方向返回A位置,當(dāng)A側(cè)傳感器檢測(cè)到運(yùn)輸車到達(dá)A位置后,車輛自動(dòng)停止,等待操作人員再次裝料。裝滿飼料后,由操作人員再次按下啟動(dòng)按鈕,車輛重新運(yùn)送飼料至畜舍端,實(shí)現(xiàn)循環(huán)往復(fù)送料作業(yè)。
此外,本系統(tǒng)設(shè)置高速(30 Hz)、中速(20 Hz)和低速(10 Hz)三個(gè)選擇按鈕,操作人員可結(jié)合飼料運(yùn)輸距離、時(shí)間、總量等需求,在操作面板上選擇不同的速度模式,實(shí)現(xiàn)多段速無人駕駛運(yùn)輸飼料功能,確保以最優(yōu)的運(yùn)輸方式完成飼料運(yùn)輸計(jì)劃任務(wù)。以低速運(yùn)輸模式為例,操作人員在A位置啟動(dòng)開關(guān)SB1,運(yùn)輸車自A位置以10 Hz頻率向B位置運(yùn)輸飼料,到達(dá)B位置完成卸料后,再以-10 Hz頻率返回A位置。
變頻器參數(shù)設(shè)計(jì)如表1所示。結(jié)合控制需求,在MM420變頻器P1001~P1006地址位上分別輸入表中的數(shù)據(jù),各數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)三相異步減速電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)的不同頻率,進(jìn)一步通過編寫PLC梯形圖高速、中速、低速、正反轉(zhuǎn)切換系列程序,實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器DIN1~DIN3端子的數(shù)字化控制,達(dá)到多段速無人駕駛運(yùn)輸畜舍飼料的控制目標(biāo)。
表1 變頻器參數(shù)設(shè)置表
以低速自動(dòng)運(yùn)輸畜舍飼料為例編訂梯形圖程序段,如圖3所示。程序編譯執(zhí)行的思想為:①操作人員往車中裝滿飼料后,I0.5置1,此時(shí)按下低速啟動(dòng)按鈕SB1,Q0.0被置1,運(yùn)輸車以10 Hz低速自動(dòng)啟動(dòng),由A位置向B位置行駛。②當(dāng)車輛到達(dá)B位置后(畜舍地點(diǎn)),B側(cè)傳感器I0.4置1,M0.0輸出高電平,車輛自動(dòng)停止。③車輛停在畜舍地點(diǎn),B側(cè)擋板打開自動(dòng)卸料,當(dāng)所有飼料卸完后,DIN2和DIN3置1,變頻器進(jìn)入低速運(yùn)行狀態(tài),帶動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)以-10 Hz頻率運(yùn)行,車輛自動(dòng)返回A位置。④當(dāng)A側(cè)傳感器I0.3置1時(shí),表明車輛返回至A位置,DIN2和DIN3清0,車輛自動(dòng)停止,等待操作人員重新裝料。中速、高速運(yùn)輸飼料的程序編譯以此類推。
圖3 低速運(yùn)料程序段
采用多段速無人駕駛的方法實(shí)現(xiàn)畜舍飼料往返運(yùn)輸,不僅實(shí)現(xiàn)了零接觸運(yùn)輸畜類飼料的功能,還實(shí)現(xiàn)了多選擇速度控制自動(dòng)運(yùn)料的目的,體現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的人性化、功能多樣化和自動(dòng)化,理論分析和程序設(shè)計(jì)體現(xiàn)了本系統(tǒng)應(yīng)用的可行性和實(shí)用價(jià)值,可在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。