基于PLC的青贮园捆机控制方案设计

2014-12-30魏全盛丁莉英

科技创新导报 2014年32期

关键词：工作原理控制

魏全盛+丁莉英

摘要：该文首先对青贮圆捆机的工作原理进行分析提出控制需求。然后根据控制需求，结合控制对象特点，对比各类控制系统的优缺点，确定青贮圆捆机的总体设计方案。

关键词：青贮园捆机控制工作原理

中图分类号：S22 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）11（b）-0044-01

1 青贮圆捆机的基本工作原理

青贮圆捆机的机械动力来源于拖拉机的输出轴转动。液压泵驱动液压马达通过液压系统输出传动力。牧草通过喂料装置或其他方式喂入进料仓，在喂料轮的带动下，进入传送带。牧草在传送带的传动下进入卷辊，卷辊中的牧草卷成草捆。当草捆压力达到要求值时，打捆机控制系统停止喂料轮转动，即停止牧草进入卷辊。与此同时，打捆机开始对已成型的草捆缠网，当缠网达到要求圈数时，停止缠网。随后，割网刀进行割网，将网割断。割网工序完成后开启出捆仓门，草捆打捆完成。

2 青贮圆捆机的控制需求

根据上述机械机构和液压系统，控制系统具体过程控制需求分析如下。

系统启动后，程序开始进行初化，确保进料仓处于低位，出捆仓门处于关闭状态。初始化完毕后，喂料轮开始运动，同时进料仓上升。为了配合牧草的喂入，进料仓在上升时间10 s到达最高点后停止，停止2 s后开始下降，回到原始位置停止10 s重新上升，如此反复运动。草料在进料仓上升的过程中在草料自身重力和喂料轮的共同作用下，进入输送皮带位置。草料经过皮带进入卷辊，在卷辊中逐渐卷积成圆柱形草捆。此时张紧力传感器将不断检测草捆张紧力，当其达到打捆要求时，启动送网电机，开始送网。与此同时，控制系统开始检测缠网圈数。当缠网圈数到达打捆要求时，送网电机停止，同时割网刀执行器带动割网刀把网割断。割网执行器在执行动作结束后自行归位。网被割断后出捆仓门立即打开，草捆在重力作用下出仓。延时2 s后出捆仓门关闭。至此，打捆工作完成一个打捆工作循环。

对系统控制需求归纳可得。

在自动控制系统中：控制系统有输入信号11个、输出信号12个。系统输入信号主要包括进料斗位置信号、出捆仓门位置信号、草捆张紧力信号、缠网圈数信号、切网刀位置信号、电机起始位置信号等，由对应的传感器和行程开关完成信号采集。输出信号主要包括进料仓的升降信号、出捆仓门的升降信号、液压马达的启停信号、送网电机的启停信号、割网刀执行器转动信号、喂料轮的启停信号等，由对应执行器完成动作输出。

3 总体控制方案的确定

从目前所采用的控制系统来看，主要有以下几种控制方式。

（1）采用继电器半人工控制。人工控制耗费大量人力，效率低，并且容易使生产者产生作业疲劳。这种控制方式自动化程度低，逐渐被淘汰;

（2）采用单片机控制。单片机控制系统具有开发成本低、方便灵活等优点。但是单片机控制也存在开放性差、较弱的人机交换性、有限的软件硬件资源、较长的开发周期以及在恶劣的工作环境中稳定性较差，易受干扰故障率高等缺点;

（3）采用IPC控制。IPC控制具有软硬件支持丰富、可靠性和抗干扰性高、实时性好等优点。其多使用于模拟量较多的控制系统;

（4）采用PLC控制。PLC控制具有相对容易的操作性，较好的实时性、扩展性好、故障率低、便于维护以及较强的现场适应性等优点。

考虑到本系统中为设计一个打捆机控制系统，应综合考虑以下几点要求：

（1）该系统要求实现在正常工作时能够实现全自动化，并且该系统使打捆机可实现全自动控制、手动控制。

（2）该系统安装于青贮圆捆机上，由拖拉机牵引在工作环境为田地等恶劣环境中工作。因此控制系统必须要求有较强的现场适应性及抗干扰能力。

（3）随着青贮圆捆机功能的升级，例如与草捆缠膜机的配合使用，发展方向要求牧草从喂料到打捆再到缠膜全自动控制。因此配套的控制系统必须有较强的扩展性，满足功能增加的需求。

综合考虑实际要求以及各个控制系统特点，本控制系统选用由SIEMENS 系列可编程控制器（PLC）作为控制核心，以及各式传感器及执行器所组成;为使机器运行过程可视化，更易于控制和更改所需参数，配套使用的SIEMENS触摸屏;应用PLC及触摸屏的编写软件进行软件设计。

当前PLC品牌较多，种类也较多。选择PLC要考虑到其性能、容量、价格等各方面因素。PLC按结构分为整体式、模块式和叠装式;按安装方式分为集中式、远程式和多台PLC联网式。本系统需要扩展模拟量模块、集中安装在青贮圆捆机上。所以本系统宜采用集中式、集中式PLC。