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0引言

檸條是豆科錦雞兒屬植物的俗稱，為多年生落葉灌木⑴。檸條除可用于防風(fēng)固沙和保持水土外，還可作為良好的飼料、燃料、纖維板、造紙及保健品的原料⑵。檸條作為良好的飼用植物，不僅可加工成檸條草粉與其他飼料配合成全日糧飼料，而且還可壓制成顆粒飼料，從而大大提高檸條飼料利用率和消化率。

國(guó)家863項(xiàng)目“檸條飼料智能收獲、制粒裝備開(kāi)發(fā)”（項(xiàng)目編號(hào)：2012AA10A509E3）課題的主要目的是研究飼料新原料檸條在采收、加工過(guò)程中智能化裝備技術(shù)，開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型飼料智能收獲和精益制備應(yīng)用技術(shù)與裝備，提供全面的智能化飼料產(chǎn)業(yè)鏈加工裝備應(yīng)用方案。根據(jù)此項(xiàng)目研究開(kāi)發(fā)了檸條顆粒飼料包裝機(jī)。

檸條顆粒飼料包裝機(jī)作為檸條顆粒飼料生產(chǎn)工藝中最主要的設(shè)備之一，它的性能優(yōu)劣直接影響檸條顆粒飼料的生產(chǎn)產(chǎn)量和包裝精度，因此研究設(shè)計(jì)檸條顆粒飼料包裝機(jī)控制系統(tǒng)成為項(xiàng)目重點(diǎn)解決的問(wèn)題之一。本文主要介紹了檸條顆粒飼料包裝機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的理論依據(jù)和設(shè)計(jì)思想，論述了可編程控制器（PLC）、稱質(zhì)量顯示控制器（PT650D）和各種電磁閥在檸條顆粒飼料包裝機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用以及可編程控制器（PLC）軟件設(shè)計(jì)。

1系統(tǒng)框圖及工作原理

1.1系統(tǒng)框圖

檸條顆粒飼料包裝機(jī)控制系統(tǒng)主要是基于可編程控制器（PLC）、稱質(zhì)量顯示控制器（PT650D）和各種傳感器以及電磁閥開(kāi)發(fā)的，控制系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

 

圖1控制系統(tǒng)原理

Fig.1Principleofcontrolsystem

 

1.2工作原理

檸條顆粒飼料包裝機(jī)主要由加料裝置、稱量斗裝置、夾袋裝置和控制柜等組成。加料裝置包括快加料和慢加料兩部分，快加料釆用自流式，慢加料采用攪龍輸送，開(kāi)關(guān)門(mén)都釆用氣動(dòng)控制；控制系統(tǒng)分為自動(dòng)、手動(dòng)兩種工作模式。

自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，首先打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，等PLC、PT650D得電后，進(jìn)行PT650D儀表的工作參數(shù)以及超差值、目標(biāo)值、快加值和放料完畢范圍“0”范圍值的設(shè)置，所有參數(shù)設(shè)置完成后，就可以開(kāi)始包裝。

把“停止/工作”旋鈕旋轉(zhuǎn)到“工作”位置以及料斗門(mén)關(guān)閉到位時(shí)，PLC輸出信號(hào)控制快加料氣動(dòng)門(mén)和慢加料氣動(dòng)門(mén)打開(kāi)以及慢加料攪龍開(kāi)始工作，同時(shí)進(jìn)行加料。等達(dá)到快加值時(shí)，PLC輸出信號(hào)控制快加料氣動(dòng)門(mén)關(guān)閉，等達(dá)到目標(biāo)值時(shí)，PLC輸出信號(hào)控制慢加料氣動(dòng)門(mén)關(guān)閉以及慢加料攪龍停止工作，加料完成。加料過(guò)程中，可以把包裝袋夾到夾袋裝置上，當(dāng)加料完成以及PLC采集到包裝袋夾袋到位信號(hào)后，PLC輸出信號(hào)打開(kāi)稱量斗門(mén)進(jìn)行放料，達(dá)到放料完畢范圍“0”范圍值時(shí)關(guān)閉稱量斗門(mén)，放料完成。PLC采集到稱量斗門(mén)關(guān)閉到位信號(hào)時(shí)，會(huì)輸出信號(hào)控制夾袋裝置松袋，這一袋包裝過(guò)程完成，同時(shí)進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。當(dāng)包裝結(jié)束時(shí)，把“停止/工作”旋鈕旋轉(zhuǎn)到“停止”位置，然后關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)。

加料完成時(shí)，如果稱量斗的檸條顆粒飼料質(zhì)量超過(guò)超差值，PT650D儀表會(huì)輸出信號(hào)，PLC采集到信號(hào)后，輸出信號(hào)控制報(bào)警指示燈亮，提醒操作人員對(duì)這一批料進(jìn)行處理。為了避免設(shè)備損壞，保護(hù)人員的安全，在包裝過(guò)程中如果出現(xiàn)故障，按下緊急停止按鈕，包裝過(guò)程會(huì)全部中斷。

手動(dòng)工作時(shí)，可以單獨(dú)操作手動(dòng)快加旋鈕、手動(dòng)慢加旋鈕、手動(dòng)放料旋鈕、手動(dòng)夾袋按鈕和手動(dòng)松袋按鈕進(jìn)行快加料、慢加料、放料、夾袋以及松袋操作，滿足了調(diào)試、檢修的需要。

2硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1可編程控制器

根據(jù)檸條顆粒飼料包裝機(jī)控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)的功能要求，從經(jīng)濟(jì)性、可靠性等方面考慮，選用西門(mén)子公司的S7-200CN系列的CPU224CN作為主機(jī)，主要技術(shù)參數(shù)：電源85-264VAC,程序存儲(chǔ)器8kB,數(shù)字量輸入14輸入，數(shù)字量輸出10輸出，布爾量運(yùn)算執(zhí)行時(shí)間0.22”，通信接口RS485"：。

控制系統(tǒng)中，各種按鈕、旋鈕、接近開(kāi)關(guān)及PT650D稱質(zhì)量?jī)x表的光耦輸出作為PLC的輸入設(shè)備，所有輸入量都屬于數(shù)字量，共13個(gè)數(shù)字輸入量，輸入量地址分配見(jiàn)表1。氣動(dòng)電磁閥、中間繼電器、指示燈作為PLC的輸出設(shè)備，共6個(gè)繼電器輸出，輸出量地址分配見(jiàn)表2。

表1輸入量地址分配

Tab.1Inputaddressassignment

序號(hào)	地址編號(hào)	輸入信號(hào)
1	10.0	PT650D智能稱質(zhì)量?jī)x表光耦輸岀的HH端
2	10.1	PT650D智能稱質(zhì)量?jī)x表光耦輸岀的HI端
3	10.2	PT650D智能稱質(zhì)量?jī)x表光耦輸出的L0端
4	10.3	PT650D智能稱質(zhì)量?jī)x表光耦輸出的LL端
5	10.4	停止/工作旋鈕SA0.4
6	10.5	手動(dòng)夾袋按鈕SB0.5
7	10.6	手動(dòng)松袋按鈕SB0.6
8	10.7	手動(dòng)快加旋鈕SA0.7
9	11.0	手動(dòng)慢加旋鈕SA1.0
10	11.1	手動(dòng)放料旋鈕SAI.1
11	11.2	料斗門(mén)關(guān)閉到位開(kāi)關(guān)信號(hào)SQ1.2
12	11.3	包裝袋夾到位開(kāi)關(guān)信號(hào)SQ1.3
13	11.4	緊急停止按鈕SA1.4
		表2輸出畳地址分配
	Tab.2Outputaddressassignment
序號(hào)	地址編號(hào)	• 輸入信號(hào)
1	Q0.0	慢加料攪龍中間繼電器KAQ0.0
2	Q0.1	慢加料電磁閥YVQ0.1
3	Q0.2	快加料電磁閥YVQ0.2
4	Q0.3	放料電磁閥YVQ0.3
5	Q0.4	夾袋松袋電磁閥YVQ0.4
6	Q0.5	報(bào)警指示燈HLQ0.5

 

根據(jù)控制系統(tǒng)的功能要求以及輸入輸出地址的分配，設(shè)計(jì)出檸條顆粒飼料包裝機(jī)控制系統(tǒng)PLC硬件接線圖見(jiàn)圖2。

24V

Q1L0.00.10.20.32L0.40.50.63L0.71.01.1NL1AC
PLCCPU224CNAC/DC/R

IIM0.00.10.20.30.40.50.60.72M1.01.11.21.31.41.5ML+
一申中申申申中中甲甲甲甲申一申單甲④$®

24V

HHHILDIXAESR鳥(niǎo)AA\\A

圖2PLC硬件接線圖

Fig.2WiringdiagramofPLChardware

2.2稱質(zhì)量顯示控制器

稱質(zhì)量顯示控制器選用珠海志美電子有限公司生產(chǎn)的PT650D型儀表，它是一種多用途稱質(zhì)量顯示器。主要技術(shù)參數(shù)：電源為交流220V±10%,顯示范圍500-100000，傳感器輸入電壓直流10V±5%,非線性誤差小于滿刻度的0.005%,采樣方法Delta-sigma方法，采樣速率200次/s,內(nèi)部分辨率16000000,通信接口RS232或RS485,控制輸岀4位光耦輸出⑷。

2.3傳感器和執(zhí)行元件

稱質(zhì)量傳感器選用濟(jì)南金鐘電子衡器股份有限公
司的B-xcn型稱質(zhì)量傳感器，主要技術(shù)參數(shù)：額定載荷150kg,精度等級(jí)C3,最大分度數(shù)3000,靈敏度1.98860mV/V,絕緣電阻5000MQ。

接近開(kāi)關(guān)選用OMRON公司E2E系列直流3線式接近開(kāi)關(guān)，采集的信號(hào)直接輸入到可編程控制器的數(shù)字量輸入模塊。

執(zhí)行元件氣動(dòng)電磁閥選用亞德客的五口二位氣動(dòng)電磁閥。

3軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)檸條顆粒飼料包裝機(jī)的要求，結(jié)合PLC的地址分配，以及硬件部分的設(shè)計(jì)情況，采用西門(mén)子STEP7-Micro/WIN軟件進(jìn)行軟件程序的編寫(xiě)⑴。PLC程序流程如圖3所示。

 

 

4結(jié)束語(yǔ)

該包裝機(jī)在檸條顆粒飼料生產(chǎn)線上進(jìn)行測(cè)試，以40kg/袋計(jì)算，精度在士0.2%范圍內(nèi)（小于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的準(zhǔn)確度0.5級(jí)要求），出料速度4.5包/min,產(chǎn)量達(dá)到10.8t/h,能夠滿足10t/h檸條顆粒飼料生產(chǎn)線的要求。

檸條顆粒飼料包裝機(jī)控制系統(tǒng)，自動(dòng)化程度高，計(jì)量精確，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，具有良好的可靠性和穩(wěn)定性，可以大大提高生產(chǎn)效率。該系統(tǒng)也可用于其他流動(dòng)性較好物料的定量稱質(zhì)量和自動(dòng)包裝。

 

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