基于PLC的茶叶揉捻机自动控制系统.pdf

圃国四圃 仿一 ／ 建腰 ／ C AD ／ C AM／ C AE ／ C AP P 基于P L C 的 茶叶 揉 捻机自 动控制系统 赵春 芳 丽水职业技术学院 ， 浙江 丽水 3 2 3 0 0 0 Th e Au t o ma t i c Co n t r o l S y s t e m f o r Te a Twi s t i n g Ma c h i n e Ba s e d o n PLC ZHAO Ch u n - f a n g L i s h u i V o c a t i o n a n d T e c h n i c a l C o l l e g e ， L i s h u i 3 2 3 0 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e s i mp l y a n a l y z e s t h e p r i n c i p l e o f t e a t wi s t i n g ．T h e n t h e wh o l e d e s i g n t r a i n o f t h o u g h t o f a u t o ma t i o n c o n t r o l i s p r o p o s e d ， wh i c h i s d i v i d e d i n t o f o u r s u b s y s t e ms p e e d r e g u l a t i n g ，p r e s s u r e c o n t r o l ， t h e c o n t r o l o f h a n d l i n g o f l e a v e s a n d d i s p l a y ，t a k i n g P L C a s t h e ma i n c o n t r o l u n i t ．Th e s e l e c t i o n a n d c o n n e c t o f P L C a r e r e a l i z e d b y s i mp l e a n a l y s i s ．T h e c o mmu n i c a t i o n o f t h e wh o l e s y s t e m i S a n a l y z e d t o e s t a b l i s h Mo d b u s c o mmu n i c a t i o n p r o t o c o 1 ． Ke y WO r d s P L C； t e a t w i s t i n g ma c h i n e； a u t o ma t i o n c o n t r o l 1 引 言 我国制茶的机械化作业技术近几年虽然取得了长足 的发展 ， 但制茶机械的自动化和连续化程度仍然较低 ， 与 食品工业 的机械化相比存在着较大的差距 。食品工业生 产技术的发展过程大体要经历五个阶段 ， 即机械化阶段 、 初级 自动化阶段 、 自动控制阶段 、 数字化阶段和高级 自动 化阶段 无人化阶段 。目前国内食品加工技术已处于第 四阶段 ， 国外 茶叶加工已进人第三 、 第 四阶段 ， 如 日本蒸 青茶生产线和英国 C T C生产线。而我国的制茶技术总体 上仍处于第一阶段 ， 个别单机或生产线处于第二阶段 ， 与 国外相比尚存在巨大的差距 ⋯ 。 由中国农业科学院茶叶研究所承担的农业部 9 4 8滚 动项 目 茶叶标准化生产关键技术引进 、消化与创新研 究 于 2 0 0 6 年正式启动 j。本设计是该滚动项 目的一个 部分 ，其技术 目标是实现 6 C R 一 5 5型茶 叶揉捻机的工作 压力、 时间 、 转速和上、 下叶 装卸茶叶 的自动控制 。 2 揉捻机作业原理 茶叶揉捻机的主要机构 由揉盘与机架 、揉桶与加压 装置 以及传动装置等组成。 揉捻机在作业时， 揉桶内装满 杀青叶 ， 在电动机和传 动机构的带动下， 由揉桶 、 揉桶盖 和揉盘组成的揉捻腔在揉盘上做水平回转 ，揉桶 内的加 基金项 目 农业部 9 4 8项 目 N Y H Y Z X 3 3 5 工叶由于受到揉桶盖压力 、 揉盘反作用力 、 棱骨揉搓力及 揉桶侧压力等作用 ， 被逐渐揉捻成条 ， 并使部分叶细胞破 碎而茶汁外溢 ， 达到揉捻 目的 。 3 茶叶揉捻机自动控制系统的总体设计思路 本着操作简便 ， 安全可靠 ， 生产效率高的 目标 ， 茶 叶 揉捻机控制部分应达到以下一 1 二 作要求 打开 电源后 ， 首先 进行触摸屏操作 ， 输入工作组 、 用户名与密码 ， 验证无误 后 ， 才能进人茶叶揉捻机的控制系统 ， 然后或更改生产参 数 ， 或进入监视界面。按下开始按钮 ， 茶叶揉捻机会进入 自动运行状态， 随后进入初始化状态 ， 再进行故障 自检 ， 一 切正常后， 如果没有新的数据输入 ， 系统会 自动载人 次数据。 如果有新的数据输入， 系统将采用新 的数据进行 揉捻 。 揉捻结束后 ， 出茶门 自动打开， 等待下茶。 按下复位 按钮， 系统会 自动返 回初始状态 。如果在揉捻过程当中， 系统检测到异常现象 ， 系统会报警 。在揉捻过程 当中， 允 许随时暂停操作 ， 并在转换到继续时 ， 恢复所有数据。运 行当中的重要数据 ，在停电后能够得到保持，恢复供 电 后 ， 也能继续工作。在遇到非常严重 的故障， 按下急停按 钮 ， 系统会 自动禁止所有输 出， 等待人T处理后 ， 按下复 位按钮 ， 系统就可以恢复到初始状态。 如果在运行 当中遇 到问题 ， 但是可以通过手动解决 ， 那 么， 先可以按下暂停 ， 然后再切换到手动状态 ， 进行手动操作。 在遇到较大的故 足功能要求。 同时 ， 说明机械设计过程中采用模型仿真技 术可减少物理样机的修改次数 ， 简化零部件的受力分析 ， 实现强度计算 自动化 ，缩短 了机械产品开发周期和提高 了产 品的可靠性。 【 参考文献 ] [ 1 ] 邱宣怀 ． 机械设计[ M] ． 北京 高等教育出版社 ， 1 9 9 7 ． 1 0 8 l 机械工程师 2 0 1 0 年 第7 期 [ 2 ] 段建 中． S o l i d Wo r k s机械设计实战教程一 有 限元 分析[ M] ． 北京 电子工业 出版社 ， 2 0 0 9 ． 编辑 黄获 作者 简介 陈阳 国 1 9 7 6 一 ， 男， 助理工程师 ， 硕士， 从 事矿 用救援装备 产品研 发。 收 稿 日期 2 0 l 0 一 o 4 一 O l 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 障后 ， 系统仍然可 以进行手动揉捻 、 压盖手动升降 、 出茶 门手动开关 、 手动复位等 日常操作。 茶叶揉捻机 自动控制系统 主要 由上位机 、下位机和 调速控制 、 压力控制 、 上下叶控制以及显示四个子系统 组 成。整个系统框架如图 l 所示 ， 上位机是一 台 P C ， 和触摸 屏组 成一 体机 ；下位 机 是一个 西 门子 s 7 2 0 0系列 的 P L C ； 调速控制 系统主要是一台变频器和一台交流电机 ； 压力控制系统由压力传感器 、 步进 电机 、 步进电机驱动器 以及两个行程开关组成 ； 上下叶控制由电磁 阀、 气缸 、 接 近开关 以及限位 开关组成 ， 其 中限位 开关有 4 个 ； 显示系 统是一个文本显示器和一些指示灯 。 3 P LC选型与硬件连接 3 ． ， P L C选型 表 1 P LC I ／ O点数与类型 信号类型 输入点数 输出点数 按钮 9 步进电机驱动器 2 数字 行程开关 2 电磁阀 4 限位开关 4 指示灯 4 接近开关 l 变频器运行 1 模拟 压力传感器 2 变频器调速 l 合计 l 8 1 1 本系统 中变 频器 、 步进 电机 、 步进 电机驱动器 和接近开 关各 1 个 ， 行程开关 、 电 磁 阀和压力传感 器各 2个 ，限位 开关 4个 ，指示 灯若干 ， 这些构成了被控对象 ， 其 中压力传感器的输入 和 变频器的输 出是模拟量 ， 其余 都为数字量 的输入和输 出。 手动 自动切换 ， 主电机开 与关 ， 揉捻机开与停 ， 压盖上升 与下降以及出料 门开与关 ，都是按钮控制 ，是数字量输 入。本 系统 P L C的 I ／ O点数与类型如表 l 所示。 根据被控对象 的 I ／ O点数以及从工 艺要求 、扫描速 度 、 自诊断功能等方 面的考虑 ， 选用 S I MAT I C S 7 2 0 0系 列 P L C的 C P U为 2 2 4 XP C N型 。C P U 2 2 4 X P C N型 P L C 具有 l 4个数字量输入 I ／ 0接 口和 1 0个数 字量输 出 I ／ 0 接 口， 2 个模拟量输入和 1 个模拟量输 出， 2 个 1 0 0 k H z 的 脉冲输 出， 2 个 R S 一 4 8 5通信接 口。因本系统的数字量输 入有 l 6个 ，超过 1 4个 ，所 以使用 了 4输入 4输 出 的 E M2 2 3数字量扩展模块 。 3 ． 2 I ／ 0 地 址 分 配 I ／ O地址分配直接关系到硬件的接线 图， 以及软件 的 仿鼻 ， 建壤 I C AD I CA MI C A E I C A P P 编程 。因此 ， I ／ O分 配地址 至关 重 要 。 具体 I ／ O地址分配 如表 2所示 。表 2 中I 2 ．0 ～ I 2 ． 2 和 Q2 ． 0是 E M2 2 3扩 展模块上 的输入和 输出。 3 ． 3 P L C总接 线 图 数字量的输入 和输出如图 2 所示 接线 ，模拟量输人 和输出的连接在此 省略。 4 软件通信 计算机对茶叶 揉捻控制系统进行 控 制 是 通 过 P L C 实 现 的 ， P L C是 揉 捻控制 系统的实际 控制核心。计算机 完成系统控制和数 团固四匮团哩 表 2 I ／ O地址分配如表 手动自动 Q o ．o 揉捻开机 Q O ． 1 揉捻关机 Q O ．2 主电机开Q 0 _ 3 主电机关 Q o ． 4 压盖上升Q O ．5 压盖下降 Q O ．6 出料门开 Q O ．7 出料门关 Q1 ．0 压盖上限 Q1 ． 1 压盖下限 门开限位 ． f ] 关限位 步进脉冲 步进方向 变频启停 门气缸开 门气缸关 锁气缸开 锁气缸关 揉捻指示 电机指示 门开指示 I 2 ． 0 锁开限位 Q 2 ． 0 门闭指示 I 2 ． 1 锁关限位 I 2 ． 2 旋臂定位 据采集实际是处理与 P L C的通信问题 ， 计算机与 P L C是 通过串口进行通信的。 C P U 2 2 4 XP型 P L C有两个 R S 一 4 8 5接 口，可以根据 不同的需要采用不同的方式和外部设备进行通讯l 7 j 。 本 系 统中 P L C 需要和外部两个设备进行通信 ， 除计算机外 ， 还 有一个是文本显示器 。 文本 显示 器是通过专用 电缆和 P L C的 R S - 4 8 5口相 连 ， 通信速率在文本显示器 的系统菜单 中设置 。 另外一个 R S 一 4 8 5口通过 4 8 5 转 2 3 2 模块后与计算机的 R S 一 2 3 2 连 机械工程师 2 0 1 0 年第7 期i 1 O 9 O 1 2 3 4 5 6 7 0 2 3 4 5 O O 0 O O O O O● ●●● 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 蟹决方案 曩叵四百 暖口 工艺， 工装／ 簟具／ 诌■／ 蕾■ ／ 维偿／ 玫造 轮胎 翻转架的 设计 赵庆华 新疆天羚汽车厂 中国人民解放军第七四三八工厂 】 ， 乌鲁木齐 8 3 0 0 0 2 1 问题的提出 在库房货架产品开发中 ，我们按用户的要求设计了 轮胎翻转架 ， 它主要用于库房轮胎 的存放。 原来轮胎的存 放大多摆放在地上 ， 占地面积大而且摆放数量有限， 而且 轮胎属橡胶制品， 当橡胶制品受潮或胶体内棉线吸湿后 ， 便会发霉腐蚀， 使强度下降。 2 设计要求 根据用户及产品存放要求 ，轮胎翻转架应达到 以下 几点要求 1 轮胎应立式摆放 ， 下端 与地面保持一 定距 离。 2 因库房面积有限 。 翻转架应与货架相似， 分层摆放。 3 轮胎摆放后 ， 应能定期转动 ， 避免 同一着点长期产生 永久性变形。 4 考虑到运输的问题， 轮胎翻转架应为可拆 卸式的。 5 翻转架强度 、 刚度可靠。 3 轮胎翻转架的结构设计 3 ． J 定位方案的设计 轮胎离地面保持一定 的距离．左右侧定位靠框架及 轮胎侧面， 轮胎下端有两根无缝钢管支撑 ， 这样轮胎就可 以立式摆放。 3 ． 2 轮 胎翻 转机 构 的设 计 轮胎摆放在架子上， 如果靠人工定期翻转 ， 那将是一件 很辛苦的一件事 ， 因此我们在框架的一端装有减速器 ， 通过 减速器及链条带动轮胎下端的支撑管转动， 为了转动灵活， 支撑管端头装有轴承及轴承座， 轴承座支架固定在立柱上。 3 ． 3 可拆卸的设计 考虑到运输的问题 ， 轮胎 翻转架应为可拆卸式 的， 分 为侧框总成、 横撑总成、 零部件总成 支撑管、 轴承座、 减 速器 ，分别打包运输可避免总成件之间外表面的损伤 ， 到安装现场依次组装即可使用 。 如遇库房搬迁 ， 可拆卸打 包运输 ， 异地组装再使用。 3 ． 4 外形尺寸的确定 摆放轮 胎 的型号确 定翻转 架的 宽 度 尺 寸 ， 库房的高度 确定翻转架 的层数及高 度 尺 寸 ， 翻 转架 的长度 尺寸一般约 霪 为 2 ． 5 m 。 根据库房场地的大小 ， 轮胎翻转架可单独使用也 可拼组使用 ， 翻转架排列整齐 ， 便于轮胎的分类 、 存放 、 查 找及拿取。 4 结束语 这类产品经不断改进完善 ，已成为我厂主导产 品之 一 ，生产了近 2 0 0台 ， 受到用户单位的一致好评 ， 为工厂 赢得了良好的社会效益和经济效益。 编辑黄获 作者简介 赵庆华 1 9 6 8 一 ， 女， 工程师， 从事机械产品设计。 收稿 日期 2 0 1 0 - O一 1 3 接 ， 通信协议采用 M o d b u s R T U协议。M o d b u s R T U从站 指令库只支持 C P U上的通讯 0口 P o r t O 。 5 结语 茶叶标准化生产关键技术引进 、 消化与创新研究 项 目同时要求 “ 研制出茶叶加工关键设备的 自动控制装 置和生产线 19动控制系统 ，研制出茶叶加工智能化专 家 咨询系统。 ” 实际上 ， 本课题组同时还承担了实现 5 0型茶 叶滚筒杀青机的 自动控制 、实现杀青机与揉捻机生产线 的 自动控制以及研制出茶叶加工智能化专家咨询系统等 工作。5 0型茶叶滚筒杀青机的 自动控制项 目已于 2 0 0 7 年底交付使用 ，智能化专家咨询系统也 已于 2 0 0 9年完 1 1 0 机械工程师 2 0 1 0 年第7 期 成 ， 而自动生产线预期 2 0 1 0年完成。 [ 参考文献 ] [ 1 ] 肖宏儒绿 茶加工设备的发展趋势[ J ] ． 中国茶叶， 2 0 0 6 3 4 O ． [ 2 ] 杨亚军． 引进国际先进农业科学技术滚动项目2 0 0 6 年实施方 案申请书[ R ] ． 中国农业科学院茶叶研究所， 2 0 0 6 1 - 3 ． [ 3 ] 权启爱． 茶叶加工技术与设备[ M] ．杭州 浙江摄影出版社 ． 2 0 0 5 3 3 3 4 ． 编辑 黄获 作 者简介 赵春芳 1 9 6 8 一 ， 男。 助理工程师 ， 工学硕士， 研究方向为茶 叶机械 自动化。 收稿 日期 2 0 1 0 - 0 4 2 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m