基于PLC的香蕉秸秆切片机的优化设计

龙光涛

摘要：在传统香蕉秸秆切片机的基础上设计一种以PLC数字控制系统为核心技术的全自动控制系统，该系统主要是通过液压驱动系统实现进给、传送、切削等操作，达到连续切片的要求，同时通过PLC技术对液压驱动系统实现调节传送距离、进给量以及控制系统的启动、停止等过程，达到香蕉秸秆切片机全自动控制的效果。此系统的应用不仅能够提高香蕉秸秆切片机工作的效率，满足香蕉秸秆生产需求，提高香蕉秸秆再利用率，同时对降低劳动力，提高香蕉产业的经济效益和社会效益也尤为重要。

关键词：香蕉秸秆切片机；PLC；优化设计

中图分类号：S226.8 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）21-5419-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.21.056

Optimization Design of Banana Straw Slicing Machine based on PLC

YOU Guang-tao

（Office of Teaching Affairs， Guizhou Vocational Technology College of Electronics & Information， Kaili 556000， Guizhou， China）

Abstract： An automatic control system of the core technology of PLC digital control system based on the traditional banana straw slicing machine was designed. The system is mainly through the hydraulic drive system to achieve feeding， transmission， cutting and other operations to achieve the requirements of continuous slicing， and through the PLC technology to achieve the hydraulic drive system to adjust the transmission distance， feed rate and control system to start， stop and other processes， to achieve the full automatic control of banana straw. The application of this system can not only improve the efficiency of banana straw slicing machine， meet the needs of banana straw production， improve the utilization rate of banana straw， but also reduce the labor force， improve the economic benefit and social benefit of banana industry.

Key words： banana straw slicing machine； Programmable Logic Controller； optimization design

香蕉产量高、生长周期短，已成为中国热带地区农业经济发展的支柱产业。热带地区香蕉种植在促进农业发展、提高农民收入的同时，也产生了大量的秸秆副产品。有研究表明[1]，香蕉秸秆含有多种营养，其在开发生物质能、制作有机物以及提取纤维等方面都具有非常大的利用价值。由于香蕉秸秆加工机械化程度低、加工费用高，且加工设备需要在人工的辅助下完成，导致香蕉秸秆的利用率很低，因而造成极大的浪费。基于此，本研究采用PLC控制技术，在原来基础上做了相应的改进，以期为香蕉秸秆的后续加工提供一定的基础，同时达到提高资源回收利用，降低劳动强度和劳动成本的目的。

1 香蕉秸秆切片机工作原理

1.1 香蕉秸秆切片机结构原理

本研究设计的香蕉秸秆切片机主要由机架、液压系统、链传动机构、切片刀、切片台、进给滚筒、超越离合器等组成，其中香蕉秸秆切片机结构原理如图1所示。此设计受自动切片机的启发[2]，在原有香蕉秸秆切片机的基础上进行改进而设计的。切片机工作原理：首先将香蕉秸秆整体放置在香蕉秸秆切片机的进给滚筒上，启动切片机，同时用压料机将香蕉秸秆压紧，再用液压缸1驱动切片刀3进行切片，切片完成后切片刀快速回位，接着由压料机构将香蕉秸秆松开；然后由液压缸6驱动齿轮齿条机构，并通过超越离合器促进滚筒的转动，滚筒的转动主要是在链传动机构的作用下在各个水平位置上的滚筒向同一方向进行转动，以实现香蕉秸秆向前进给一定的长度，再由压料机构将香蕉秸秆压实后由切片刀进行切片，重复上述动作，以实现连续切片的功能。

1.2 香蕉秸秆切片机液压驱动系统

在香蕉秸秆切片机系统中，压料机构主要由液压系统驱动完成操作，而进给系统也是由液压驱动完成。进给机构主要由液压系统、传统机构、超越离合器以及齿轮齿条机构等设备组成。其进给原理是由齿轮齿条机构将液压活塞杆的直线运动转化为超越离合器的旋转运动，当齿轮齿条做往复运动时，超越离合器作单向传动，同时也带动滚筒进行单向运动，从而实现滚筒机构在链传动机构作用下实施转动，完成进给操作。进给量主要通过控制液压系统的活塞杆行程进行控制，而此控制由PLC（Programmable Logic Controller）和可调节距离的行程开关实现。图2为香蕉秸秆切片机液压驱动系统。

香蕉秸秆切片机液压驱动系统的工作原理是：当按下按钮时，5YA和7YA通电，液压缸13开始运作，当其压力达到压力继电器的设定值后，5YA断电，2YA通电，推动液压缸14行使切片工作。当液压缸遇到行程开关SQ2时，1YA和6YA通电，2YA断电，刀具返回、加紧机构放松。接着将3YA通电，1YA和6YA断电，进给机构运行，实现物料进给。另外，为了实现香蕉秸秆的连续切屑，通过行程开关SQ5进行4YA和5YA通电以及3YA断电的操作，从而实现液压缸12的回程和夹紧动作，而行程开关SQ4主要是通过控制4YA的断电，实现上述循环，最终实现连续切屑。

2 PLC技术在香蕉秸秆切片机控制系统中的应用

在本研究香蕉秸秆切片机控制系统设计中，采用日本三菱公司生产的FX2N系列PLC控制系统。下面针对PLC控制技术在香蕉秸秆切片机控制系统设计中的具体应用进行分析。

2.1 PLC控制系统中的I/O地址分配分析

PLC控制系统中的I/O地址分配的确定是PLC控制系统中硬件设计的关键，而I/O地址分配表是PLC系统程序编写和现场接线的主要依据[3，4]。因此，在本研究基于PLC控制系统设计的香蕉秸秆切片机控制系统设计中，应首先将I/O地址分配表列出来（表1）。

2.2 PLC控制系统中的梯形图及指令表

在PLC控制系统中的梯形图主要是在继电器和接触器控制系统电气原理图的基础上开发出来的一种图形编程语言，此种语言由于其简单、易懂、直观等特点被称为PLC控制系统中的第一用户语言[5，6]。本研究通过对香蕉秸秆切片机PLC控制系统的I/O地址分配表和接线图画出PLC控制系统的梯形图。图3为PLC控制系统I/O接线图，图4为PLC控制系统程序图，表2为PLC指令表。

2.3 香蕉秸秆切片机控制系统主要技术参数和调试

香蕉秸秆切片机控制系统中的液压系统额定工作压力设置为19.5 MPa，而整个切片机的工作额定功率设置为4 kW，切割速度设定在6 m/s以上，切割厚度为15～35 mm，动力配备为40.5 kW。根据上述相关参数，对香蕉秸秆切片机进行调试试验后认为，切片机的基本状况良好，采用液压驱动系统能够为切片机提供较大的切削力，提高切削效率，而通过将PLC控制系统融入其中，实现了自动控制的效果，提高了香蕉秸秆切片机的工作效率，可满足后续加工的要求。

3 小结

香蕉秸秆作为中国热带地区香蕉副产品，将其合理利用，对农业经济的发展，降低环境污染具有重要意义。本研究鉴于目前香蕉秸秆的利用现状和机械化程度低的情况，设计了基于PLC控制系统的香蕉秸秆切片机。香蕉秸秆切片机设计中融入PLC控制技术，不仅能够提供香蕉秸秆切片机自动化功能，同时提高了秸秆切片的质量和工作效率，可满足生产需求，实现再加工和再利用。但是由于此香蕉秸秆切片机控制系统中主要由液压驱动和PLC技术共同完成，其自动化水平的提升还有待进一步研究。

参考文献：

[1] 徐 茂， 张 燕.基于PLC的香蕉秸秆切片机的设计[J].农机化研究，2015（2）：21-23，27.

[2] 魏静敏，赵亚峰.基于PLC的自动泡沫切片机控制系统设计与实现[J].河南科技，2013（12）：88-89.

[3] ZHENG K， ZHANG X R， LIANG D. The design and finite element analysis of the installation to smash banana stem[J]. Advanced Materials Research，2013，791-793：694-698.

[4] 张喜瑞，王俊霖，李 粤，等.香蕉秸秆颗粒燃料固体成型机的设计与试验[J].农业工程学报，2012，28（11）：22-26.

[5] 李成文，张 燕.液压传动控制的香蕉秸秆切片机设计[J].农机化研究，2015（3）：150-153.

[6] 朱德荣，常云朋.香蕉秸秆还田技术研究与装备设计[J].中国农机化，2012（1）：140-143.