基于PLC的化肥传送检测系统设计

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(上饶职业技术学院，江西上饶，334109)

1 系统设计需求

本系统的设计意在解决农产品种植袋装化肥的有序传送和自动运输问题，以西门子S7-200系列PLC为控制器设计硬件和软件系统，实现对袋装化肥传送设备满载和空载状态的自动检测。具体来说本系统应满足如下两个要求：一、倘若设备处于满载状态时，系统自动暂停传送运行，提示机械手可抓取化肥置于传送带，之后系统再次启动并循环运行；二、倘若系统运行超过30S一直未进入满载状态，随即默认进入空载状态并停止运转，同时发出声光报警信号，提示操作人员给化肥送料盘加料。

2 系统硬件设计

2.1 化肥传送动能模块

传送能动模块是本系统提供动能的硬件机构，主要由一个直流减速电机为核心构成，电机的选型应与所需传送的袋装化肥重量相匹配，一般来说可选择转速10圈/min，额定电压24-36V之间，空载电流<100mA，负载电流<500mA的中型功率直流减速电机。传送动能模块需与送料盘机构通过螺丝进行连接固定，以达到传动动能模块启动时，送料盘能够联动运送袋装化肥的效果，此外为实现对传送能动模块启停和检测的自动控制，需要将PLC的特定输出端与直流电机的正向引入端相连，并通过编译程序给予特定输出端以信号，实现对传送能动模块启停的控制。

2.2 化肥送料盘机构

化肥送料盘机构是本系统传送袋装化肥的硬件机构，具体的设计包含机械机构设计和电气机构设计两部分。首先，机械机构设计。为实现对袋装化肥的有效运送，设计了料盘、调节支架、料台支撑体三个机械机构，其中料盘用于装载化肥，调节支架用于调节整个机构的垂直位置，料台支撑体用于承载整个料盘机构。其次，电气机构设计。设计了直流电机控制模块和光电传感器模块两个电气机构，其中直流电机控制模块装配在料盘的下方，与料盘之间用螺丝固定，当直流电机启动后带动料盘转动，实现对袋装化肥的运送，光电传感器则用于检测料盘中化肥的装载量。

2.3 化肥运送状态检测模块

化肥运送状态检测模块是本系统用于检测袋装化肥运送位置及装载量的机构，主要由E3Z-L型光电传感器与外接机械结构组成。E3Z-L型光电传感器是一种漫射式光电传感器，其工作原理为：利用光照射到北侧物体上反射回来的光线情况作为传感器检测信号，具体工作时E3Z-L型光电传感器与送料盘的料口保持同一水平位置，当化肥运送至料口时，光电传感器检测到化肥反射回来的光信号，接近开关动作使传感器的输出状态发生变化；当化肥没有运送至料口时，光电传感器检测不到反射回的光信号，接近开关不动作，传感器维持原有状态。

2.4 缺料报警模块

缺料报警模块是本系统的光电报警机构，主要用于对化肥送料盘空载运转状态的声光报警提示，设计的功能性为：系统启动超过30S后倘若送料盘上一直处于没有化肥物料的状态，缺料报警模块发出声光报警，同时直流电机停止运转，以提示操作人员添加化肥物料。该硬件模块的设计目的为：通过报警起到提示加料的作用，同时停止系统运行，以降低直流电机运转造成的损耗，提升系统的使用寿命，具体的设计中采用蜂鸣器和灯泡作为主要硬件器件。

3 系统软件设计

3.1 I/O地址分配设计

I/O地址分配是系统软件设计的的关键环节，合理的I/O地址分配能够为硬件连接设计提供有效依据。具体来说，根据本系统的硬件功能将I/O地址分配如下：(1)输入地址分配。I0.0端口设定为启动功能口，I0.1端口设定为停止功能口，I0.2端口设定为光电传感器控制信号功能输入口。(2)输出地址分配。Q0.0端口设定为报警指示灯控制信号输出功能口，Q0.1端口设定为蜂鸣报警器控制信号输出功能口，Q0.2端口设定为直流电机驱动控制信号输出功能口。

3.2 软件程序编译设计

系统软件程序主要包含化肥传送动能模块驱动程序、化肥送料盘空载30S倒计时程序、声光报警程序、化肥送料盘满载自动停转程序四个部分。首先，化肥传送动能模块驱动子程序设计。I0.0(常开触点)、I0.1(常闭触点)、I0.2(常闭触点)、M0.0(常闭触点)与连接，输出给Q0.2直流电机驱动控制线圈，此外I0.0(常开触点)或Q0.2常开触点。其次，化肥送料盘空载30S倒计时程序设计。Q0.2(常开触点)与T37定时器相连。再次，声光报警子程序设计。T37(常开触点)与I0.1(常闭触点)输出Q0.0、Q0.1和M0.0三个并列线圈。最后，化肥送料盘满载自动停转子程序设计。由T37定时器、I0.2常闭触点和Q0.2线圈组成，当定时器倒计时30S结束后，I0.2常闭触点断开，Q0.2线圈断电使系统停转。