基于PLC的桑蚕养殖饲料自动分配系统设计

2019-12-23何光明

广东蚕业 2019年8期

何光明

（上饶职业技术学院江西上饶 334109）

1 设计需求及结构

1.1 设计需求

桑蚕养殖过程中如何高效地分配不同养殖区的饲料，实现精准投放是关系到养殖生产效率的重要问题。传统模式下主要依赖人力手工分配完成上述工作，存在效率低下、误差率高等弊端，设计一款全自动化的桑蚕养殖饲料分区投放系统则能够较好地解决这一问题。文章的研究也正是基于上述需求，采用西门子S7-200 型PLC 为核心控制器，连接推料杆、标准气缸、光纤传感器、传送带等外部硬件设备，通过各硬件模块之间合理的电路装配完成设计。

1.2 系统结构

图1 系统结构框图

系统结构框图如上所示，主要由PLC、标准推料气缸、光纤传感器、饲料传送带和饲料袋推杆等硬件部件构成，具体的桑蚕养殖饲料自动分配动作为：根据养殖区的位置分布将桑蚕饲料装置于不同颜色的饲料袋中，并由饲料传送带统一运输，在每个养殖区入口安装饲料袋推杆，当与养殖区适配颜色的饲料袋经过入口时，光纤传感器识别该饲料袋，启动对应的推料杆将饲料袋推入养殖口，整个过程完全实现自动化控制。

2 系统硬件选型及设计

2.1 S7-200 型PLC

S7-200 型PLC 是由德国西门子公司研发的微型可编程控制器，是目前智能制造、工业生产和企业产品加工等领域普遍应用的一款PLC，具有以下特性：（1）输入输出端口丰富，S7-200 型PLC 具有24 个输入端口及24 个输出端口，完全能够满足本系统研发所需的端口数量；（2）数据处理效率高，程序响应快速，相较于传统的可编程控制器，S7-200 型PLC 的数据运算速度更快，响应程序的时间量级在毫秒之间，能够快速地处理繁琐的程序，实现自动化高效控制；（3）程序编译简便，有利于大型工业控制的集成化程序编写应用。本系统具体选用S7-200 型PLC 中226 型CPU 的可编程控制器，该款PLC 是S7-200 型PLC 中的一类，采用DC24 V 供电，不需要外接交流电源，能够在满足控制功能的基础上有效地降低桑蚕养殖企业电力系统开发配套的成本。

2.2 标准气缸与推料杆

图2 标准气缸与推料杆

本系统应用的饲料输送气缸和推料杆机械结构如上图所示，对其中的部件及功能设计作如下介绍：（1）电路接线设计。标准气缸的启动和停止由外接的电控阀控制，气缸上有棕色和蓝色两个端口，分别与电控阀的正极和负极相连，当正负极之间导通时，气缸充气带动推料杆推出，完成一次送料动作，反之当正负极之间截止时，气缸内没有气压，推料杆不动作。电控阀的导通和截止则由PLC 程序控制；（2）气动控制设计。该部分由节流阀、气管和气泵等构成，其中气泵产生的压缩空气与推料气管和缩回气管分别相连，当推料电控阀导通时，推料气管充气，带动推料杆推出，当缩回电控阀导通时，缩回气管充气，带动推料杆缩回。可通过调整节流阀的松紧控制气管内的压力，以实现对推料杆推出缩回速度的控制；（3）推料动作设计。推料动作由推料杆完成，当推料杆推出时，饲料袋被推入对应的养殖口。

2.3 光纤传感器

选用ORMON 公司生产的E3X-NA 型光纤传感器对不同颜色的桑蚕饲料袋进行识别。该款传感器共有8 个灵敏度调节档位，当灵敏度调节档位较低时，光反射性较差的深色物体不能被传感器检测到反射信号，而反射性较好的白色物体则能够被传感器采集到反射信号，反之若将传感器的灵敏度调节至高档位时，光反射性较差的深色物体能够被传感器检测到反射信号，而反射性较好的白色物体则不能够被传感器采集到反射信号。因此，通过在1～8 档之间进行调节可以使传感器检测不同颜色的饲料袋，并根据编写的PLC 程序执行推料动作。

3 系统软件设计

本系统采用梯形图编写桑蚕养殖饲料自动分配程序，具体的编译设计思路为：（1）按下启动开关启动三相异步电动机，带动饲料传送带运转输送不同颜色的桑蚕饲料袋，同时绿色工作指示灯长亮；（2）假设白色袋装饲料应传送至养殖口1，当白色饲料袋运输至养殖口1 光前传感器位时，对应的推料杆启动将白色饲料袋推入养殖口1，其余颜色饲料袋的传输推料动作以此类推，并实现循环往复操作；（3）按下停止开关，系统停止传输和推送饲料袋工作，同时绿色指示灯灭，红色指示灯亮，指示系统处在停止工作状态。基于上述程序编写思想绘制程序流程图如下。