PLC 在农产品加工机械自动化控制中的应用设计

2022-06-24安徽省农业机械试验鉴定站

农机质量与监督 2022年5期

关键词：瓜籽继电器工序

安徽省农业机械试验鉴定站

□ 徐凯潘汪友周翔

近年来，基于可编程逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller）的自动化控制技术，在农机行业逐渐得到普及应用。

一、自动化控制技术在农机领域采用的方案分析比较

目前农机自动化控制多采用单片机、PLC 和工控机方案。三种方案的选择，需综合考虑适用场所、数据存储处理能力、软硬件设计、外围接口、开发周期、成本等因素，分析比较见表1。

表1 不同控制方案分析比较

自表1 分析可见：PLC 具有集成度高、抗干扰性好、编程直观易学、开发周期短、小批量开发成本低等特点，在农产加工机械的单机和成套设备上的应用优势明显。

二、农产品加工机械的设计实践

PLC 自动化控制的设计思路：按照产品的工序流程、需求功能实现及相互关系， PLC 自动化控制设计大致可分为如下步骤：1.机械运行工序流程分析；2.控制需求确认；3.控制方案及硬件选择；4.软硬件设计；5.结果验证。

根据PLC 自动化控制设计思路，结合具体机械（滚筒式瓜籽炒制机）进行设计实践。

1．瓜籽炒制机运行工序流程

该机械流程依次为自动上料（完成后料斗归位）、滚筒正转（炒制）+ 燃烧器点火加热、滚筒反转卸料、振动筛振动清选除砂、拌料(调味)、出料。

2．控制流程确认

根据机械运行工序流程及功能需求。瓜籽炒制机需分为二个平行流程：物料流程和炒制温度控制流程。两个流程分别列表确认如表2、表3。

表2 炒制机物料运行流程

表3 炒制温度控制流程

3.控制方案及硬件选择

根据控制量和企业生产规模及控制需求确定控制方案和PLC 等硬件选择：

（1）控制量：分析表2 和表3，瓜籽炒制机控制系统需要9 个开关量输出，2 个开关量输入，1 个模拟量输入，控制系统主要功能在于流程控制，数据存储和计算量较小。

（2）企业生产规模：目前生产企业该产品生产批量不大，且没有电路板生产设备和技术。

（3）控制需求：控制系统按单工序运行或全自动运行，控制操作指令，可以通过控制系统的开关量按键输入，也可以通过触摸屏或键盘软输入。

方案选择确认：采用SR（继电器）型PLC 控制方案能满足全部控制要求。

4.硬件配置选择

（1）PLC 主控模块：西门子S7—200SMART SR30，18点开关量输入，12 点开关量输出。

（2）触摸屏：威纶TK6071IP，7 吋，通过RS485和PLC 通讯。

（3）热电偶输入扩展模块：西门子EMAR02,2 路输入。

（4）温度传感器：PT100，三线制。

（5）限位开关：行程开关，DELIXI JLXK1-111。

（6）继电器、接触器和电源：继电器、接触器、过载保护器根据电机功率等电气参数选择和配置。PLC 电源采用220V 市电，触摸屏及继电器的电源使用PLC 自带24V 输出电源。

三、软件设计

软件分为两个大的模块：参数设置和流程控制，其中流程控制分为温度控制流程和物料运行流程。

1．参数设置

参数设置模块用于定义控制工序需要的参数，让机器适应于工艺不同的物料的炒制，并匹配终端执行单元，如电机等。主要参数有：炒制时间、清选时间、拌料时间、炒制温度下限和上限、电机正反转转延时等。

2．流程控制

分为二个并行流程：温度控制流程和物料运行流程。

（1）温度控制流程。温控流程分为自动模式和人工模式。在自动模式下，根据炒筒的温度要求，自动实现二个燃烧器的交替开和关。在人工模式下，二个燃烧器的开和关均由人工控制。

在温控模式下，只要有一个燃烧机开启，为了避免炒筒受热不均，如果炒筒不是处在旋转状态，要求启动炒筒正转。

自动模式流程：当炒筒的温度低于温度下限时，两个燃烧机都开启；当炒筒温度高于温度上限时，如果两个燃烧机都是开启的，先关闭2 号燃烧机，保持1 号燃烧机继续开启，经过用户设定的时间后，如果炒筒温度仍然高于温度上限，则关闭1 号燃烧机。流程图如图1 所示。

图1 温度自动控制流程图

（2）物料运行流程

物料在炒制过程中，控制可分为单步、组合步及全自动运行三种模式。一个或几个单工序的连续运行为形成一个组合步，所有组合步的连续运行组成全程自动模式。如果在某单步开始运行前，其它单步必须先停止，这些必须停止的单步，称为该步的互斥步。各单步在系统中用步状态位标识。用户通过触摸屏输入，改变各步的步状态位，各步在运行结束时，复位步状态位。控制软件循环扫描步状态位，步状态位在置位时，该步运行，复位时，该步停止，通过这种方式，控制瓜籽炒制机的运行。单步、组合步、全自动运行及互斥步见表4。