基于PLC的茶葉勻堆機控制系統設計

摘要：為解決茶葉勻堆機繼電器-接觸器控制系統故障率高、生產效率低的問題，根據茶葉勻堆機工作過程中的工藝要求，以可編程控制器（PLC）作為控制器，實現生產過程的自動化控制。結果表明，該系統不僅滿足生產工藝要求，而且使茶葉勻堆效果更加高效。

關鍵詞：茶葉勻堆機；可編程控制器（PLC）；梯形圖；設計

中圖分類號：TP273+.1 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）04-0933-04

Design of the Control System of Tea Evenly Pushing Machine Based on PLC

GUO He-wei

（Mechanical and Engineering Department， Hubei Polytechnic Institute， Xiaogan 432000， Hubei， China）

Abstract： In order to solve the problem which causes high failure rate and low production efficient in the relay-contactor control system of tea evenly pushing machine， PLC was used as controller to automatically control hydraulic equipment. The results showed that the control circuit not only satisfied the technological requirement， but also lead to high efficiency of tea evenly pushing.

Key words： tea evenly pushing machine； PLC； ladder diagram； design

可編程控制器（PLC）是一種以微處理器為核心的工業自動控制裝置，具有可靠性高、編程靈活、開發周期短等優點，特別適合對繼電器-接觸器控制系統的改造。大悟縣悟峰茶廠行車式茶葉勻堆機控制電路采用傳統中間繼電器、接觸器控制，接觸觸點較多，由于使用日久，加上灰塵較大，經常使觸點接觸不良，另外時間繼電器經常出故障，使整個控制系統運行不靈。由于故障多，設備維修人員的維修任務較重，生產效率較低。所以針對這種情況，經與該公司協商決定利用PLC對控制系統進行改造，用程序來實現邏輯控制功能，即用“存儲邏輯”（軟件程序）來取代繼電器-接觸器控制系統的“接線邏輯”（硬件接線），改造后使整個控制系統的穩定性大大提高[1-3]。

1 行車式茶葉勻堆機工藝程序

茶葉行車式勻堆機的結構主要由起進茶斗、輸送裝置、行車、勻堆池等部分組成。其中勻堆池有初勻堆池和復勻堆池兩部分，每個勻堆池均由若干個拼合斗組成。拼茶斗又分左右兩組，每組各有多個拼茶箱。行車式茶葉勻堆機工藝流程如下：待拼各篩號茶葉→進茶斗→打開進茶斗底部閥門→茶葉混合→斜輸送帶→初步勻和→橫輸送帶正轉（反轉）→右（左）組拼茶斗撒料行車→輸送帶→勻堆茶葉到拼茶斗→打開底部閥門→右（左）拼和輸送帶正轉→茶葉完成一次勻堆→若未到達勻堆→右（左）拼和輸送帶反轉→右（左）振動槽→進茶斗→二次勻堆→右（左）拼和輸進帶正轉→出茶輸送帶→出茶門打開出茶→裝箱工序→完成茶葉的勻堆作業[4]。

勻堆機工作時，第一次勻堆在右組拼茶斗進行，第二次勻堆在左組拼茶斗進行。左組拼茶斗與右組拼茶斗對稱，結構與工藝過程同右組完全一樣。經右、左兩組拼茶斗勻堆后的茶葉，一般能符合要求，如果仍未達到要求，還可再行勻堆。

2 主電路

茶葉行車式勻堆機由9臺電機拖動，分別為右行車電機M1、左行車電機M2、橫輸送帶電機M3、右拼和輸送帶電機M5、左拼和輸送帶電機M6、斜輸送帶電機M4、出茶輸送帶電機M7、右振動槽電機M8以及左振動槽電機M9，前5臺電機能進行正反轉控制，后4臺電機只進行單向控制，所有電機都有短路保護和過載保護控制。自動空氣開關QF和熔斷器FU對所有電機進行總斷路保護和短路保護。另外，在進行PLC控制系統設計時，主電路保持接線不變。主電路如圖1所示。

3 PLC控制系統的硬件設計

3.1 PLC控制系統的輸入/輸出點分配

控制系統有各種起動和停止按鈕共14個，極限行程控制開關共4個，右行車、左行車往復控制干簧管4個，光繼電器2個，手動開關觸點5個，它們各占PLC輸入點1個，所以整個PLC控制系統需要29個輸入點；輸出設備占用PLC的19個輸出點，這19個輸出點分別控制14個控制電機的交流接觸器、2個光電繼電器和3個電磁閥。為了節約PLC的輸入/輸出點，沒有將所有電機的過載保護用熱繼電器，3組電磁閥門大中小開門選擇開關作為PLC輸入點，節約18個輸入點，3組電磁閥門大中小選擇控制沒有選擇3種輸出控制，只計1種控制作為輸出點，節約6個輸出點。由此選用三菱公司的FX1N-60MR的PLC，其有36點輸入，24點輸出，完全可以滿足電氣控制要求?？刂葡到yI/O地址分配表如表1。

3.2 硬件電路的設計

在進行PLC硬件接線時，按鈕、開關、限位開關及相應光繼電器觸點都采用動合觸點連接。各電機的過載保護用熱繼電器常閉觸點與相應電機控制接觸器線圈串聯，達到過載保護的目的。有正反轉要求的電機在其控制接觸器線圈中串接相應聯鎖常閉觸點，防止相間短路事故的發生。各出茶門電磁閥分小、中、大3檔，由相應選擇開關根據需要選擇出茶門的大小。PLC的外部接線圖如圖2所示。

4 PLC控制系統的軟件設計

茶葉勻堆機控制系統PLC軟件設計主要根據電氣控制系統控制原理來進行，采用傳統的PLC設計方法，將繼電器-接觸器控制線路轉換成對應的PLC梯形圖來完成程序設計任務。為了設計方便，PLC內定時器的名稱號與原時間繼電器對應，例如PLC的時間T1代表時間繼電器KT1，T9代表時間繼電器KT9。

4.1 右行車、左行車控制梯形圖的設計

右行車電機和左行車電機都有正反轉控制要求，并都能帶動行車進行往復控制以及極限位控制，根據它們的控制規律設計的梯形圖如圖3所示。在進茶斗的出茶門關閉后，先使斜輸送帶延時22 s后停止工作，再過4 s，橫輸送帶停止工作，再過23 s，右行車或左行車停止工作，所以梯形圖中還設計有延時23 s自動控制功能。

4.2 橫輸送帶、斜輸送帶控制梯形圖的設計

橫輸送帶為正反轉控制，斜輸送帶在橫輸送帶工作后才能工作，二者之間具有先后順序控制關系，另外涉及如上所述的延時停車要求，所以設計的梯形圖如圖4所示。

4.3 進茶斗出茶門及出茶輸送帶控制梯形圖設計

進茶斗出茶門及出茶輸送帶控制規律較簡單，設計的梯形圖如圖5所示。

4.4 右振動槽、左振動槽、右拼和輸送帶、左拼和輸送帶控制梯形圖的設計

右振動槽與左振動槽、右拼和輸送帶與左拼和輸送帶控制要求相似，它們的梯形圖設計如圖6所示。

4.5 右組拼茶斗出茶門電磁閥、左組拼茶斗出茶門電磁閥控制梯形圖的設計

右組拼茶斗出茶門電磁閥、左組拼茶斗出茶門電磁閥控制相似，都要求有通電延時控制功能，所設計的梯形圖如圖7所示。

5 結論

采用可編程控制器（PLC）對行車式勻堆機電氣控制系統進行設計改造，將原有勻堆機有觸點控制系統改造成為PLC控制系統，在提高整個電氣控制系統的工作性能，減少維護、維修工作量的同時，克服了繼電接觸器控制系統的不足之處，實現了工作過程的自動控制[5]。系統操作靈活、方便，為茶葉勻堆機電氣控制線路設計改造提供了良好的借鑒。

參考文獻：

[1] 范永勝，王 岷.電氣控制與PLC應用[M].北京：中國電力出版社，2004.178-188.

[2] 李道霖.電氣控制與PLC原理及應用[M].北京：電子工業出版社，2004.105-108.

[3] 蔡紅斌，郭和偉.電氣與PLC控制技術[M].北京：清華大學出版社，2008.184-186.

[4] 吳挹華，鄧文強.茶葉勻堆機自動控制電路工作原理分析[J].中國茶葉，1989（2）：36-38.

[5] 郭和偉.基于PLC的種子生產線電控系統改造[J].中國農機化，2012（2）：136-139.