基于PLC的青貯園捆機控制方案設計

魏全盛+丁莉英

摘 要：該文首先對青貯圓捆機的工作原理進行分析提出控制需求。然后根據控制需求，結合控制對象特點，對比各類控制系統的優缺點，確定青貯圓捆機的總體設計方案。

關鍵詞：青貯園捆機 ?控制 ?工作原理

中圖分類號：S22 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）11（b）-0044-01

1 青貯圓捆機的基本工作原理

青貯圓捆機的機械動力來源于拖拉機的輸出軸轉動。液壓泵驅動液壓馬達通過液壓系統輸出傳動力。牧草通過喂料裝置或其他方式喂入進料倉，在喂料輪的帶動下，進入傳送帶。牧草在傳送帶的傳動下進入卷輥，卷輥中的牧草卷成草捆。當草捆壓力達到要求值時，打捆機控制系統停止喂料輪轉動，即停止牧草進入卷輥。與此同時，打捆機開始對已成型的草捆纏網，當纏網達到要求圈數時，停止纏網。隨后，割網刀進行割網，將網割斷。割網工序完成后開啟出捆倉門，草捆打捆完成。

2 青貯圓捆機的控制需求

根據上述機械機構和液壓系統，控制系統具體過程控制需求分析如下。

系統啟動后，程序開始進行初化，確保進料倉處于低位，出捆倉門處于關閉狀態。初始化完畢后，喂料輪開始運動，同時進料倉上升。為了配合牧草的喂入，進料倉在上升時間10 s到達最高點后停止，停止2 s后開始下降，回到原始位置停止10 s重新上升，如此反復運動。草料在進料倉上升的過程中在草料自身重力和喂料輪的共同作用下，進入輸送皮帶位置。草料經過皮帶進入卷輥，在卷輥中逐漸卷積成圓柱形草捆。此時張緊力傳感器將不斷檢測草捆張緊力，當其達到打捆要求時，啟動送網電機，開始送網。與此同時，控制系統開始檢測纏網圈數。當纏網圈數到達打捆要求時，送網電機停止，同時割網刀執行器帶動割網刀把網割斷。割網執行器在執行動作結束后自行歸位。網被割斷后出捆倉門立即打開，草捆在重力作用下出倉。延時2 s后出捆倉門關閉。至此，打捆工作完成一個打捆工作循環。

對系統控制需求歸納可得。

在自動控制系統中：控制系統有輸入信號11個、輸出信號12個。系統輸入信號主要包括進料斗位置信號、出捆倉門位置信號、草捆張緊力信號、纏網圈數信號、切網刀位置信號、電機起始位置信號等，由對應的傳感器和行程開關完成信號采集。輸出信號主要包括進料倉的升降信號、出捆倉門的升降信號、液壓馬達的啟停信號、送網電機的啟停信號、割網刀執行器轉動信號、喂料輪的啟停信號等，由對應執行器完成動作輸出。

3 總體控制方案的確定

從目前所采用的控制系統來看，主要有以下幾種控制方式。

（1）采用繼電器半人工控制。人工控制耗費大量人力，效率低，并且容易使生產者產生作業疲勞。這種控制方式自動化程度低，逐漸被淘汰;

（2）采用單片機控制。單片機控制系統具有開發成本低、方便靈活等優點。但是單片機控制也存在開放性差、較弱的人機交換性、有限的軟件硬件資源、較長的開發周期以及在惡劣的工作環境中穩定性較差，易受干擾故障率高等缺點;

（3）采用IPC控制。IPC控制具有軟硬件支持豐富、可靠性和抗干擾性高、實時性好等優點。其多使用于模擬量較多的控制系統;

（4）采用PLC控制。PLC控制具有相對容易的操作性，較好的實時性、擴展性好、故障率低、便于維護以及較強的現場適應性等優點。

考慮到本系統中為設計一個打捆機控制系統，應綜合考慮以下幾點要求：

（1）該系統要求實現在正常工作時能夠實現全自動化，并且該系統使打捆機可實現全自動控制、手動控制。

（2）該系統安裝于青貯圓捆機上，由拖拉機牽引在工作環境為田地等惡劣環境中工作。因此控制系統必須要求有較強的現場適應性及抗干擾能力。

（3）隨著青貯圓捆機功能的升級，例如與草捆纏膜機的配合使用，發展方向要求牧草從喂料到打捆再到纏膜全自動控制。因此配套的控制系統必須有較強的擴展性，滿足功能增加的需求。

綜合考慮實際要求以及各個控制系統特點，本控制系統選用由SIEMENS 系列可編程控制器（PLC）作為控制核心，以及各式傳感器及執行器所組成;為使機器運行過程可視化，更易于控制和更改所需參數，配套使用的SIEMENS觸摸屏;應用PLC及觸摸屏的編寫軟件進行軟件設計。

當前PLC品牌較多，種類也較多。選擇PLC要考慮到其性能、容量、價格等各方面因素。PLC按結構分為整體式、模塊式和疊裝式;按安裝方式分為集中式、遠程式和多臺PLC聯網式。本系統需要擴展模擬量模塊、集中安裝在青貯圓捆機上。所以本系統宜采用集中式、集中式PLC。

此外選擇PLC時還需要考慮容量方面的要求，容量包括I/O端子數和存儲量兩方面。

（1）控制系統包含9個開關量輸入，2個模擬量輸入，12個開關量輸出。考慮到10%～15%的裕量。本系統宜采用輸入接口在12個以上，輸出接口在16個以上。

（2）PLC程序設計中，每條指令都占據一定的存儲器空間，例如一條計時指令占存儲器2個字。考慮到25%～30%的裕量。采用估算的方法計算所需的存儲器空間。

綜合考慮，選擇西門子PLC型號為CPU226。其包含24路數字量輸入，16路數字量輸出，程序空間8192KB，數據塊空間5120KB，滿足控制系統要求。

4 結語

該文結合青貯圓捆機的工作原理，歸納出各機構中的控制需求。通過對各類控制系統的優缺點對比，并且考慮到具體控制需求，采用以PLC為核心的進行控制系統設計。

參考文獻

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