PLC在肉類食品斬拌機上的應用

朱運曉?段平平

摘 要：本文以一種新型全自動斬拌機為應用背景，分析原有的繼電器，接觸器傳統控制方式存在的不足，明確指出了對其進行可編程控制器（PLC）控制改造的必要性。

關鍵詞：可編程控制器；斬拌機

肉類食品斬拌機是用來將條壯肉和塊壯肉斬拌成肉泥的機器。該機器是在80年代初由西德（現德國）進口到我國。該系統是由繼電器——接觸器傳統控制方式、其還帶有多個電磁閥、液壓系統、水銀開關等。系統由四臺電機來運行，第一臺電機是用來控制斬肉刀，其運用了Y—△啟動方式；第二臺電機是用來帶動斬拌機內大鍋的轉動，其有一、二速功能，一速是三角型啟動，二速是用雙星型運行。第三臺電機是液壓系統的油泵，其作用是對其他液壓控制提供油。第四臺出料電機當準備出料時運作的。

因為控制部件繁多，繼電器——接觸器傳統控制方式有相當大的缺點，故障率高，生產效率低，而在市場經濟條件下，工業企業為了提高自身的競爭力就必須提高生產技術水平，降低生產成本，新技術在一些老設備的技術改造上也越來越普遍。

編程控制器（PLC）是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術、自動化技術和通信技術發展起來的一種通用的工業自動控制裝置。所以本論文選擇了三菱PLC來改造斬拌機的電氣控制系統，由于系統的主電路及電機都安裝在設備里面，為了節省開支和實現該系統改造后的實際意義，所以主回路還是采取回原來的設備，不對其進行改造。

1 斬拌機的工作原理

（1）基本加工過程

先讓主機（斬肉刀）旋轉。主機軸上有固定好的刀片，然后再讓鍋體旋轉，鍋體旋轉方向正向于刀片的旋轉方向，且迎而攔截鍋內。此時鍋體上在旋轉，肉品轉到刀片下面時，被快速旋轉的刀片斬的粉碎，就這樣旋轉幾周后，肉塊已變成了肉泥，再啟動出料裝置，將鍋內的已斬拌好的肉泥取出來，送入桶內，運到下一個工序。

（2）電氣控制系統的控制原理

設備上共有四臺電動機：

<1>主電機（斬拌刀）是5.5KW，采用Y—△啟動方式。

<2>鍋電機是3.3/4.4KW，是一臺雙速電機。采用的是△啟動，雙星形運行。所以每次維修電機時一定要注意相序問題，不做好標記，就有可能形成第一速與第二速的旋轉方向不同，而轉動停機。

<3>油泵2.2KW，直接啟動，因為設備上的主刀軸是用蓋子蓋上的，要不然斬肉時會濺得到處都是肉，用蓋上蓋子就避免此現象了。這個蓋子的開啟與放下都是由液壓系統來完成。通過給不同的電磁閥通電，就會形成不同的油路，除此以外還有進料裝置是由液壓系統來控制的。

<4>出料電機1.5KW，直接啟動，當準備出料時，操作相應按鈕，出料裝置上有一個水銀開關，此時的角度正好使它接通，接通后它就使出料電機旋轉。肉品就被帶了出來。當需返回時，操作相應按鈕，出料裝置逐步離開鍋體，到達某個角度時，此水銀開關又斷開了，電機也就停了，然后出料裝置還要繼續運動，直道回到原來的位置。

工作原理：

開始工作時，合上柜上的總電源開關， 它是個三相自動空氣開關。然后再去按下啟動按鈕SB3，此按鈕位于設備上的小控制柜上。啟動按鈕SB3按下后，繼電器K1就會吸合自鎖，K1相當于總控制繼電器，它不吸合主電機就不能工作，其它動作也就無法實現。只有斬拌刀的蓋子能開啟、下降動作，這樣設計的目的就是為了安全，就是說在啟動按鈕SB3的上面除了有一個總停按鈕SB1之外，還有一個限位開關SQ1，只有當蓋住斬拌刀的蓋子完全下降到位后，液壓系統會推過來一個銷子將刀蓋壓住，銷子推到位后，就會使SQ1閉合，此刻就可以保證刀片旋轉時，不會因為碰上硬物，而使刀刃飛出傷人。當刀蓋蓋好，啟動按鈕SB3也按動作了，K1自鎖工作這時刀蓋有下降動作，只要按動相應的按鈕SB5即可，但刀蓋不能開啟，這時出料與進料裝置都可以工作了，相應的按鈕是SB6、SB7、SB8、SB9。

啟動時，主機與鍋電機有連鎖必須是先啟動主機，然后再啟動鍋電機，啟動過程是：按主機啟動按鈕SB3。KM1線圈得電，此時延時繼電器已經閉合，因為主機的KM3只要沒有粘連延時繼電器就可得電，FR1熱繼電器是反映過載的，只要四臺電動機其中的一臺過載都會使得FR1的熱元件彎曲，從而它的常閉觸點斷開，后面的所有動作就都立即停止。

SB1是主機的停止按鈕，停止時按下SB1，接觸器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5，主機及鍋電機也就停止運行，SB10是主機的啟動按鈕，但星形和三角形轉換之間要有延時，主機的第一速是星形啟動，由接觸器KM1、KM2來完成，第二速是用三角形運行，KM1于KM3共同實現。KM2和KM3的線圈串聯對方的常閉觸點是為了防止觸點熔焊造成三相電源短路。主機啟動后，鍋電機即可啟動。通過SB11和SB12控制，鍋的低速按SB11按鈕，接觸器KM4線圈得電，鍋電機三角形低速運行，然后再接SB12按通KM4斷開，KM5吸合鍋電機即轉為雙星運轉了。KM4和KM5的線圈串聯對方的常閉觸點是為了防止觸點熔焊造成三相電源短路。SQ2、SQ3是限位保護。

KM6控制出料電機，要使它旋轉必須具備兩個條件，一是鍋電機必須上了旋轉工作，第二是水銀開關必須閉合。

2 系統的PLC設計

（1）PLC硬件接線圖

進行PLC控制程序設計時。選擇了三菱FX2N-48MR標準型的PLC。加工刀及油泵等電機控制動作簡單，一旦開動后就一直不停運轉，直至停機為止。為了減少所選用的輸入開關量數目，降低所選用的PLC價格，這里將車刀電機及油泵等電機開停的按鈕開關量分別獨立于PLC之外，而仍保持原有的接觸器控制方案。相應地，分別顯示三臺電機用信號燈來代替均獨立于PLC之外。該斬拌機的PLC控制硬件接線圖所示。

從圖可看出，對斬拌機進行PLC控制，輸入量X0～X17。其中X15～X17是行程開關，X1和X2是系統啟動和停止按鈕，X0是主機的停止按鈕。主機的啟動的輸入量是X11，啟動后是三角形運行；X3、X4是刀蓋的開啟和下降，刀蓋的作用是加工運行時防止肉往外濺；X5和X6是出料裝置，是進鍋和離鍋的按鈕；X7是進料上升，進料鐵架就往鍋里進料，當桶傾斜到一定的角度，按上X8，X8作用經過一定的時間，桶自動返回原來的位置（此功能原來是手動控制，經PLC改造后變成自動功能）；X12～X14是鍋的低速、高速和停止按鈕。SQ1行程開關是刀蓋沒閉合的時候K1就斷開，使主回路也斷開，所以工作時必須使X15閉合。X16是水銀行程開關，當加工肉滿足一定條件后，水銀開關接通，出料電機運行，把加工的肉帶出來。X17行程開關，當鍋的大蓋上升到一定的角度，就會使X17閉合這時，這時進料電磁閥才能動作。如果大蓋沒大開或沒使X17閉合，這時就不會自動進料。

輸出量：Y1～Y3是主電機星型啟動啟動三角運行；為了防止電機短路故障，在外接線KM2與KM3之間有互鎖，在程序也加上了互鎖。Y3～Y4是鍋高速、低速，KM4與KM5之間互鎖。Y5是控制出料電機的；Y10、Y11是刀蓋的升起和下降，當系統在運行時，Y12不能動作。上采用了兩種電源24V直流電和220V交流電。

（2） PLC工作流程圖

根據上述控制要求，對的硬件接線圖進行深入分析，采用三菱公司提供的編程系統軟件GX Developer以梯形圖方式在微機上編制斬拌機PLC控制程序，然后用通訊電纜將控制程序由微機下載到PLC之內。其PLC控制程序流程圖所示

3 結束語

經過實驗證明。用該PLC控制程序對斬拌機控制，能使得他更趨向于全自動化、更加安全保護系統、減少了很多不必要的中間繼電器，在維護和維修節省了大量時間和金錢。相對于原先的繼電器—接觸器控制方案，該PLC控制方案不僅切實可行，而且工作可靠性高，程序方便，控制程序易于修改，生產效率大為提高。

參考文獻

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[3]肖寶興 西德斬拌機電氣原理圖 改版 1993.6