基于PLC的新型太陽能煙葉晾曬裝置設(shè)計(jì)

狄敬國(guó)，王 亮

(1.萊蕪職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，山東萊蕪 271100；2.北京航空航天大學(xué)工程訓(xùn)練中心，北京 100083)

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基于PLC的新型太陽能煙葉晾曬裝置設(shè)計(jì)

狄敬國(guó)1，2，王 亮2

(1.萊蕪職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，山東萊蕪 271100；2.北京航空航天大學(xué)工程訓(xùn)練中心，北京 100083)

采用運(yùn)動(dòng)可靠穩(wěn)定的PLC作為控制核心設(shè)計(jì)了一種新型太陽能煙葉晾曬裝置，該裝置所需能源由太陽能電池板進(jìn)行轉(zhuǎn)換提供，通過濕敏傳感器檢測(cè)雨水信號(hào)，以PLC為控制核心，利用觸摸屏實(shí)現(xiàn)操作，通過智能化控制可方便地實(shí)現(xiàn)在無人的情況下對(duì)煙葉進(jìn)行晾曬和收集。該裝置設(shè)計(jì)合理，工作可靠穩(wěn)定，特別是在農(nóng)村市場(chǎng)具有極高的推廣價(jià)值。

PLC；觸摸屏；太陽能電池；雨水探測(cè)器

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展日新月異，多功能環(huán)保產(chǎn)品在人們生活中出現(xiàn)的頻率越來越高。對(duì)于北方農(nóng)村煙農(nóng)來說，創(chuàng)新型產(chǎn)品的出現(xiàn)不僅可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，而且可以大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生活質(zhì)量。有研究表明，加大晾曬煙葉在配方中的應(yīng)用可以降低焦油殘余危害，提高煙葉香氣質(zhì)量[1]；烤制過程增加晾曬環(huán)節(jié)可以很好地提高煙葉濃度和甜潤(rùn)感[2]。煙葉采摘季節(jié)正值雨季，且煙葉水分大，若不及時(shí)晾曬很容易造成腐爛，從而嚴(yán)重影響煙葉烤后質(zhì)量；而采摘煙葉需要大量的人力，勞動(dòng)強(qiáng)度大，因而往往無法及時(shí)晾曬煙葉，從而造成不必要的損失。基于此，筆者在走訪調(diào)研的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種基于PLC控制的自動(dòng)晾曬煙葉裝置，以期實(shí)現(xiàn)煙葉在無人值守下自動(dòng)晾曬，避免煙葉腐爛，保障煙葉質(zhì)量，降低煙農(nóng)勞動(dòng)強(qiáng)度。

1　整體結(jié)構(gòu)原理

1.1主要結(jié)構(gòu)該裝置的主要結(jié)構(gòu)由太陽能電池板、蓄電池、雨水探測(cè)器、觸摸屏、PLC、各種運(yùn)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)以及防雨罩、遮雨布等組成(圖1)。

圖1　主要結(jié)構(gòu)示意Fig.1　Main structure of the device

1.2工作原理該設(shè)計(jì)采用了轉(zhuǎn)動(dòng)、齒輪齒條傳動(dòng)、直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)等形式。采用運(yùn)動(dòng)可靠穩(wěn)定的PLC作為控制核心進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)[3]。該裝置所需能源由太陽能電池板進(jìn)行轉(zhuǎn)換提供，通過濕敏傳感器檢測(cè)雨水信號(hào)，以PLC為控制核心，利用觸摸屏實(shí)現(xiàn)操作，通過智能化控制方便地實(shí)現(xiàn)在無人的情況下對(duì)煙葉的晾曬和收集。人機(jī)界面設(shè)有手動(dòng)界面和自動(dòng)界面，手動(dòng)界面設(shè)有晾曬左右展開按鈕、前后展開按鈕、遮雨布上下運(yùn)動(dòng)按鈕以及相應(yīng)的指示燈，能夠?qū)崿F(xiàn)單獨(dú)的操作；自動(dòng)界面設(shè)有“自動(dòng)晾曬”和“自動(dòng)收起”2個(gè)按鈕，可實(shí)現(xiàn)下雨時(shí)自動(dòng)收起煙葉、雨停后自動(dòng)晾曬煙葉。正常工作中有雨滴時(shí)，雨水探測(cè)器檢測(cè)到的信號(hào)傳入PLC控制器中，通過程序運(yùn)行，發(fā)出電機(jī)動(dòng)作指令，使相應(yīng)的電磁閥得電，從而實(shí)現(xiàn)煙葉的自動(dòng)收集；雨停后，雨水探測(cè)器未檢查到雨水信號(hào)時(shí)，PLC做出動(dòng)作指令，使相應(yīng)電磁閥得電，實(shí)現(xiàn)煙葉的自動(dòng)晾曬。控制過程流程如圖2所示，試驗(yàn)樣機(jī)局部電機(jī)如圖3所示。

圖2　控制過程流程Fig.2　The control process

圖3　試驗(yàn)樣機(jī)局部電機(jī)Fig.3　Local machine of the tested model machine

2　控制系統(tǒng)

2.1硬件設(shè)計(jì)具體硬件設(shè)計(jì)電路如圖4所示。該控制系統(tǒng)選用三菱FX2N-24MR作為控制核心，太陽能電池板供電，輸入口X0連接雨水探測(cè)器輸出信號(hào)端，輸出各點(diǎn)采用隔離連接方式，能夠更加方便地實(shí)現(xiàn)調(diào)試，Y0口、Y1口分別接遮雨布上下運(yùn)動(dòng)控制電磁閥，Y2口、Y3口分別接晾曬架左右展開運(yùn)動(dòng)控制電磁閥，Y4口、Y5口分別接晾曬架前后展開運(yùn)動(dòng)控制電磁閥，電磁閥統(tǒng)一選用24VDC線圈。在可達(dá)到控制要求的前提下，選材經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，可降低設(shè)計(jì)成本，同時(shí)也方便設(shè)備的維修和保養(yǎng)。

圖4　硬件設(shè)計(jì)電路Fig.4　Design of hardware circuits

2.2軟件設(shè)計(jì)程序流程如圖5所示。該程序控制過程相對(duì)簡(jiǎn)單，采用了SFC編寫形式，結(jié)構(gòu)清晰，調(diào)試方便。調(diào)試程序根據(jù)控制要求，從整體上來說，分別設(shè)計(jì)了手動(dòng)控制和自動(dòng)控制，圖5中S10為手動(dòng)控制程序段，其中編寫了單步控制時(shí)各個(gè)程序控制單元，如圖5最右邊顯示框所示，可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)中6個(gè)電磁閥分別單獨(dú)控制，圖中S11為自動(dòng)控制程

圖5　程序流程Fig.5　Program flow

序段，自動(dòng)運(yùn)行程序時(shí)又分為自動(dòng)晾曬和自動(dòng)收起2個(gè)控制過程，2個(gè)動(dòng)作過程中均分別包含了晾曬架左右運(yùn)動(dòng)、前后運(yùn)動(dòng)及遮雨布的上下運(yùn)動(dòng)幾個(gè)過程。

3　試驗(yàn)結(jié)果

依據(jù)確定的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)制作實(shí)物擺放效果如圖6所示，實(shí)物樣機(jī)如圖7所示。實(shí)踐證明，該設(shè)計(jì)采用太陽能充電，實(shí)現(xiàn)了太陽能電池板與蓄電池的正常充電；晾曬架可實(shí)現(xiàn)同時(shí)前后展開，采用雙電機(jī)拖動(dòng)，設(shè)計(jì)合理，工作穩(wěn)定；采用昆侖通泰觸摸屏作為人機(jī)界面，界面設(shè)計(jì)更人性化，具有手動(dòng)和自動(dòng)操作界面，使用方便；整個(gè)控制系統(tǒng)以PLC為核心，通過程序?qū)崿F(xiàn)煙葉的自動(dòng)晾曬和收起。

圖6　煙葉晾曬仿真效果Fig.6　Simulation effect of tobacco drying

圖7　樣機(jī)實(shí)物Fig.7　The model machine

4　小結(jié)

設(shè)計(jì)的這款基于PLC的新型太陽能煙葉晾曬裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)：充分利用太陽能，綠色節(jié)能環(huán)保；雨水檢測(cè)靈敏，運(yùn)行平穩(wěn)可靠；利用人機(jī)界面，操作使用方便；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新穎，值得推廣應(yīng)用。

[1] 王潔，曾代龍，符雷，等.晾曬煙葉發(fā)酵研究進(jìn)展[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，43(4)：1-4.

[2] 顏克亮，曾曉鷹，胡巍耀，等.晾曬煙葉模塊在烤煙型卷煙中的應(yīng)用[J].中國(guó)煙草學(xué)報(bào)，2012，18(1)：19-25.

[3] 楊東，黃永紅，張新華，等.用PLC基本指令實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)動(dòng)定位控制的研究[J].微計(jì)算機(jī)信息，2010，26(4)：62-64.

PLC,whichmovesstablyandreliably,isusedasthecontrolcoretodesignanewsolartobaccodryingdevice.Solarpanelscanprovideenergyforthedevice,andrainsignalcanbedetectedbyahumidity-dependentsensor.Theoperationcanberealizedbyatouchscreen.Tobaccodryingandcollectioncanberealizedbyintelligentcontrol.Thedeviceisdesignedreasonablyandoperatesstablyandreliably,soithashighpromotionvalueinrutalareas.

PLC;Touchscreen;Solarcell;Raindetector

狄敬國(guó)(1977-)，男，山東萊蕪人，副教授，從事控制工程研究。

2016-06-27

S214

A

0517-6611(2016)23-240-02

DesignofaNewSolarTobaccoDryingDeviceBasedonPLC

DIJing-guo1,2,WANGLiang2(1.DepartmentofMechanicalandElectricalEngineering,LaiwuVocationalandTechnicalCollege,Laiwu,Shandong271100; 2.EngineeringTrainingCenterofBeihangUniversity,Beijing100083)