基于PLC的新型太陽能煙葉晾曬裝置設計

狄敬國，王 亮

(1.萊蕪職業技術學院機電工程系，山東萊蕪 271100；2.北京航空航天大學工程訓練中心，北京 100083)

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基于PLC的新型太陽能煙葉晾曬裝置設計

狄敬國1，2，王 亮2

(1.萊蕪職業技術學院機電工程系，山東萊蕪 271100；2.北京航空航天大學工程訓練中心，北京 100083)

采用運動可靠穩定的PLC作為控制核心設計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行轉換提供，通過濕敏傳感器檢測雨水信號，以PLC為控制核心，利用觸摸屏實現操作，通過智能化控制可方便地實現在無人的情況下對煙葉進行晾曬和收集。該裝置設計合理，工作可靠穩定，特別是在農村市場具有極高的推廣價值。

PLC；觸摸屏；太陽能電池；雨水探測器

科學技術的發展日新月異，多功能環保產品在人們生活中出現的頻率越來越高。對于北方農村煙農來說，創新型產品的出現不僅可以提高產品質量，而且可以大大降低勞動強度，提高生活質量。有研究表明，加大晾曬煙葉在配方中的應用可以降低焦油殘余危害，提高煙葉香氣質量[1]；烤制過程增加晾曬環節可以很好地提高煙葉濃度和甜潤感[2]。煙葉采摘季節正值雨季，且煙葉水分大，若不及時晾曬很容易造成腐爛，從而嚴重影響煙葉烤后質量；而采摘煙葉需要大量的人力，勞動強度大，因而往往無法及時晾曬煙葉，從而造成不必要的損失。基于此，筆者在走訪調研的基礎上，設計了一種基于PLC控制的自動晾曬煙葉裝置，以期實現煙葉在無人值守下自動晾曬，避免煙葉腐爛，保障煙葉質量，降低煙農勞動強度。

1　整體結構原理

1.1主要結構該裝置的主要結構由太陽能電池板、蓄電池、雨水探測器、觸摸屏、PLC、各種運動直流電動機以及防雨罩、遮雨布等組成(圖1)。

圖1　主要結構示意Fig.1　Main structure of the device

1.2工作原理該設計采用了轉動、齒輪齒條傳動、直線往復運動等形式。采用運動可靠穩定的PLC作為控制核心進行硬件設計和程序設計[3]。該裝置所需能源由太陽能電池板進行轉換提供，通過濕敏傳感器檢測雨水信號，以PLC為控制核心，利用觸摸屏實現操作，通過智能化控制方便地實現在無人的情況下對煙葉的晾曬和收集。人機界面設有手動界面和自動界面，手動界面設有晾曬左右展開按鈕、前后展開按鈕、遮雨布上下運動按鈕以及相應的指示燈，能夠實現單獨的操作；自動界面設有“自動晾曬”和“自動收起”2個按鈕，可實現下雨時自動收起煙葉、雨停后自動晾曬煙葉。正常工作中有雨滴時，雨水探測器檢測到的信號傳入PLC控制器中，通過程序運行，發出電機動作指令，使相應的電磁閥得電，從而實現煙葉的自動收集；雨停后，雨水探測器未檢查到雨水信號時，PLC做出動作指令，使相應電磁閥得電，實現煙葉的自動晾曬。控制過程流程如圖2所示，試驗樣機局部電機如圖3所示。

圖2　控制過程流程Fig.2　The control process

圖3　試驗樣機局部電機Fig.3　Local machine of the tested model machine

2　控制系統

2.1硬件設計具體硬件設計電路如圖4所示。該控制系統選用三菱FX2N-24MR作為控制核心，太陽能電池板供電，輸入口X0連接雨水探測器輸出信號端，輸出各點采用隔離連接方式，能夠更加方便地實現調試，Y0口、Y1口分別接遮雨布上下運動控制電磁閥，Y2口、Y3口分別接晾曬架左右展開運動控制電磁閥，Y4口、Y5口分別接晾曬架前后展開運動控制電磁閥，電磁閥統一選用24VDC線圈。在可達到控制要求的前提下，選材經濟實惠，可降低設計成本，同時也方便設備的維修和保養。

圖4　硬件設計電路Fig.4　Design of hardware circuits

2.2軟件設計程序流程如圖5所示。該程序控制過程相對簡單，采用了SFC編寫形式，結構清晰，調試方便。調試程序根據控制要求，從整體上來說，分別設計了手動控制和自動控制，圖5中S10為手動控制程序段，其中編寫了單步控制時各個程序控制單元，如圖5最右邊顯示框所示，可實現對系統中6個電磁閥分別單獨控制，圖中S11為自動控制程

圖5　程序流程Fig.5　Program flow

序段，自動運行程序時又分為自動晾曬和自動收起2個控制過程，2個動作過程中均分別包含了晾曬架左右運動、前后運動及遮雨布的上下運動幾個過程。

3　試驗結果

依據確定的設計方案，設計制作實物擺放效果如圖6所示，實物樣機如圖7所示。實踐證明，該設計采用太陽能充電，實現了太陽能電池板與蓄電池的正常充電；晾曬架可實現同時前后展開，采用雙電機拖動，設計合理，工作穩定；采用昆侖通泰觸摸屏作為人機界面，界面設計更人性化，具有手動和自動操作界面，使用方便；整個控制系統以PLC為核心，通過程序實現煙葉的自動晾曬和收起。

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

圖7　樣機實物Fig.7　The model machine

4　小結

設計的這款基于PLC的新型太陽能煙葉晾曬裝置具有以下優點：充分利用太陽能，綠色節能環保；雨水檢測靈敏，運行平穩可靠；利用人機界面，操作使用方便；結構設計新穎，值得推廣應用。

[1] 王潔，曾代龍，符雷，等.晾曬煙葉發酵研究進展[J].河南農業科學，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用[J].中國煙草學報，2012，18(1)：19-25.

[3] 楊東，黃永紅，張新華，等.用PLC基本指令實現自動運動定位控制的研究[J].微計算機信息，2010，26(4)：62-64.

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

PLC;Touchscreen;Solarcell;Raindetector

狄敬國(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)