基于PLC的化肥傳送檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(上饒職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西上饒，334109)

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)意在解決農(nóng)產(chǎn)品種植袋裝化肥的有序傳送和自動運(yùn)輸問題，以西門子S7-200系列PLC為控制器設(shè)計(jì)硬件和軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對袋裝化肥傳送設(shè)備滿載和空載狀態(tài)的自動檢測。具體來說本系統(tǒng)應(yīng)滿足如下兩個要求：一、倘若設(shè)備處于滿載狀態(tài)時，系統(tǒng)自動暫停傳送運(yùn)行，提示機(jī)械手可抓取化肥置于傳送帶，之后系統(tǒng)再次啟動并循環(huán)運(yùn)行；二、倘若系統(tǒng)運(yùn)行超過30S一直未進(jìn)入滿載狀態(tài)，隨即默認(rèn)進(jìn)入空載狀態(tài)并停止運(yùn)轉(zhuǎn)，同時發(fā)出聲光報警信號，提示操作人員給化肥送料盤加料。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 化肥傳送動能模塊

傳送能動模塊是本系統(tǒng)提供動能的硬件機(jī)構(gòu)，主要由一個直流減速電機(jī)為核心構(gòu)成，電機(jī)的選型應(yīng)與所需傳送的袋裝化肥重量相匹配，一般來說可選擇轉(zhuǎn)速10圈/min，額定電壓24-36V之間，空載電流<100mA，負(fù)載電流<500mA的中型功率直流減速電機(jī)。傳送動能模塊需與送料盤機(jī)構(gòu)通過螺絲進(jìn)行連接固定，以達(dá)到傳動動能模塊啟動時，送料盤能夠聯(lián)動運(yùn)送袋裝化肥的效果，此外為實(shí)現(xiàn)對傳送能動模塊啟停和檢測的自動控制，需要將PLC的特定輸出端與直流電機(jī)的正向引入端相連，并通過編譯程序給予特定輸出端以信號，實(shí)現(xiàn)對傳送能動模塊啟停的控制。

2.2 化肥送料盤機(jī)構(gòu)

化肥送料盤機(jī)構(gòu)是本系統(tǒng)傳送袋裝化肥的硬件機(jī)構(gòu)，具體的設(shè)計(jì)包含機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和電氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)兩部分。首先，機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。為實(shí)現(xiàn)對袋裝化肥的有效運(yùn)送，設(shè)計(jì)了料盤、調(diào)節(jié)支架、料臺支撐體三個機(jī)械機(jī)構(gòu)，其中料盤用于裝載化肥，調(diào)節(jié)支架用于調(diào)節(jié)整個機(jī)構(gòu)的垂直位置，料臺支撐體用于承載整個料盤機(jī)構(gòu)。其次，電氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)了直流電機(jī)控制模塊和光電傳感器模塊兩個電氣機(jī)構(gòu)，其中直流電機(jī)控制模塊裝配在料盤的下方，與料盤之間用螺絲固定，當(dāng)直流電機(jī)啟動后帶動料盤轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)對袋裝化肥的運(yùn)送，光電傳感器則用于檢測料盤中化肥的裝載量。

2.3 化肥運(yùn)送狀態(tài)檢測模塊

化肥運(yùn)送狀態(tài)檢測模塊是本系統(tǒng)用于檢測袋裝化肥運(yùn)送位置及裝載量的機(jī)構(gòu)，主要由E3Z-L型光電傳感器與外接機(jī)械結(jié)構(gòu)組成。E3Z-L型光電傳感器是一種漫射式光電傳感器，其工作原理為：利用光照射到北側(cè)物體上反射回來的光線情況作為傳感器檢測信號，具體工作時E3Z-L型光電傳感器與送料盤的料口保持同一水平位置，當(dāng)化肥運(yùn)送至料口時，光電傳感器檢測到化肥反射回來的光信號，接近開關(guān)動作使傳感器的輸出狀態(tài)發(fā)生變化；當(dāng)化肥沒有運(yùn)送至料口時，光電傳感器檢測不到反射回的光信號，接近開關(guān)不動作，傳感器維持原有狀態(tài)。

2.4 缺料報警模塊

缺料報警模塊是本系統(tǒng)的光電報警機(jī)構(gòu)，主要用于對化肥送料盤空載運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的聲光報警提示，設(shè)計(jì)的功能性為：系統(tǒng)啟動超過30S后倘若送料盤上一直處于沒有化肥物料的狀態(tài)，缺料報警模塊發(fā)出聲光報警，同時直流電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，以提示操作人員添加化肥物料。該硬件模塊的設(shè)計(jì)目的為：通過報警起到提示加料的作用，同時停止系統(tǒng)運(yùn)行，以降低直流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)造成的損耗，提升系統(tǒng)的使用壽命，具體的設(shè)計(jì)中采用蜂鳴器和燈泡作為主要硬件器件。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 I/O地址分配設(shè)計(jì)

I/O地址分配是系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，合理的I/O地址分配能夠?yàn)橛布B接設(shè)計(jì)提供有效依據(jù)。具體來說，根據(jù)本系統(tǒng)的硬件功能將I/O地址分配如下：(1)輸入地址分配。I0.0端口設(shè)定為啟動功能口，I0.1端口設(shè)定為停止功能口，I0.2端口設(shè)定為光電傳感器控制信號功能輸入口。(2)輸出地址分配。Q0.0端口設(shè)定為報警指示燈控制信號輸出功能口，Q0.1端口設(shè)定為蜂鳴報警器控制信號輸出功能口，Q0.2端口設(shè)定為直流電機(jī)驅(qū)動控制信號輸出功能口。

3.2 軟件程序編譯設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件程序主要包含化肥傳送動能模塊驅(qū)動程序、化肥送料盤空載30S倒計(jì)時程序、聲光報警程序、化肥送料盤滿載自動停轉(zhuǎn)程序四個部分。首先，化肥傳送動能模塊驅(qū)動子程序設(shè)計(jì)。I0.0(常開觸點(diǎn))、I0.1(常閉觸點(diǎn))、I0.2(常閉觸點(diǎn))、M0.0(常閉觸點(diǎn))與連接，輸出給Q0.2直流電機(jī)驅(qū)動控制線圈，此外I0.0(常開觸點(diǎn))或Q0.2常開觸點(diǎn)。其次，化肥送料盤空載30S倒計(jì)時程序設(shè)計(jì)。Q0.2(常開觸點(diǎn))與T37定時器相連。再次，聲光報警子程序設(shè)計(jì)。T37(常開觸點(diǎn))與I0.1(常閉觸點(diǎn))輸出Q0.0、Q0.1和M0.0三個并列線圈。最后，化肥送料盤滿載自動停轉(zhuǎn)子程序設(shè)計(jì)。由T37定時器、I0.2常閉觸點(diǎn)和Q0.2線圈組成，當(dāng)定時器倒計(jì)時30S結(jié)束后，I0.2常閉觸點(diǎn)斷開，Q0.2線圈斷電使系統(tǒng)停轉(zhuǎn)。