多段速無人駕駛畜舍飼料運輸車系統設計

胡望琴

(江西新能源科技職業學院，江西 新余 338000)

0 引言

可編程邏輯控制器PLC和變頻器在畜牧業養殖領域的推廣應用，能夠大大提升養殖作業的自動化程度。通過將西門子S7-200PLC與MM420變頻器結合起來，設計多段速畜舍飼料運輸系統，意在減少人畜接觸的頻率，提升養殖作業生產的安全性和可靠性。系統的總體結構設計、硬件設計、軟件設計等闡述如下。

1 總體結構設計

畜舍飼料運輸車結構如圖1所示：車長1.5 m，寬度1.3 m，高度1.2 m。由于采用全自動無人駕駛設計，因此應用履帶式機械動力結構，以提升整車運行的穩定性。系統總體結構主要由傳感器模塊、控制器模塊、動力模塊組成，其中傳感器模塊由壓力傳感器、紅外傳感器構成，可實現對整車畜舍飼料容量及車輛運行位置2項數據的采集；控制器模塊由PLC、變頻器構成，可通過編程和參數設置，實現無人駕駛狀態下畜舍飼料的多段速自動運輸控制；動力模塊由三相減速異步電機、驅動輪、履帶裝置構成，提供整車運行的動力源。

1—驅動輪；2—控制器；3—紅外傳感器；4—壓力傳感器；5—避震器；6—飼料存儲箱。

2 硬件設計

2.1 電氣硬件設計

系統電氣接線如圖2所示，根據多段速無人駕駛運送畜舍飼料的控制要求，選用S7-200型PLC為硬件控制核心，聯合紅外傳感器、壓力傳感器、按鈕開關、MM420變頻器、三相減速異步電機等設備，構建電氣硬件系統：①硬件輸入端。I0.0為低速啟動開關SB1，I0.1為中速啟動開關SB2，I0.2為系統停止開關SA，I0.3為運輸車A側紅外傳感器，I0.4為運輸車B側紅外傳感器，I0.5為運輸車內置壓力傳感器，I0.6為高速啟動開關SB3。②硬件輸出端。Q0.0、Q0.1、Q0.2分別接MM420變頻器數字端口DIN1、DIN2、DIN3。③變頻器端：MM420變頻器輸入端經空氣開關與三相交流電源連接，輸出端分別連接三相減速異步電機的3個輸入端。

圖2 畜舍飼料運輸車電氣接線圖

2.2 工作原理

系統工作原理：在起點A位置，操作人員往車中裝滿飼料，按下啟動按鈕后，車輛沿直線向畜舍B點運輸飼料，當B側傳感器檢測到運輸車到達B點后，車輛自動暫停，B側擋板自動打開卸料，當所有飼料卸完，壓力傳感器置0，車輛重新沿直線方向返回A位置，當A側傳感器檢測到運輸車到達A位置后，車輛自動停止，等待操作人員再次裝料。裝滿飼料后，由操作人員再次按下啟動按鈕，車輛重新運送飼料至畜舍端，實現循環往復送料作業。

此外，本系統設置高速(30 Hz)、中速(20 Hz)和低速(10 Hz)三個選擇按鈕，操作人員可結合飼料運輸距離、時間、總量等需求，在操作面板上選擇不同的速度模式，實現多段速無人駕駛運輸飼料功能，確保以最優的運輸方式完成飼料運輸計劃任務。以低速運輸模式為例，操作人員在A位置啟動開關SB1，運輸車自A位置以10 Hz頻率向B位置運輸飼料，到達B位置完成卸料后，再以-10 Hz頻率返回A位置。

3 軟件設計

3.1 變頻器參數設計

變頻器參數設計如表1所示。結合控制需求，在MM420變頻器P1001～P1006地址位上分別輸入表中的數據，各數據對應三相異步減速電機正轉、反轉的不同頻率，進一步通過編寫PLC梯形圖高速、中速、低速、正反轉切換系列程序，實現對變頻器DIN1～DIN3端子的數字化控制，達到多段速無人駕駛運輸畜舍飼料的控制目標。

表1 變頻器參數設置表

3.2 PLC程序設計

以低速自動運輸畜舍飼料為例編訂梯形圖程序段，如圖3所示。程序編譯執行的思想為：①操作人員往車中裝滿飼料后，I0.5置1，此時按下低速啟動按鈕SB1，Q0.0被置1，運輸車以10 Hz低速自動啟動，由A位置向B位置行駛。②當車輛到達B位置后(畜舍地點)，B側傳感器I0.4置1，M0.0輸出高電平，車輛自動停止。③車輛停在畜舍地點，B側擋板打開自動卸料，當所有飼料卸完后，DIN2和DIN3置1，變頻器進入低速運行狀態，帶動三相異步電動機以-10 Hz頻率運行，車輛自動返回A位置。④當A側傳感器I0.3置1時，表明車輛返回至A位置，DIN2和DIN3清0，車輛自動停止，等待操作人員重新裝料。中速、高速運輸飼料的程序編譯以此類推。

圖3 低速運料程序段

4 結語

采用多段速無人駕駛的方法實現畜舍飼料往返運輸，不僅實現了零接觸運輸畜類飼料的功能，還實現了多選擇速度控制自動運料的目的，體現了系統設計的人性化、功能多樣化和自動化，理論分析和程序設計體現了本系統應用的可行性和實用價值，可在農業生產中推廣應用。