基于PLC牧草收獲打捆機控制系統(tǒng)設(shè)計

張登高

（江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院鹽城生物工程分院 江蘇鹽城，224000）

1 牧草收獲打捆機控制系統(tǒng)設(shè)計原則

牧草收獲打捆機工作環(huán)境復(fù)雜，因此系統(tǒng)需具備較好的環(huán)境適應(yīng)能力。牧草收獲打捆機控制系統(tǒng)集成了PLC技術(shù)、計算機技術(shù)、無線通訊技術(shù)等，為了保證各模塊正常工作，其設(shè)計需遵循如下原則：

（1）操作方便。牧草收獲打捆機自動控制系統(tǒng)的使用對象是農(nóng)民，他們文化基礎(chǔ)薄弱，不宜操作過于復(fù)雜的設(shè)備，因此在進行牧草收獲打捆機控制系統(tǒng)設(shè)計時，需簡潔明了，且有操作說明功能，在發(fā)生操作失誤狀態(tài)下也能及時給予提示。

（2）可靠性強。牧草收獲打捆機工作環(huán)境較為復(fù)雜，當(dāng)遇到惡劣環(huán)境時為了保證設(shè)備能正常工作，設(shè)備硬件類型的選用需考慮實際工作環(huán)境，要保證系統(tǒng)在多工況下穩(wěn)定運行。

（3）經(jīng)濟實惠。農(nóng)民收入水平相對偏低，因此系統(tǒng)設(shè)計時要遵循經(jīng)濟性原則，從農(nóng)民自身收入角度考慮，在滿足功能要求的前提下，盡量降低設(shè)計成本，力爭讓每個農(nóng)民用得起牧草收獲打捆機，讓這項技術(shù)真正地落地生根。

（4）可擴展升級。隨著科技發(fā)展，現(xiàn)代化智能設(shè)備更新較快，牧草收獲打捆機系統(tǒng)在設(shè)計過程需預(yù)留擴展接口，以便后期設(shè)備更新?lián)Q代。

2 牧草收獲打捆機控制系統(tǒng)總體設(shè)計

如圖1所示，本文設(shè)計的牧草收獲打捆機控制系統(tǒng)，主要由三部分組成：信息采集模塊、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊和可編程控制模塊PLC。信息采集模塊利用傳感器采集設(shè)備狀態(tài)信息，并傳輸?shù)絇LC模塊；PLC模塊將采集到的信息，一方面根據(jù)事先設(shè)置的程序來控制執(zhí)行設(shè)備；另一方面利用無線數(shù)據(jù)傳輸模塊傳遞給用戶，實現(xiàn)人機界面的實時監(jiān)控。

圖1 控制系統(tǒng)總體設(shè)計

3 牧草收獲打捆機控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

牧草打捆機的運行流程如下：傳感器采集打捆裝置的運行狀態(tài)信息，將這些信息進行預(yù)處理后發(fā)送到PLC控制模塊，然后依據(jù)設(shè)定的指令進行控制，以此來滿足收割、捆綁牧草的要求。用戶也可根據(jù)需要進行手動控制，對應(yīng)的控制流程如下：用戶通過人際交互式界面切換到手動控制狀態(tài)，利用界面按鈕指令的操作實現(xiàn)牧草打捆機工作。下圖2是打捆機控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計原理。

圖2 打捆機控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

4 牧草收獲打捆機控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

總體上看這種控制系統(tǒng)主要是基于云平臺、交互界面來控制打捆倉、開關(guān)倉，以此來滿足特定的操作要求。此外還可以進行手動控制，提高了系統(tǒng)的應(yīng)用便利性。和自動控制模式相比，手動控制的權(quán)限更高，這樣在自動運行模式下，如果接受到手動控制指令，則可結(jié)束原來的操作，根據(jù)手動控制指令進行控制，這樣用戶可以根據(jù)需要隨時獲取設(shè)備控制權(quán)。對應(yīng)的控制程序主要包括入網(wǎng)電機、割刀、倉室開關(guān)控制程序等幾部分。

4.1 入網(wǎng)電機及風(fēng)機控制系統(tǒng)設(shè)計

如圖3所示，在控制過程中PLC判斷出打捆倉室內(nèi)草料滿足開倉要求情況下，中止草料進倉，然后在指令的控制下風(fēng)機和入網(wǎng)電機開啟，在此過程中通電延時中間觸點也被觸發(fā)開始計時，然后使草輸送到打捆倉室，網(wǎng)繩也開始運動且對草捆繞網(wǎng)處理。

圖3 入網(wǎng)電機及風(fēng)機控制流程

粉碎后的草料通過傳送帶輸送到打捆倉室，控制系統(tǒng)根據(jù)采集的倉室草料信號進行分析，如發(fā)現(xiàn)達到開倉臨界值，則發(fā)送指令控制入網(wǎng)電機開啟。在此過程中如果用戶啟動手動控制，則系統(tǒng)開始結(jié)束自動控制程序，轉(zhuǎn)變?yōu)槭謩涌刂颇Ｊ健?/p>

4.2 割刀及傳送帶控制系統(tǒng)設(shè)計

下圖4顯示出割刀及傳送帶控制流程，分析可看出，草料在運動過程中不斷被粉碎且傳輸?shù)酱蚶}。在控制系統(tǒng)判斷發(fā)現(xiàn)打捆倉的草料信息達到設(shè)定的開倉臨界值條件下，傳送帶結(jié)束運行，且觸發(fā)計時器進行計時，在計時條件滿足后開啟割刀電機，結(jié)束后割刀和傳送相關(guān)的控制過程就完成。

圖4 割刀、傳送帶控制流程

控制程序在自動控制時需要依據(jù)設(shè)定的開倉預(yù)設(shè)值進行控制，在判斷發(fā)現(xiàn)打捆倉室草料數(shù)據(jù)達到此閾值后，進行割刀及傳送相關(guān)操作。其中的割刀控制輸出端Q0.3被置1，計時器T36被觸發(fā)，接著通過觸點復(fù)位使得割刀電機斷電。在交互界面中設(shè)置了割刀電機、傳送帶對應(yīng)的圖標(biāo)，用戶可以通過這些圖標(biāo)進行手動控制，而滿足特定條件下應(yīng)用要求。

4.3 倉室控制系統(tǒng)設(shè)計

倉室開關(guān)控制程序主要作用是控制倉室開關(guān)，這主要是基于其兩側(cè)的壓伸縮桿的伸縮運動實現(xiàn)的。在設(shè)計時還應(yīng)該注意到一點，打捆倉開關(guān)倉控制時對應(yīng)的傳送帶保持停止，這樣可防止草料持續(xù)進入而遺落，也為其后的控制提供便利。

開關(guān)倉子程序段在運行過程中，伸縮桿的控制端Q0.4保持高電平，這樣就可控制桿伸出，進而開啟打捆倉，在其中的滾軸轉(zhuǎn)動作用下，草捆滑出。此過程持續(xù)20秒鐘，到達設(shè)定時間點后觸點斷開Q0.4復(fù)位，對應(yīng)的控制端Q0.5保持高電平，在桿收縮作用下打捆倉閉合，全部的打捆過程結(jié)束。

5 牧草收獲打捆機人機界面設(shè)計

可編程控制器和觸摸屏在通信時利用以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳遞，為滿足連接要求，需要控制二者的IP對應(yīng)于同一網(wǎng)段。觸摸屏界面根據(jù)控制模式進行劃分，可分為自動、手動控制界面。其中的各界面均組態(tài)有切換按鈕，這樣用戶在操作過程中可方便的進行界面切換。開機界面為默認的自動控制界面。在通電后可直接進入到此界面。

圖6 手動控制界面

圖5為牧草打捆機控制系統(tǒng)自動控制界面。用戶可通過界面中手動切換按鈕實現(xiàn)手動控制界面切換。工作時，用戶可通過點擊界面上的開始、停止按鈕實現(xiàn)控制；當(dāng)開始按鈕按下時，界面左側(cè)指示燈會變紅，當(dāng)停止按鈕按下時，界面左側(cè)指示燈會滅，兩者保持著邏輯互鎖關(guān)系。界面上還設(shè)置了打捆計數(shù)器，設(shè)備在運行過程中，每完成一次打捆作業(yè)后，計算器就會加1，完成全部工作后重啟該計數(shù)器就會復(fù)位清零。界面中還設(shè)置了緊急制動按鈕，當(dāng)遇到突發(fā)情況時可按下該按鈕，以避免事故產(chǎn)生。

圖5 自動控制界面

圖6為牧草打捆機控制系統(tǒng)手動控制界面。該界面右下角同樣有工作狀態(tài)切換按鈕，用戶可通過界面中自動切換按鈕實現(xiàn)自動控制界面切換。界面左側(cè)為各功能手動開啟按鈕，可利用各功能模塊的開、關(guān)按鈕實現(xiàn)控制；當(dāng)開按鈕按下時，界面左側(cè)指示燈會變紅，當(dāng)關(guān)按鈕按下時，界面左側(cè)指示燈會滅，兩者保持著邏輯互鎖關(guān)系。界面右側(cè)設(shè)有入網(wǎng)、開倉時間的設(shè)置區(qū)域，用戶可在該區(qū)域?qū)υO(shè)備入網(wǎng)及開關(guān)倉時間進行設(shè)定。