何光明

（上饒職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江西上饒 334109）

1 設(shè)計需求及結(jié)構(gòu)

1.1 設(shè)計需求

桑蠶養(yǎng)殖過程中如何高效地分配不同養(yǎng)殖區(qū)的飼料，實現(xiàn)精準投放是關(guān)系到養(yǎng)殖生產(chǎn)效率的重要問題。傳統(tǒng)模式下主要依賴人力手工分配完成上述工作，存在效率低下、誤差率高等弊端，設(shè)計一款全自動化的桑蠶養(yǎng)殖飼料分區(qū)投放系統(tǒng)則能夠較好地解決這一問題。文章的研究也正是基于上述需求，采用西門子S7-200 型PLC 為核心控制器，連接推料桿、標準氣缸、光纖傳感器、傳送帶等外部硬件設(shè)備，通過各硬件模塊之間合理的電路裝配完成設(shè)計。

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如上所示，主要由PLC、標準推料氣缸、光纖傳感器、飼料傳送帶和飼料袋推桿等硬件部件構(gòu)成，具體的桑蠶養(yǎng)殖飼料自動分配動作為：根據(jù)養(yǎng)殖區(qū)的位置分布將桑蠶飼料裝置于不同顏色的飼料袋中，并由飼料傳送帶統(tǒng)一運輸，在每個養(yǎng)殖區(qū)入口安裝飼料袋推桿，當(dāng)與養(yǎng)殖區(qū)適配顏色的飼料袋經(jīng)過入口時，光纖傳感器識別該飼料袋，啟動對應(yīng)的推料桿將飼料袋推入養(yǎng)殖口，整個過程完全實現(xiàn)自動化控制。

2 系統(tǒng)硬件選型及設(shè)計

2.1 S7-200 型PLC

S7-200 型PLC 是由德國西門子公司研發(fā)的微型可編程控制器，是目前智能制造、工業(yè)生產(chǎn)和企業(yè)產(chǎn)品加工等領(lǐng)域普遍應(yīng)用的一款PLC，具有以下特性：（1）輸入輸出端口豐富，S7-200 型PLC 具有24 個輸入端口及24 個輸出端口，完全能夠滿足本系統(tǒng)研發(fā)所需的端口數(shù)量；（2）數(shù)據(jù)處理效率高，程序響應(yīng)快速，相較于傳統(tǒng)的可編程控制器，S7-200 型PLC 的數(shù)據(jù)運算速度更快，響應(yīng)程序的時間量級在毫秒之間，能夠快速地處理繁瑣的程序，實現(xiàn)自動化高效控制；（3）程序編譯簡便，有利于大型工業(yè)控制的集成化程序編寫應(yīng)用。本系統(tǒng)具體選用S7-200 型PLC 中226 型CPU 的可編程控制器，該款PLC 是S7-200 型PLC 中的一類，采用DC24 V 供電，不需要外接交流電源，能夠在滿足控制功能的基礎(chǔ)上有效地降低桑蠶養(yǎng)殖企業(yè)電力系統(tǒng)開發(fā)配套的成本。

2.2 標準氣缸與推料桿

圖2 標準氣缸與推料桿

本系統(tǒng)應(yīng)用的飼料輸送氣缸和推料桿機械結(jié)構(gòu)如上圖所示，對其中的部件及功能設(shè)計作如下介紹：（1）電路接線設(shè)計。標準氣缸的啟動和停止由外接的電控閥控制，氣缸上有棕色和藍色兩個端口，分別與電控閥的正極和負極相連，當(dāng)正負極之間導(dǎo)通時，氣缸充氣帶動推料桿推出，完成一次送料動作，反之當(dāng)正負極之間截止時，氣缸內(nèi)沒有氣壓，推料桿不動作。電控閥的導(dǎo)通和截止則由PLC 程序控制；（2）氣動控制設(shè)計。該部分由節(jié)流閥、氣管和氣泵等構(gòu)成，其中氣泵產(chǎn)生的壓縮空氣與推料氣管和縮回氣管分別相連，當(dāng)推料電控閥導(dǎo)通時，推料氣管充氣，帶動推料桿推出，當(dāng)縮回電控閥導(dǎo)通時，縮回氣管充氣，帶動推料桿縮回?？赏ㄟ^調(diào)整節(jié)流閥的松緊控制氣管內(nèi)的壓力，以實現(xiàn)對推料桿推出縮回速度的控制；（3）推料動作設(shè)計。推料動作由推料桿完成，當(dāng)推料桿推出時，飼料袋被推入對應(yīng)的養(yǎng)殖口。

2.3 光纖傳感器

選用ORMON 公司生產(chǎn)的E3X-NA 型光纖傳感器對不同顏色的桑蠶飼料袋進行識別。該款傳感器共有8 個靈敏度調(diào)節(jié)檔位，當(dāng)靈敏度調(diào)節(jié)檔位較低時，光反射性較差的深色物體不能被傳感器檢測到反射信號，而反射性較好的白色物體則能夠被傳感器采集到反射信號，反之若將傳感器的靈敏度調(diào)節(jié)至高檔位時，光反射性較差的深色物體能夠被傳感器檢測到反射信號，而反射性較好的白色物體則不能夠被傳感器采集到反射信號。因此，通過在1～8 檔之間進行調(diào)節(jié)可以使傳感器檢測不同顏色的飼料袋，并根據(jù)編寫的PLC 程序執(zhí)行推料動作。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)采用梯形圖編寫桑蠶養(yǎng)殖飼料自動分配程序，具體的編譯設(shè)計思路為：（1）按下啟動開關(guān)啟動三相異步電動機，帶動飼料傳送帶運轉(zhuǎn)輸送不同顏色的桑蠶飼料袋，同時綠色工作指示燈長亮；（2）假設(shè)白色袋裝飼料應(yīng)傳送至養(yǎng)殖口1，當(dāng)白色飼料袋運輸至養(yǎng)殖口1 光前傳感器位時，對應(yīng)的推料桿啟動將白色飼料袋推入養(yǎng)殖口1，其余顏色飼料袋的傳輸推料動作以此類推，并實現(xiàn)循環(huán)往復(fù)操作；（3）按下停止開關(guān)，系統(tǒng)停止傳輸和推送飼料袋工作，同時綠色指示燈滅，紅色指示燈亮，指示系統(tǒng)處在停止工作狀態(tài)。基于上述程序編寫思想繪制程序流程圖如下。

圖3 系統(tǒng)程序設(shè)計流程圖

4 小結(jié)

本系統(tǒng)能夠較好地解決桑蠶養(yǎng)殖飼料的自動運輸和分配問題，對提升桑蠶養(yǎng)殖自動化水平將產(chǎn)生積極的輔助作用。文章僅完成了系統(tǒng)的初步硬件和軟件設(shè)計，詳細的程序編寫和硬件裝配有待后續(xù)研究中不斷完善。