黃沛霖 王彥慶 黃勝維 李山款 胡東楓 農(nóng)作薦

摘要：本設(shè)計是烘干控制系統(tǒng)，為桂皮烘干控制系統(tǒng)的模擬運行，其主控模塊是FX3U-PLC，本設(shè)計是用三菱FX3U系列的FX3U-48MT可編程控制器作為主控部分，進行自動化控制，以昆侖通態(tài)觸摸屏為人交互界面，核心控制器接收外部信號，并做出相對應(yīng)的處理驅(qū)動相對應(yīng)的外設(shè)，控制著烘干機的全部運行狀態(tài)，從人機交互界面昆侖通態(tài)觸摸屏上設(shè)定控制系統(tǒng)參數(shù)、運動狀態(tài)，并監(jiān)控控制器和人機交互界面的通訊情況、烘干機各部分的運行動態(tài)、實時溫度的變化趨勢。根據(jù)光電傳感器判斷桂皮的來料的動向，把桂皮運載進烘干設(shè)備烘干，可從觸摸屏設(shè)定烘干系統(tǒng)的參數(shù)，烘干結(jié)束后自動卸載桂皮，進入下一輪的烘干。桂皮烘干控制系統(tǒng)實現(xiàn)了桂皮烘干機的自動化的智能控制。

關(guān)鍵詞：自動控制;烘干機;人機交互界面;PLC控制系統(tǒng)

引言

我國90%的肉桂皮烘干是由農(nóng)戶獨立完成，在傳統(tǒng)的肉桂皮制作過程中，大部分農(nóng)戶選擇將肉桂皮自然曬干或自然風干，而面對不同種類的桂皮所需要的工藝也不盡相同。如企邊桂要用刀將樹皮兩端削成斜面，突出其桂心（栓皮層內(nèi)的桂皮）攤曬至軟，將每塊桂皮夾在木制的凹凸板中間，將數(shù)塊疊起，兩端和中間用繩索綁緊，使每塊桂皮卷成槽狀后，攤曬至四成干時，除開綁繩和夾板，利用早、晚較弱的陽光曬干（曝曬油分容易揮發(fā)，降低效力）。由于不同農(nóng)戶之間的操作都有所差異，所以最終得出來的成品也會分成幾個等次與規(guī)格。

如果采用烘烤肉桂皮的方法則需要的勞動付出非常大，對烘烤者有一定的經(jīng)驗要求，還要把控肉桂皮烘干溫度，通常為了加快肉桂皮的烘干速度，減輕烘烤者的壓力，采取兩人輪班工作。隨著中國市場及海外對肉桂皮的需求增大，傳統(tǒng)的肉桂皮烘干方式已無法滿足肉桂皮的大批量成產(chǎn)，快速化干燥需求。近幾年來，我國極力宣傳綠色環(huán)保理念，國家出臺多項“煤改電”政策，農(nóng)機補貼，加快了桂皮產(chǎn)業(yè)機械化的轉(zhuǎn)型和升級，并推動著肉桂皮烘干設(shè)備等機械的改進和創(chuàng)新。隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程加快和農(nóng)產(chǎn)品加工工業(yè)的發(fā)展，未來經(jīng)濟作物農(nóng)產(chǎn)品烘干機發(fā)展?jié)摿薮?。根?jù)經(jīng)濟作物的細分，烘干設(shè)備向?qū)I(yè)化、特色化方向細分發(fā)展;為了滿足不同的需要，向固定式和移動式的烘干設(shè)備發(fā)展。因此，農(nóng)產(chǎn)品烘干機有無限地發(fā)展前景。

一、研究內(nèi)容及方法

本設(shè)計是肉桂皮加工的全自動的肉桂皮烘干機控制系統(tǒng)設(shè)備，設(shè)計過程當中將會圍繞著烘干機主體和肉桂皮去粗皮履帶外設(shè)兩個方面進行研究和學(xué)習。項目的主要研究內(nèi)容有以下幾個方面：

1、了解桂皮烘干加工工藝，對桂皮烘干的的基本工藝步驟進行仿真，并且能夠正常運行。

2、烘干機主體框架的設(shè)計和安裝，設(shè)計明確系統(tǒng)的主控中心，主控PLC的選型方面在滿足控制要求的同時，還要考慮成本問題。安裝指示燈與蜂鳴器，處于工作狀態(tài)時亮綠燈、處于暫?；虻却隣顟B(tài)時亮黃燈、處于急停狀態(tài)時亮紅燈。設(shè)計制作人機交互觸摸屏界面，將觸摸屏和三菱FX3U-48MT進行通訊，利用觸摸屏設(shè)定參數(shù)，并把參數(shù)輸送到程序中，觸摸屏時時監(jiān)控烘干系統(tǒng)的動態(tài)，在觸摸屏中制作目標溫度和實時溫度的實時曲線。

3、設(shè)計制作自動裝卸載肉桂皮的自動執(zhí)行的機械裝置，桂皮經(jīng)加工曬干后，受壓容易開裂破碎，導(dǎo)致成品等級降低。

4、架設(shè)肉桂皮去粗皮履帶外設(shè)，PLC通過控制電機，使履帶滾動。在履帶傳動的過程中，會增設(shè)有三個普通滾輪，一個去皮機構(gòu)（滾輪，但外表刀片狀螺旋分布），兩個磨皮滾輪（上下對稱，外表面類似于銼刀）。其中，普通滾輪的作用是使桂皮在履帶傳送的過程中與去皮機構(gòu)盡可能地貼合。而三個普通滾輪間盡可能地靠近，這樣能得到更好的效果。而去皮機構(gòu)能將桂皮的外皮有效去除，通過調(diào)節(jié)去皮機構(gòu)與履帶間的距離控制去粗皮的深淺度，生產(chǎn)出質(zhì)地平均的桂皮。最后則是磨皮滾輪，位于前面兩者之后，起精加工（磨皮）的效果，實現(xiàn)高品質(zhì)產(chǎn)品。

二、系統(tǒng)設(shè)計分析

對于本次系統(tǒng)軟件設(shè)計中的技術(shù)路線，圖1所示：

本次設(shè)計以三菱FX3U-48MT作為系統(tǒng)的主控中心，通過外部信號的輸入、變化，進行輸出入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新，可以形成一個閉環(huán)的過程控制。以控制要求，加工流程，進行系統(tǒng)硬件的選擇，并且構(gòu)造程序框架，編寫程序，PLC程序的編寫有多種設(shè)計語言，分別是梯形圖語言，指令語句表編程語言，功能塊圖編程語言，結(jié)構(gòu)化文本編程語言等等，編程時，除了要注意一些特殊指令的用法之外，還要注意各程序段之間的邏輯關(guān)系、中間繼電器、多線圈輸出等問題。針對PLC的使用本團隊將明確所要用到的硬件，以及使用的方法，列出I/O功能分配表、內(nèi)部使用輔助管理功能的元件列表。還要熟悉內(nèi)部控制輔助器件和相關(guān)的指令。下圖2、3所列內(nèi)容為肉桂皮烘干機PLC信號控制系統(tǒng)框圖及總控制流程圖：

三、系統(tǒng)功能測試

設(shè)計主要分為烘干機主機與桂皮去粗皮履帶外設(shè)兩部分組成。其中包含昆侖通態(tài)觸摸屏為人交互界面，它可以監(jiān)控系統(tǒng)的狀態(tài)和參數(shù)，可以控制整個系統(tǒng)的啟動停止和復(fù)位，可以查看烘干過程中的實時溫度的變化趨勢，能夠使烘干向著期望的方向進行。光電傳感器能夠了解桂皮來料的動向。紫外光燈能夠進行殺菌消毒，提高桂皮的品質(zhì)。使用PTC加熱器使結(jié)果比較接近太陽曬，烘烤出更好的產(chǎn)品。相應(yīng)的指示燈可以知道整個系統(tǒng)的工作、警報狀態(tài)。烘干托盤能夠依據(jù)傳感器信號自動伸出和回縮，設(shè)備自動運行工作。桂皮去粗皮履帶外設(shè)能夠減少人工桂皮加工的工作步驟。系統(tǒng)設(shè)計控制效果如圖4、圖5所示。

四、總結(jié)

烘干機是我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)品、經(jīng)濟作物中重要的農(nóng)用機械設(shè)備，在生產(chǎn)過程中承擔著重要的地位，影響著眾多商品行業(yè)的發(fā)展，使得生產(chǎn)過程不受天氣的影響，生產(chǎn)速度也得到很大程度的提高。利用“互聯(lián)網(wǎng)+自動化的智能烘干技術(shù)”，可以使采剝下來的新鮮桂皮得到及時的烘干，提高桂皮質(zhì)量的同時，大大提高了生產(chǎn)效率，節(jié)省了勞動力的輸出，對提高肉桂皮的商品價值具有重大的意義。

參考文獻：

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[3]王兆安，劉進軍.電力電子技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2017.

基金項目：梧州學(xué)院2021年自治區(qū)級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目：肉桂皮烘干機控制系統(tǒng)設(shè)計（項目編號：S202111354145）.