劉毅龍

（江西工業(yè)職業(yè)技術學院，江西南昌 330006）

1 系統(tǒng)設計需求概述

農(nóng)業(yè)飼料的加工包裝通常包含“來料運輸-搗碎加工-分揀包裝-入庫儲藏”4個環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)模式下前3個環(huán)節(jié)通常采用手工或半自動化作業(yè)完成，其中，手工作業(yè)模式完全基于人力，費時費力且容易造成作業(yè)誤差；半自動化作業(yè)模式通常會引入單片機、PLC等核心處理器構建開環(huán)加工包裝系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)對各作業(yè)環(huán)節(jié)的半自動化操作，但缺少人機交互、過程監(jiān)控、加工參數(shù)編譯調整等功能，作業(yè)精度和效率仍不高。為解決農(nóng)業(yè)飼料手工和半自動化加工包裝作業(yè)中存在的上述問題，以西門子S7-200型PLC為控制核心，聯(lián)合組態(tài)技術、機械制造技術、裝備技術、工業(yè)組網(wǎng)技術等設計全自動化可監(jiān)控的農(nóng)業(yè)飼料加工包裝系統(tǒng)，實現(xiàn)對飼料產(chǎn)品加工包裝的全自動化控制。

2 系統(tǒng)整體結構

如圖1所示，系統(tǒng)由上位機、下位機2個部分組成，其中上位機系統(tǒng)為PC監(jiān)控中心，通過工業(yè)組網(wǎng)技術直接與系統(tǒng)的組態(tài)控制模塊相連，負責接收、分析、處理整個系統(tǒng)下位機的數(shù)據(jù)，并能夠實時生成可視化的系統(tǒng)分析報表，以供用戶遠程監(jiān)控整套系統(tǒng)的運行狀態(tài)。下位機系統(tǒng)包含S7-200型PLC模塊、來料運輸機構、搗碎加工機構和分揀包裝機構，上位機和下位級之間通過以PPI和RS485為主的小型工業(yè)網(wǎng)絡建立起通信關系，實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)飼料加工包裝數(shù)據(jù)的獲取和通信。整套系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)小型網(wǎng)絡的連接下，構成了集運輸、加工、包裝、監(jiān)控、人機交互為一體的現(xiàn)代自動化系統(tǒng)，技術人員即可在組態(tài)端對系統(tǒng)運行進行操作和監(jiān)控，也可以在遠程上位機端對系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行實時的監(jiān)管。

圖1 系統(tǒng)整體結構Fig.1 The overall system structure

3 系統(tǒng)硬件模塊設計

3.1 來料運輸機構

來料運輸機構負責對待加工包裝的農(nóng)業(yè)飼料進行運送和搬運，也稱為進料機構，主要由直流電機運送模塊、工業(yè)機械手搬運模塊、傳感器識別模塊3個部分構成，各模塊的功能如下：①直流電機運送模塊。由DC24V小功率直流電機、撥料桿、運送盤3個機構組成，運送盤中放置經(jīng)過粗加工的塊狀農(nóng)業(yè)飼料，直流電機運轉時帶動撥料桿動作，飼料將在撥料桿的推動下逐漸運送至進料口。②傳感器識別模塊。選用EZ-18T型光電傳感器對進料口的農(nóng)業(yè)飼料量進行識別，當進料口的飼料量達到預制閥值時，光電傳感器被置為高電平，S7-200型PLC識別到該型號，并向送料直流電機發(fā)出“停轉”指令。③工業(yè)機械手搬運模塊。直流電機停止轉動后，工業(yè)機械手開始抓取進料口的塊狀農(nóng)業(yè)飼料，搬運至搗碎加工機構的加工入料口，當進料口的塊狀農(nóng)業(yè)飼料被清空后，EZ-18T型光電傳感器被置為低電平，S7-200型PLC識別到該型號，并向送料直流電機發(fā)出“啟動”指令，之后送料直流電機繼續(xù)運轉傳輸飼料，并循環(huán)往復。

3.2 搗碎加工機構

飼料搗碎加工機構的裝備設計圖如圖2所示，其主要功能為：對經(jīng)過粗加工的塊狀飼料進行搗碎、碾磨等自動化加工，并將搗碎加工完成的飼料傳送給分揀包裝機構。整個機構在S7-200型PLC的控制下實現(xiàn)了全自動化加工操作，具體的加工流程為：①來料加工機構運送的塊狀飼料投入加工入料口（圖2中的8）；②光電傳感器（圖2中的5）識別到足量的塊狀飼料后，啟動搗碎加工電機（圖2中的7）對飼料進行精加工，每次加工的塊狀飼料為預先設置好的定額，并由S7-200型PLC定 時器 指 令設 置5min的加 工 時間；③5min結束后，經(jīng)過精加工的飼料由送料口（圖2中的6）排出至分揀包裝機構。整個加工過程涉及到S7-200型PLC的定時器指令、“啟-保-?！敝噶?。

圖2 搗碎加工機構Fig.2 The pounding mechanism

3.3 分揀包裝機構

分揀包裝機構由傳送帶、分揀推料桿、落料槽和包裝成型4個模塊構成，各機構在S7-200型PLC的控制下有序運行，作業(yè)流程為：①當搗碎加工機構的精加工飼料運送至分揀包裝機構入料口時，系統(tǒng)啟動傳動帶運送飼料；②為實現(xiàn)高效分揀，本機構設置了3個分揀處理區(qū)，各區(qū)安裝獨立的分揀推料桿，分揀飼料按照應的配比被送至3個分揀處理區(qū)，之后各區(qū)的推料桿啟動，將飼料推送至相應的落料槽中；③落料槽設置上、下限感應傳感器，用于檢測其中的飼料容量，當飼料達到上限傳感器位時，傳送帶停止，S7-200型PLC向包裝成型模塊發(fā)出高電平指令，啟動包裝成型機構完成對落料槽中飼料的獨立包裝，包裝完成后自動入庫，此時下限傳感器檢測到落料槽中空置，傳送帶重新啟動，運送下一批飼料入落料槽，并循環(huán)往復。

4 系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)軟件設計包含監(jiān)控組態(tài)設計、加工包裝梯形圖設計2個部分，其中監(jiān)控組態(tài)設計基于MCGS組態(tài)軟件平臺，設置“啟動”“停止”“復位”3個基本按鈕控件，實現(xiàn)對本系統(tǒng)啟動運行、停止運行和臨時復位3項功能的操作，具體設計中，調用MCGS控件庫中的相應控件，并分別與梯形圖程序中的“啟動”“停止”“復位”觸點進行關聯(lián)即可。

系統(tǒng)梯形圖程序的設計采用順序功能流程圖的思想編寫，包含單序列、并行序列和選擇序列等流程結構，具體的編寫思想為：啟動系統(tǒng)后，系統(tǒng)進行自檢操作，來料運輸機構開始傳送和搬運粗加工飼料產(chǎn)品；搗碎加工機構的光電傳感器識別到足量的塊狀飼料后，啟動搗碎加工電機對飼料進行5 min精加工，并將精加工完成的飼料傳送給分揀包裝機構；分揀包裝機構對飼料進行分揀、包裝、入庫等處理。詳細的梯形圖主程序編譯流程見圖3。

圖3 系統(tǒng)梯形圖編譯流程Fig.3 The compilation process of system ladder diagram

5 結語

農(nóng)業(yè)飼料加工包裝自動化系統(tǒng)以S7-200型PLC為控制核心，實現(xiàn)對粗加工農(nóng)業(yè)飼料的精加工、包裝和入庫作業(yè)，并能夠通過上位機和組態(tài)界面監(jiān)控整個加工包裝過程，對提升農(nóng)業(yè)飼料加工自動化水平具有重要的作用。