姜淑華

（常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇常州 213164）

基于PLC茶葉裝箱機(jī)組控制系統(tǒng)改造

姜淑華

（常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇常州 213164）

通過PLC對茶葉裝箱機(jī)組控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，可以減少現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用的弊端，增加設(shè)備的先進(jìn)性，從而提高茶葉加工的質(zhì)量。本文將通過對PLC系統(tǒng)工作原理的分析，提出相應(yīng)的改造方法，從而對設(shè)備進(jìn)行改造，提升工藝水平。

PLC；茶葉裝箱機(jī)組；控制系統(tǒng)；改造

PLC是可編程控制器，以微處理器的使用為核心，是一種自動化控制裝置。它具有多方面的優(yōu)勢，可靠性較高、開發(fā)時間較短、編程比較靈活，比較適用接觸器控制系統(tǒng)的改造。目前，茶葉裝箱機(jī)組控制系統(tǒng)中繼電器、接觸器的控制系統(tǒng)設(shè)備比較陳舊，年久失修，容易出現(xiàn)一定的故障，需要加以改造，促進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行的順暢。

1　PLC概述

PLC主要采用的是可以進(jìn)行編程的存儲器，用于內(nèi)部程序的存儲，執(zhí)行多方面的功能指令，包括內(nèi)部存儲程序、順序控制、定時、計數(shù)等，并通過數(shù)字化的輸入輸出模式對各種機(jī)械設(shè)備進(jìn)行控制管理。它主要包括六個部分：電源、中央處理器、存儲器、輸入輸出接口電路、功能模塊、通信模塊。每個模塊控制不一樣的內(nèi)容，發(fā)揮不一樣的功用。PLC系統(tǒng)中電源起著最關(guān)鍵的作用。在進(jìn)行設(shè)計和改造時是起著重要關(guān)注的部分。一般情況下，當(dāng)交流電壓波在一定的范圍內(nèi)，PLC可以直接連接到交流電網(wǎng)上；中央處理器是系統(tǒng)的控制樞紐，發(fā)揮著重要的作用，它根據(jù)自身的功能檢查各種器件的狀態(tài)，診斷程序中的錯誤。通過掃描的方式，進(jìn)行各大設(shè)置狀態(tài)數(shù)據(jù)的接收，存入I/O映像區(qū)，然后對用戶指令進(jìn)行解讀，經(jīng)過命令解釋按照邏輯進(jìn)行運(yùn)算和執(zhí)行，將最終的結(jié)果進(jìn)行儲存，最后進(jìn)行相應(yīng)的輸送。為了提高處理的可靠性，還可以構(gòu)建冗余系統(tǒng)，即使出現(xiàn)故障，也不會出現(xiàn)大的損失；存儲器的設(shè)置很簡單，主要分為系統(tǒng)程序存儲和用戶程序存儲；輸入接口電路主要通過各種接口的連接實(shí)現(xiàn)構(gòu)建接口通道。現(xiàn)場輸出接口線路主要是通過控制輸出接口電路，輸出相應(yīng)的控制信號。

它們的工作原理：主要分為三個階段，輸入采樣階段、用戶程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段。在采樣階段，PLC首先以掃描方式按照順序進(jìn)行輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)的讀入，存入I/O映象區(qū)相應(yīng)的區(qū)域內(nèi)。采樣工作完成后，可以進(jìn)行用戶程序執(zhí)行、輸出刷新階段。在這兩個階段的進(jìn)行過程中，即使掃描讀入的信息發(fā)生了一系列的變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)區(qū)域中的信息也不會發(fā)生變化，有一定的穩(wěn)定性。同時也要注意一些特殊情況，輸入的如果是脈沖信號，則信號的寬度應(yīng)該要大于一個掃描周期，才能保證可靠和穩(wěn)定，在任何情況下，該輸入的信息都能被讀入。第二個階段，PLC通過由上而下的順序進(jìn)行程序的掃描。對線路的掃描也要按照一定的順序，理解指令后進(jìn)行邏輯運(yùn)算，通過運(yùn)算結(jié)果的應(yīng)用，刷新在系統(tǒng)存儲區(qū)中所對應(yīng)位的狀態(tài)，或者刷新在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)等。在過程中，只有輸入點(diǎn)的I/ O映象區(qū)內(nèi)的信息不會發(fā)生變化，其他輸出點(diǎn)的信息和狀態(tài)很可能發(fā)生變化，上面的梯形圖執(zhí)行結(jié)果會對下面的梯形圖起作用；排在下面的梯形圖，需要進(jìn)入下一個掃描周期才能起作用。進(jìn)入第三個階段，中央處理器可以按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的信息和狀態(tài)進(jìn)行輸出鎖存電路，對數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出，完成整個工作程序。該控制器相對其他編程語言來說，使用方便，編程簡單，對原先系統(tǒng)的改造比較小，減少了對軟硬件改造的費(fèi)用。第二，功能比較強(qiáng)，性價比較高。該控制器編程元件多，功能比較強(qiáng)大，可以通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)分散控制，進(jìn)行集中管理。同時該設(shè)施配套比較齊全，使用比較方便，適用性比較強(qiáng)。同時具有很高的可靠性，抗干擾能力較強(qiáng)。

2　茶葉裝箱機(jī)組工作原理

茶葉裝箱機(jī)組控制系統(tǒng)是茶葉加工流水線中最后的一道工序，主要負(fù)責(zé)茶葉的稱重、裝箱，也是不可缺少的一個環(huán)節(jié)，是必須要進(jìn)行解決的問題。該機(jī)組的設(shè)計中，有兩種工作程序。第一種是茶葉裝箱程序。在該程序的應(yīng)用中，首先要進(jìn)行空箱的人工放置，其他的一系列后續(xù)程序可以通過自動化裝置來進(jìn)行控制，例如裝箱、搖箱、推箱等工作。第二程序是茶葉裝袋程序。在該程序的操作中，需要進(jìn)行人工放置空袋和按動下茶開關(guān)，其他的部分可以實(shí)現(xiàn)自動化控制管理。在該機(jī)組中，除了繼電器-接觸器的使用，還安裝有產(chǎn)量和稱重自動顯示裝置，一定程度上便利了工作的進(jìn)行。它的技術(shù)特性：生產(chǎn)率基本維持在一個小時60箱；精準(zhǔn)度小于百分之零點(diǎn)四；貯茶斗容積大約為1.9立方米；電機(jī)功率為0.55千瓦，送箱電機(jī)為0.6千瓦。工作原理：該機(jī)組主要是通過循環(huán)方式進(jìn)行工作。首先是貯茶斗下茶，接著是自動稱重、稱茶斗下茶、搖箱，最后進(jìn)行送箱。具體的操作是：通過機(jī)器的使用實(shí)現(xiàn)在貯茶斗里貯存茶葉，然后進(jìn)行自動程序的開啟，帶動貯茶斗的大門打開，茶葉自然而然的落入稱重器上，進(jìn)行自動稱重。當(dāng)分量不夠，儀器有所反應(yīng)，貯茶斗里的茶葉會自動加入，直到適量即可。如果超出合適的重量，稱重儀器會自動進(jìn)行下茶，將多余的分量進(jìn)行剔除，直到符合標(biāo)準(zhǔn)為止。當(dāng)茶葉進(jìn)入茶箱，開始啟動搖箱機(jī)的工作，只要是為了將茶葉搖勻，在裝袋的過程中，使茶葉變得密實(shí)，減少袋中的空氣，盡可能地多裝茶葉。看到快要裝滿的時候，要調(diào)整搖箱的頻率，防止茶葉被搖出來，造成茶葉的浪費(fèi)。裝箱工作結(jié)束后，開始送箱，將茶箱送到稱茶斗下面，基本的工作結(jié)束。同時在工作的時候，要關(guān)注一定的注意事項。進(jìn)行裝袋工作的時候，注意送箱機(jī)不能工作，搖箱機(jī)也不能進(jìn)行反轉(zhuǎn)，而且幅度要相等，注意下茶的部分和裝袋的部分不聯(lián)動。當(dāng)開始應(yīng)用裝袋半自動程序的時候，通過稱重裝置的自動調(diào)整，茶葉按照正常分量落入茶袋，此時搖箱也同時進(jìn)行工作。下茶結(jié)束后，稱茶斗門自動關(guān)閉，茶葉又重新回到了稱茶斗里，接著重復(fù)以上工作。

3　PLC改造茶葉裝箱機(jī)組控制系統(tǒng)方法

3.1改造方法

根據(jù)不同的改造原理，出現(xiàn)的改造效果是不一樣的。在具體的操作中，如果按照原先的繼電器控制原理來進(jìn)行茶葉機(jī)組控制系統(tǒng)的改造，進(jìn)行改造圖的設(shè)計，無法實(shí)現(xiàn)外部特征的改造，可以克服內(nèi)部控制系統(tǒng)的弊端，可以克服原先繼電器可靠性低、維修困難等問題。對于實(shí)際的操作人員來說，也比較便利，還是遵循以前的操作方式，不用重新進(jìn)行學(xué)習(xí)和熟悉，還相對提高了可靠性。該改造設(shè)計對控制面板和上面的器件改變較少，因此在一定程度上可以減少對硬件改造耗費(fèi)的費(fèi)用。主要的改造方案有：茶葉裝箱機(jī)組的運(yùn)作方式不用作大的改動，因此原來的電路不改變，操作方法不改變。電子控制系統(tǒng)部分元件作用與原來的控制線路不作改變。該茶葉裝箱機(jī)組的各種裝箱等控制功能不變。通過改造，原先繼電器中的接線方式發(fā)生改變，由PLC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

3.2系統(tǒng)硬件設(shè)計

第一，I/O地址分配表。在該控制系統(tǒng)中，起動和停止的按鈕共有9個點(diǎn)，微觀開關(guān)有一個點(diǎn)，電機(jī)過載用熱繼電器有3個點(diǎn)，搖箱和送箱部分占4個點(diǎn)等，從整體來看，整個控制系統(tǒng)共需要29個輸入點(diǎn)，輸出的點(diǎn)占15個，不同的控制點(diǎn)發(fā)揮不同的作用，控制不同的性能，滿足系統(tǒng)改造的需要。

第二，硬件電路設(shè)計。進(jìn)行改造時所使用的是梯形圖設(shè)計，是按照原先繼電器工作原理進(jìn)行的。該電動機(jī)在進(jìn)行工作的時候，接觸的電圈和電源指示燈使用的是交流電源，只不過數(shù)值不一樣。為了提高運(yùn)行的安全性，在該系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行的時候，按規(guī)定的要求合上需要合上的開關(guān)，主要給輸出設(shè)備進(jìn)行供電。如果出現(xiàn)突發(fā)的而意外狀況，要及時斷開開關(guān)，斷開電源。如果電源不穩(wěn)定，需要在線路上增設(shè)變壓器，穩(wěn)定電流。

3.3PLC控制軟件設(shè)計

為了方便PLC系統(tǒng)的應(yīng)用，在進(jìn)行梯形圖設(shè)計的時候，將PLC內(nèi)部繼電器的數(shù)值設(shè)置保持與原先繼電器的數(shù)值一致，便于編程和閱讀程序工作的開展。梯形圖的設(shè)計，主要是由拼配機(jī)和風(fēng)送機(jī)的運(yùn)行方式來決定的。拼配機(jī)和風(fēng)送機(jī)兩個設(shè)備都是有代表性的啟停控制。在改造中，可以把茶葉量的開關(guān)設(shè)計為單按鈕，從而控制拼配機(jī)的啟停，比較實(shí)用。在裝箱手動和自動方面，進(jìn)行設(shè)計改造。從工作原理的分析中可見，茶葉的裝箱控制和裝袋控制是互鎖的，在進(jìn)行程序設(shè)計時也要考慮這方面的因素。為了使兩者之間相互不受干擾，可以采用跳轉(zhuǎn)指令的形式進(jìn)行兩者的控制。在設(shè)計程序的時候，要采用主控指令的形式，對裝箱的啟動按鈕和停止按鈕實(shí)現(xiàn)絕對的控制。在對自動、手動的控制問題上，節(jié)電器的出點(diǎn)和大小門開關(guān)的設(shè)置是相互對應(yīng)的，可以達(dá)到保證茶葉分量標(biāo)準(zhǔn)的情況。再者，就是關(guān)于半自動和手動進(jìn)行袋裝的問題，基本同裝箱的設(shè)計手法類似，參照上述方法進(jìn)行設(shè)計即可。

3.4程序調(diào)試

PLC內(nèi)部繼電器有一部分設(shè)置進(jìn)行稱重設(shè)置的調(diào)節(jié)，使秤桿穩(wěn)定一段時間后，能夠準(zhǔn)確無誤的切斷大小門的接點(diǎn)，從而保證茶葉能夠達(dá)到足夠的分量。其中拖延的時間一般保持在2秒左右，這個過程時間如果太短，就有可能達(dá)不到裝袋的精度目標(biāo)；如果時間過長的話，可能會造成大小門反復(fù)開啟關(guān)閉的現(xiàn)象，達(dá)不到技術(shù)操作的要求。在實(shí)際操作中，要對進(jìn)行控制稱重的設(shè)置進(jìn)行多次全面的調(diào)試，直到達(dá)到理想的調(diào)試效果為止，是整個程序調(diào)試的關(guān)鍵部分，一定要進(jìn)行各種各樣的評估和測驗(yàn)，保持系統(tǒng)運(yùn)行的精準(zhǔn)性。

4　結(jié)語

通過PLC的改造，可以進(jìn)行實(shí)現(xiàn)茶葉裝箱機(jī)組的自動化控制，提高該系統(tǒng)的性能，在一定程度上可以提高可靠性、安全性和產(chǎn)品品質(zhì)，同時也降低了設(shè)備的維修費(fèi)用，保證了茶葉的生產(chǎn)質(zhì)量和產(chǎn)量。

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江蘇省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2013年度課題《高職院?！凹寄芘嘤?xùn)·技術(shù)服務(wù)·創(chuàng)業(yè)教育”一體化的生產(chǎn)性實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)的研究》 （課題編號D/2013/03/110）

姜淑華（1972-），女，黑龍江齊齊哈爾人，研究生，講師，研究方向：電氣控制。