彭帥星，胡迎春，牟向偉，胡裔志，齊勇落

（1.廣西科技大學(xué) 機械工程學(xué)院，柳州 545006；2.廣西師范大學(xué) 職業(yè)技術(shù)師范學(xué)院，桂林 541004；3.桂林海威科技股份有限公司，桂林 541004）

0 引言

廣西抓住了國家“東桑西移”的良好機遇，調(diào)整戰(zhàn)略，努力實現(xiàn)了跨越式發(fā)展，在桑蠶產(chǎn)業(yè)積極地投入和不斷地擴展，逐漸成為廣西地區(qū)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移方向最成功的產(chǎn)業(yè)之一。雖然廣西的桑蠶業(yè)發(fā)展迅猛，但是由于養(yǎng)蠶業(yè)機械化程度不高，發(fā)展較緩慢，成為制約桑蠶產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的瓶頸。目前在桑園管理和桑葉收獲方面，由于受廣西自然條件和地理環(huán)境的影響，國內(nèi)對輸送機的研究還處于起步階段，由于目前工業(yè)化迅速發(fā)展，城鎮(zhèn)化進程加快，勞動力價值提升，為加快研究適合不同區(qū)域蠶桑產(chǎn)業(yè)各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的配套、高效機械設(shè)備，推動傳統(tǒng)蠶業(yè)向規(guī)?；?、省力化和優(yōu)質(zhì)高效的現(xiàn)代化經(jīng)營方向發(fā)展，迫在眉睫。桑葉采摘收集輸送機是必不可少的機械設(shè)備。

1 整機結(jié)構(gòu)及工作原理

桑葉收集輸送機，它的主要功能是有節(jié)律的把運輸車向前推進一個運輸車的距離而且能夠?qū)崿F(xiàn)準確的定位，使之制造過程更加流暢。桑葉收集輸送機是由運輸車和它的傳動裝置構(gòu)成（如圖1所示），圖中有很多運輸車構(gòu)成，每個運輸車中心都有一個定位孔，而車體是通過兩個2（滾輪）來支承在1（滾道）上，而9（導(dǎo)軌）是分別夾在兩個滾道中間。小車的3（臺面）是通過5（回轉(zhuǎn)鉸軸）相連接成為一個整體，從而在每個車臺面上都會有4（塑料箱）來進行承接桑葉，傳動的部分6（步移缸）一般位于在7（車體）下邊，8（插銷缸）和10（定位缸）的插銷和拔銷運動都會對應(yīng)定位孔所在位置。因為車體和臺面之間連接距離是固定的，從而兩個小車之間的距離也是固定并且是相等的，都是0.5m。

由實際測量，一株桑樹一般有3～5枝，一般采摘完一株需要3s，運輸車運動需要時間（循環(huán)周期）可以確定為12s；步移缸前進后退速度采取慢-快-慢節(jié)奏，以防產(chǎn)生沖擊。

圖1 桑葉收集輸送機結(jié)構(gòu)

桑葉收集輸送機氣壓PLC控制系統(tǒng)的運動順序是先插銷缸的活塞上升（插銷），然后定位缸活塞下降（拔銷），從而步移缸活塞向前運動（步移缸前進）。到指定位置后，定位缸的活塞上升（插銷），從而插銷缸活塞下降（拔銷），然后步移缸活塞向后運動（步移缸后退），完成這些動作稱為一個周期運動，如果需要連續(xù)運動就進行連續(xù)周期運動。這個運動周期一共需要12s。因為步移缸前進和返回行程和小車距離是相等的相等，所以步移缸前進和后退運動所需要的時間是相等都為6s。定位缸插銷缸運動的距離也是都是50mm。插銷拔銷所需時間都為1s，定位缸的拔銷插銷各為1s，進而輔助時間為2s。

2 氣壓回路設(shè)計

桑葉收集輸送機氣壓系統(tǒng)中的油路是有三種執(zhí)行元件控制，而且它們的工作性質(zhì)也互不相同，它們是按照規(guī)定的動作順序進行運動，氣壓系統(tǒng)的油路主要由三條構(gòu)成，包括步移氣壓缸、定位氣壓缸、插銷氣壓缸三條支路，保證每條支路都通暢且三條支路是并聯(lián)的，由一條主道供氣。三條回路中步移氣壓缸這條支路所需的氣量最大，選擇單定量泵供氣，泵的氣量需要按照步移缸所需而定。步移氣壓缸往返速度相等，按理不需要進行調(diào)速，但是為了避免沖擊，一般需要采用雙向減速回路，也就是在進油路中裝單向行程減速閥，對于定位氣壓缸的插銷拔銷速度，不需要進行調(diào)速，對于插銷拔銷的時間可以進行調(diào)速，采用調(diào)速回路，實現(xiàn)調(diào)速并保證兩缸運動同步。氣壓系統(tǒng)中的回路都是采用電磁換向閥進行換位實現(xiàn)氣路導(dǎo)通，氣壓系統(tǒng)回路中步移氣壓缸和輔助氣壓缸是通過動作順序控制進行運動的。

圖2 氣壓傳動原理圖

3 系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)步移式輸送機的工藝流程及控制要求，氣壓系統(tǒng)主要是利用PLC的控制系統(tǒng)，并且選用三菱FX2N系列PLC（可編程控制器）。

3.1 工作模式分析

系統(tǒng)工作時，當插銷缸的活塞向上運動(插銷)，插入車體后，定位缸活塞下降（拔銷），然后步移缸通過插銷插入車體將輸送小車向前移動一個輸送小車的距離，然后定位缸活塞上升（插銷）插入小車的定位孔中對小車進行定位，然后插銷缸活塞下降（拔銷）最后步移缸返回，進行下一周期的步移運動。桑葉收集輸送機分為手動和自動兩種控制方式，然而自動控制方式又分單周期和連續(xù)兩種情況，自動與手動方式主要靠轉(zhuǎn)換開關(guān)控制，當打開手動擋時，選擇按鈕控制運行每一個動作，而且手動方式主要是用于安裝，調(diào)整維護這種情況，事實上就是按鈕對步移式輸送機的每一個氣壓缸進行獨立控制。單周期的運行就是當調(diào)到單周時，按下按鈕后各個氣壓缸按照采摘要求順序進行一個周期動作，然后自動停止在原始位。單周期運行主要是用于檢驗系統(tǒng)，就是在系統(tǒng)處于原始位時，按下運行的按鈕，各個氣壓缸按照工作要求順序進行一個周期運動，然后自動停在原始位。連續(xù)運行就是在正常工作時系統(tǒng)處于原始按下運行按鈕時，系統(tǒng)連續(xù)不斷地執(zhí)行各步動作。

表1 桑葉收集輸送機的執(zhí)行元件配置方案

表2 電磁鐵動作循環(huán)表

3.2 PLC工作示意圖

由設(shè)計可知本次設(shè)計主要實現(xiàn)步移缸前進和返回，插銷缸的插銷拔銷，定位缸插銷拔銷這幾個動作，結(jié)合PLC控制來實現(xiàn)這些動作。PLC工作示意圖如圖3所示。

圖3 工作示意圖

表3 I/O分配表

3.3 PLC輸入輸出接線圖

通過常用傳動設(shè)備和電器元件所需PLC的I/O點數(shù)選擇用FX2N-32M型號的PLC，根據(jù)PLC的工作示意圖和實際工作需要得到I/O分配表，如表3所示。

由I/O分配表和PLC實際工作需要得到輸入輸出接線圖，如圖4所示。

圖4 輸入輸出接線圖

3.4 主要控制程序

圖5 主要程序

3.5 程序仿真

GX-Developer和GX-Simular軟件是適用于三菱PLC的最新編程和仿真調(diào)試軟件，可對三菱FX系列PLC的梯形圖、順序功能圖、指令表等進行編程和仿真。GXDeveloper軟件可以采用梯形圖編程、指令編程、功能塊編程等多種編程方式，程序中可以加入中英文注釋，使用方便。該軟件具有軟件監(jiān)控和CPU診斷功能，方便用戶查明錯誤。即使在無PLC實物情況下，利用GXDeveloper和GX-simular軟件可實現(xiàn)對程序的調(diào)試與仿真。用戶可通過在線調(diào)試功能進行軟件測試，監(jiān)控PLC運行時的動作狀態(tài)和數(shù)據(jù)變化等情況。通過觀察觸點顏色的變化，清晰地看到程序仿真運行的全過程。

仿真調(diào)試步驟如下：

1）創(chuàng)建新工程，打開GX-Developer軟件，單擊“工程”菜單下“創(chuàng)建新工程”，出現(xiàn)如圖6所示的對話框。在對話框中的各個下拉菜單中選擇相應(yīng)的PLC系列、PLC類型、程序類型等并確定。在所創(chuàng)建的新工程中，運用順序功能圖編程的方法編寫運輸車控制程序。

圖6 創(chuàng)建新工程

2）參數(shù)檢查，點擊菜單欄中“工具”下的參數(shù)檢查，彈出如圖7所示的參數(shù)檢查對話框，選擇所需檢查對象后確定。如果編寫程序沒有出現(xiàn)參數(shù)錯誤，則系統(tǒng)會自動彈出“未發(fā)現(xiàn)錯誤”對話框。

圖7 參數(shù)檢查

3）單擊工具欄中的按鈕，進行梯形圖邏輯測試啟動。彈出如圖8所示的梯形圖邏輯測試對話框。當對話框中的RUN顯示燈亮?xí)r，說明梯形圖程序無誤，可進行下一步的仿真調(diào)試。

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圖8 梯形圖邏輯測試

4）單擊“菜單起動”菜單下“繼電器內(nèi)存監(jiān)視”，出現(xiàn)DECIVE MEMORY MONITOR對話框，單擊“軟元件”下“位軟元件窗口”下的X/Y，將輸入輸出端子顯示出來，雙擊輸入端子X，相應(yīng)的輸出端子Y會自動運行，端子序號以黃色顯示，便于實時監(jiān)控，如圖9所示。

圖9 軟元件調(diào)試

4 結(jié)束語

1）在現(xiàn)有的桑葉收集輸送機作業(yè)流程的基礎(chǔ)上，分析電氣控制系統(tǒng)，選用PLC控制系統(tǒng)。根據(jù)控制系統(tǒng)要求，依次設(shè)計PLC控制系統(tǒng)的原理圖、功能流程圖和步進梯形圖。

2）通過GX-Developer和GX-Simular軟件對PLC控制系統(tǒng)進行調(diào)試和仿真，仿真表明PLC程序達到了所需的控制要求，提高了系統(tǒng)的可靠性與柔性。

3）桑葉收集輸送機運動更加平穩(wěn)、容易操作和控制，為輸送機安全使用和便捷操作提供了基礎(chǔ)，控制系統(tǒng)定位準確、運行可靠、程序設(shè)計方法簡單易行。

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