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(jì)是烘干控制系統(tǒng)，為桂皮烘干控制系統(tǒng)的模擬運(yùn)行，其主控模塊是FX3U-PLC，本設(shè)計(jì)是用三菱FX3U系列的FX3U-48MT可編程控制器作為主控部分，進(jìn)行自動(dòng)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(hào)，并做出相對(duì)應(yīng)的處理驅(qū)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的外設(shè)，控制著烘干機(jī)的全部運(yùn)行狀態(tài)，從人機(jī)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并監(jiān)控控制器和人機(jī)交互界面的通訊情況、烘干機(jī)各部分的運(yùn)行動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)溫度的變化趨勢(shì)。根據(jù)光電傳感器判斷桂皮的來(lái)料的動(dòng)向，把桂皮運(yùn)載進(jìn)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(dòng)卸載桂皮，進(jìn)入下一輪的烘干。桂皮烘干控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了桂皮烘干機(jī)的自動(dòng)化的智能控制。

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

引言

我國(guó)90%的肉桂皮烘干是由農(nóng)戶(hù)獨(dú)立完成，在傳統(tǒng)的肉桂皮制作過(guò)程中，大部分農(nóng)戶(hù)選擇將肉桂皮自然曬干或自然風(fēng)干，而面對(duì)不同種類(lèi)的桂皮所需要的工藝也不盡相同。如企邊桂要用刀將樹(shù)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(shí)，除開(kāi)綁繩和夾板，利用早、晚較弱的陽(yáng)光曬干（曝曬油分容易揮發(fā)，降低效力）。由于不同農(nóng)戶(hù)之間的操作都有所差異，所以最終得出來(lái)的成品也會(huì)分成幾個(gè)等次與規(guī)格。

如果采用烘烤肉桂皮的方法則需要的勞動(dòng)付出非常大，對(duì)烘烤者有一定的經(jīng)驗(yàn)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(guó)市場(chǎng)及海外對(duì)肉桂皮的需求增大，傳統(tǒng)的肉桂皮烘干方式已無(wú)法滿(mǎn)足肉桂皮的大批量成產(chǎn)，快速化干燥需求。近幾年來(lái)，我國(guó)極力宣傳綠色環(huán)保理念，國(guó)家出臺(tái)多項(xiàng)“煤改電”政策，農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼，加快了桂皮產(chǎn)業(yè)機(jī)械化的轉(zhuǎn)型和升級(jí)，并推動(dòng)著肉桂皮烘干設(shè)備等機(jī)械的改進(jìn)和創(chuàng)新。隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程加快和農(nóng)產(chǎn)品加工工業(yè)的發(fā)展，未來(lái)經(jīng)濟(jì)作物農(nóng)產(chǎn)品烘干機(jī)發(fā)展?jié)摿薮?。根?jù)經(jīng)濟(jì)作物的細(xì)分，烘干設(shè)備向?qū)I(yè)化、特色化方向細(xì)分發(fā)展;為了滿(mǎn)足不同的需要，向固定式和移動(dòng)式的烘干設(shè)備發(fā)展。因此，農(nóng)產(chǎn)品烘干機(jī)有無(wú)限地發(fā)展前景。

一、研究?jī)?nèi)容及方法

本設(shè)計(jì)是肉桂皮加工的全自動(dòng)的肉桂皮烘干機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)備，設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中將會(huì)圍繞著烘干機(jī)主體和肉桂皮去粗皮履帶外設(shè)兩個(gè)方面進(jìn)行研究和學(xué)習(xí)。項(xiàng)目的主要研究?jī)?nèi)容有以下幾個(gè)方面：

1、了解桂皮烘干加工工藝，對(duì)桂皮烘干的的基本工藝步驟進(jìn)行仿真，并且能夠正常運(yùn)行。

2、烘干機(jī)主體框架的設(shè)計(jì)和安裝，設(shè)計(jì)明確系統(tǒng)的主控中心，主控PLC的選型方面在滿(mǎn)足控制要求的同時(shí)，還要考慮成本問(wèn)題。安裝指示燈與蜂鳴器，處于工作狀態(tài)時(shí)亮綠燈、處于暫?；虻却隣顟B(tài)時(shí)亮黃燈、處于急停狀態(tài)時(shí)亮紅燈。設(shè)計(jì)制作人機(jī)交互觸摸屏界面，將觸摸屏和三菱FX3U-48MT進(jìn)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?xí)r時(shí)監(jiān)控烘干系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)，在觸摸屏中制作目標(biāo)溫度和實(shí)時(shí)溫度的實(shí)時(shí)曲線。

3、設(shè)計(jì)制作自動(dòng)裝卸載肉桂皮的自動(dòng)執(zhí)行的機(jī)械裝置，桂皮經(jīng)加工曬干后，受壓容易開(kāi)裂破碎，導(dǎo)致成品等級(jí)降低。

4、架設(shè)肉桂皮去粗皮履帶外設(shè)，PLC通過(guò)控制電機(jī)，使履帶滾動(dòng)。在履帶傳動(dòng)的過(guò)程中，會(huì)增設(shè)有三個(gè)普通滾輪，一個(gè)去皮機(jī)構(gòu)（滾輪，但外表刀片狀螺旋分布），兩個(gè)磨皮滾輪（上下對(duì)稱(chēng)，外表面類(lèi)似于銼刀）。其中，普通滾輪的作用是使桂皮在履帶傳送的過(guò)程中與去皮機(jī)構(gòu)盡可能地貼合。而三個(gè)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(jī)構(gòu)能將桂皮的外皮有效去除，通過(guò)調(diào)節(jié)去皮機(jī)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(shí)現(xiàn)高品質(zhì)產(chǎn)品。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

對(duì)于本次系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中的技術(shù)路線，圖1所示：

本次設(shè)計(jì)以三菱FX3U-48MT作為系統(tǒng)的主控中心，通過(guò)外部信號(hào)的輸入、變化，進(jìn)行輸出入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新，可以形成一個(gè)閉環(huán)的過(guò)程控制。以控制要求，加工流程，進(jìn)行系統(tǒng)硬件的選擇，并且構(gòu)造程序框架，編寫(xiě)程序，PLC程序的編寫(xiě)有多種設(shè)計(jì)語(yǔ)言，分別是梯形圖語(yǔ)言，指令語(yǔ)句表編程語(yǔ)言，功能塊圖編程語(yǔ)言，結(jié)構(gòu)化文本編程語(yǔ)言等等，編程時(shí)，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(wèn)題。針對(duì)PLC的使用本團(tuán)隊(duì)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(jī)PLC信號(hào)控制系統(tǒng)框圖及總控制流程圖：

三、系統(tǒng)功能測(cè)試

設(shè)計(jì)主要分為烘干機(jī)主機(jī)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(gè)系統(tǒng)的啟動(dòng)停止和復(fù)位，可以查看烘干過(guò)程中的實(shí)時(shí)溫度的變化趨勢(shì)，能夠使烘干向著期望的方向進(jìn)行。光電傳感器能夠了解桂皮來(lái)料的動(dòng)向。紫外光燈能夠進(jìn)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(yáng)曬，烘烤出更好的產(chǎn)品。相應(yīng)的指示燈可以知道整個(gè)系統(tǒng)的工作、警報(bào)狀態(tài)。烘干托盤(pán)能夠依據(jù)傳感器信號(hào)自動(dòng)伸出和回縮，設(shè)備自動(dòng)運(yùn)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(jì)控制效果如圖4、圖5所示。

四、總結(jié)

烘干機(jī)是我國(guó)農(nóng)業(yè)產(chǎn)品、經(jīng)濟(jì)作物中重要的農(nóng)用機(jī)械設(shè)備，在生產(chǎn)過(guò)程中承擔(dān)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(guò)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(dòng)化的智能烘干技術(shù)”，可以使采剝下來(lái)的新鮮桂皮得到及時(shí)的烘干，提高桂皮質(zhì)量的同時(shí)，大大提高了生產(chǎn)效率，節(jié)省了勞動(dòng)力的輸出，對(duì)提高肉桂皮的商品價(jià)值具有重大的意義。

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基金項(xiàng)目：梧州學(xué)院2021年自治區(qū)級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目：肉桂皮烘干機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（項(xiàng)目編號(hào)：S202111354145）.