胡望琴

(江西新能源科技職業(yè)學(xué)院，江西 新余 338000)

0 引言

可編程邏輯控制器PLC和變頻器在畜牧業(yè)養(yǎng)殖領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，能夠大大提升養(yǎng)殖作業(yè)的自動(dòng)化程度。通過(guò)將西門(mén)子S7-200PLC與MM420變頻器結(jié)合起來(lái)，設(shè)計(jì)多段速畜舍飼料運(yùn)輸系統(tǒng)，意在減少人畜接觸的頻率，提升養(yǎng)殖作業(yè)生產(chǎn)的安全性和可靠性。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等闡述如下。

1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

畜舍飼料運(yùn)輸車(chē)結(jié)構(gòu)如圖1所示：車(chē)長(zhǎng)1.5 m，寬度1.3 m，高度1.2 m。由于采用全自動(dòng)無(wú)人駕駛設(shè)計(jì)，因此應(yīng)用履帶式機(jī)械動(dòng)力結(jié)構(gòu)，以提升整車(chē)運(yùn)行的穩(wěn)定性。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)主要由傳感器模塊、控制器模塊、動(dòng)力模塊組成，其中傳感器模塊由壓力傳感器、紅外傳感器構(gòu)成，可實(shí)現(xiàn)對(duì)整車(chē)畜舍飼料容量及車(chē)輛運(yùn)行位置2項(xiàng)數(shù)據(jù)的采集；控制器模塊由PLC、變頻器構(gòu)成，可通過(guò)編程和參數(shù)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛狀態(tài)下畜舍飼料的多段速自動(dòng)運(yùn)輸控制；動(dòng)力模塊由三相減速異步電機(jī)、驅(qū)動(dòng)輪、履帶裝置構(gòu)成，提供整車(chē)運(yùn)行的動(dòng)力源。

1—驅(qū)動(dòng)輪；2—控制器；3—紅外傳感器；4—壓力傳感器；5—避震器；6—飼料存儲(chǔ)箱。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 電氣硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)電氣接線如圖2所示，根據(jù)多段速無(wú)人駕駛運(yùn)送畜舍飼料的控制要求，選用S7-200型PLC為硬件控制核心，聯(lián)合紅外傳感器、壓力傳感器、按鈕開(kāi)關(guān)、MM420變頻器、三相減速異步電機(jī)等設(shè)備，構(gòu)建電氣硬件系統(tǒng)：①硬件輸入端。I0.0為低速啟動(dòng)開(kāi)關(guān)SB1，I0.1為中速啟動(dòng)開(kāi)關(guān)SB2，I0.2為系統(tǒng)停止開(kāi)關(guān)SA，I0.3為運(yùn)輸車(chē)A側(cè)紅外傳感器，I0.4為運(yùn)輸車(chē)B側(cè)紅外傳感器，I0.5為運(yùn)輸車(chē)內(nèi)置壓力傳感器，I0.6為高速啟動(dòng)開(kāi)關(guān)SB3。②硬件輸出端。Q0.0、Q0.1、Q0.2分別接MM420變頻器數(shù)字端口DIN1、DIN2、DIN3。③變頻器端：MM420變頻器輸入端經(jīng)空氣開(kāi)關(guān)與三相交流電源連接，輸出端分別連接三相減速異步電機(jī)的3個(gè)輸入端。

圖2 畜舍飼料運(yùn)輸車(chē)電氣接線圖

2.2 工作原理

系統(tǒng)工作原理：在起點(diǎn)A位置，操作人員往車(chē)中裝滿飼料，按下啟動(dòng)按鈕后，車(chē)輛沿直線向畜舍B點(diǎn)運(yùn)輸飼料，當(dāng)B側(cè)傳感器檢測(cè)到運(yùn)輸車(chē)到達(dá)B點(diǎn)后，車(chē)輛自動(dòng)暫停，B側(cè)擋板自動(dòng)打開(kāi)卸料，當(dāng)所有飼料卸完，壓力傳感器置0，車(chē)輛重新沿直線方向返回A位置，當(dāng)A側(cè)傳感器檢測(cè)到運(yùn)輸車(chē)到達(dá)A位置后，車(chē)輛自動(dòng)停止，等待操作人員再次裝料。裝滿飼料后，由操作人員再次按下啟動(dòng)按鈕，車(chē)輛重新運(yùn)送飼料至畜舍端，實(shí)現(xiàn)循環(huán)往復(fù)送料作業(yè)。

此外，本系統(tǒng)設(shè)置高速(30 Hz)、中速(20 Hz)和低速(10 Hz)三個(gè)選擇按鈕，操作人員可結(jié)合飼料運(yùn)輸距離、時(shí)間、總量等需求，在操作面板上選擇不同的速度模式，實(shí)現(xiàn)多段速無(wú)人駕駛運(yùn)輸飼料功能，確保以最優(yōu)的運(yùn)輸方式完成飼料運(yùn)輸計(jì)劃任務(wù)。以低速運(yùn)輸模式為例，操作人員在A位置啟動(dòng)開(kāi)關(guān)SB1，運(yùn)輸車(chē)自A位置以10 Hz頻率向B位置運(yùn)輸飼料，到達(dá)B位置完成卸料后，再以-10 Hz頻率返回A位置。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 變頻器參數(shù)設(shè)計(jì)

變頻器參數(shù)設(shè)計(jì)如表1所示。結(jié)合控制需求，在MM420變頻器P1001～P1006地址位上分別輸入表中的數(shù)據(jù)，各數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)三相異步減速電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)的不同頻率，進(jìn)一步通過(guò)編寫(xiě)PLC梯形圖高速、中速、低速、正反轉(zhuǎn)切換系列程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器DIN1～DIN3端子的數(shù)字化控制，達(dá)到多段速無(wú)人駕駛運(yùn)輸畜舍飼料的控制目標(biāo)。

表1 變頻器參數(shù)設(shè)置表

3.2 PLC程序設(shè)計(jì)

以低速自動(dòng)運(yùn)輸畜舍飼料為例編訂梯形圖程序段，如圖3所示。程序編譯執(zhí)行的思想為：①操作人員往車(chē)中裝滿飼料后，I0.5置1，此時(shí)按下低速啟動(dòng)按鈕SB1，Q0.0被置1，運(yùn)輸車(chē)以10 Hz低速自動(dòng)啟動(dòng)，由A位置向B位置行駛。②當(dāng)車(chē)輛到達(dá)B位置后(畜舍地點(diǎn))，B側(cè)傳感器I0.4置1，M0.0輸出高電平，車(chē)輛自動(dòng)停止。③車(chē)輛停在畜舍地點(diǎn)，B側(cè)擋板打開(kāi)自動(dòng)卸料，當(dāng)所有飼料卸完后，DIN2和DIN3置1，變頻器進(jìn)入低速運(yùn)行狀態(tài)，帶動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)以-10 Hz頻率運(yùn)行，車(chē)輛自動(dòng)返回A位置。④當(dāng)A側(cè)傳感器I0.3置1時(shí)，表明車(chē)輛返回至A位置，DIN2和DIN3清0，車(chē)輛自動(dòng)停止，等待操作人員重新裝料。中速、高速運(yùn)輸飼料的程序編譯以此類(lèi)推。

圖3 低速運(yùn)料程序段

4 結(jié)語(yǔ)

采用多段速無(wú)人駕駛的方法實(shí)現(xiàn)畜舍飼料往返運(yùn)輸，不僅實(shí)現(xiàn)了零接觸運(yùn)輸畜類(lèi)飼料的功能，還實(shí)現(xiàn)了多選擇速度控制自動(dòng)運(yùn)料的目的，體現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的人性化、功能多樣化和自動(dòng)化，理論分析和程序設(shè)計(jì)體現(xiàn)了本系統(tǒng)應(yīng)用的可行性和實(shí)用價(jià)值，可在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。