基于PLC的椰子切割機(jī)的設(shè)計(jì)與控制研究

　　椰子是我國(guó)主要的熱帶經(jīng)濟(jì)作物之主要產(chǎn)于華南熱帶沿海地區(qū)。椰子的用途極廣，它含有豐富的蛋白質(zhì)和多種維生素，具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和利用價(jià)值。椰子可加工成椰子油、椰干、椰麩、脫水椰子和椰子活性炭等多種產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)以海南為例，主要以椰汁、椰蓉、椰糖、椰片等傳統(tǒng)加工產(chǎn)品為主，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需要的其它椰子產(chǎn)品如椰子油、椰子纖維、椰殼活性炭等需從國(guó)外進(jìn)口2.以上椰子加工產(chǎn)品大都需要之前經(jīng)過(guò)切割才可進(jìn)步加工生產(chǎn)，所以提高椰子切割的效率具有很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。為此，本文介紹了一種椰子切割的方法，基于PLC對(duì)椰子切割過(guò)程的控制進(jìn)行了設(shè)計(jì)和研究，并編寫(xiě)了切割過(guò)程的控制程序及相應(yīng)的梯形圖。

　　1椰子切割機(jī)1.1切割機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)切割機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)如所示。其采用二級(jí)傳動(dòng)裝置，步進(jìn)電機(jī)配合異步電機(jī)實(shí)現(xiàn)切割運(yùn)動(dòng)。由于所切割椰子的體積較大，為提高工作效率采用分度盤(pán)分度裝置。該切割機(jī)設(shè)計(jì)為立式切割結(jié)構(gòu)，機(jī)械部分主要由機(jī)體、動(dòng)力裝置、傳動(dòng)裝置、進(jìn)給機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)和冷卻系統(tǒng)6大部分組成。

　　1.2切割機(jī)總體機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)原理切割機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程分為兩部分：-05-26基金項(xiàng)目：海南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（808127）通訊作者：張燕（1978-），女，湖北鄂州人，講師，碩士，（E-mail）z切割運(yùn)動(dòng)。主電機(jī)帶動(dòng)帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使刀片旋轉(zhuǎn)，同時(shí)在配重平衡力作用下，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸輪運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)蝸桿運(yùn)動(dòng)；蝸輪帶動(dòng)搖臂上下擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)刀具的切割運(yùn)動(dòng)。

　　分度運(yùn)動(dòng)。為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)以及提高效率，采用單步90旋轉(zhuǎn)自動(dòng)分度裝置，通過(guò)傳感器接收信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)分度動(dòng)作。

　　工作臺(tái)的分度動(dòng)作必須與刀具的切割運(yùn)動(dòng)有節(jié)奏地配合，帶動(dòng)工件正確分度，以免刀具與工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)發(fā)生干涉，損壞設(shè)備。當(dāng)切割運(yùn)動(dòng)開(kāi)始時(shí)，應(yīng)保證分度裝置已完成旋轉(zhuǎn)分度動(dòng)作，物料停止，等待切割。

　　切割運(yùn)動(dòng)完成后，刀具返回，當(dāng)?shù)毒咄耆撾x物料后，才可以繼續(xù)進(jìn)行分度動(dòng)作。

　　1.3傳感器的選用與工作原理傳感器選用光電式接近開(kāi)關(guān)，光電開(kāi)關(guān)安裝在分度盤(pán)上，伸出到回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的凹槽上，接近待加工工件處，在刀具上適當(dāng)位置安裝感應(yīng)金屬條。當(dāng)?shù)毒呦蛳伦銮懈钸\(yùn)動(dòng)，金屬條接近光電傳感器時(shí)，控制系統(tǒng)接收到信號(hào)，完成相應(yīng)的動(dòng)作；當(dāng)?shù)毒呦蛏线\(yùn)動(dòng)，金屬條離開(kāi)傳感器時(shí)，控制系統(tǒng)接收到相反信號(hào)，控制相應(yīng)裝置的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

　　2控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)2.1控制系統(tǒng)概述切割機(jī)系統(tǒng)的執(zhí)行部件主要有主異步電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)組成。異步電機(jī)采用變頻器進(jìn)行變頻調(diào)速，步進(jìn)電機(jī)采用專(zhuān)用的驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行細(xì)分驅(qū)動(dòng)，控制系統(tǒng)核心控制器需要提供合適的控制信號(hào)，由異步電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，完成切割動(dòng)作3.PLC控制系統(tǒng)隨著電子技術(shù)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了多種實(shí)用的控制技術(shù)，如繼電器控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、單片機(jī)控制技術(shù)及PLC控制技術(shù)等4.可編程程序控制器（簡(jiǎn)稱(chēng)PLC）是專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置，是帶有存儲(chǔ)器和可以編制程序的控制器。它能夠存儲(chǔ)和執(zhí)行指令，進(jìn)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作，并通過(guò)數(shù)字式和模擬式的輸入輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械和生產(chǎn)過(guò)程。PLC具有功能完備、組合靈活、編程方便、可靠性高、開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，故廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和控制的各個(gè)領(lǐng)域中。

　　本切割機(jī)采用PLC為核心控制器，實(shí)現(xiàn)整個(gè)結(jié)構(gòu)的自動(dòng)控制。

　　PLC硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)PLC硬件系統(tǒng)一般由中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)單元、輸入輸出接口、電源、I/O接口、外部設(shè)備接口、編程設(shè)備等幾個(gè)部分構(gòu)成0.外部設(shè)備的各種信號(hào)作為變量通過(guò)接口輸入到PLC中，經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理，再以變量的形式送到輸出接口，使輸出設(shè)備可以控制外部設(shè)備的各種運(yùn)動(dòng)。硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如所示。

　　3控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)3.1系統(tǒng)主控制程序的設(shè)計(jì)主控制程序給出整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的結(jié)構(gòu)流程，將各個(gè)模塊連接在起。首先將各軟件的初值、內(nèi)存、I/O設(shè)備以及各硬件設(shè)備均初始化，之后運(yùn)行主控制單元實(shí)現(xiàn)裝置的控制功能。為了提高切割機(jī)工藝性能的多樣性，設(shè)計(jì)了手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種操作方式，其中自動(dòng)控制方式采用直接切割模式。為系統(tǒng)主控制程序流程圖。

　　3.2系統(tǒng)手動(dòng)控制程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)通電后，首先執(zhí)行復(fù)位動(dòng)作，之后由操作人員選擇控制方式。

　　進(jìn)入手動(dòng)控制需要先按下手動(dòng)執(zhí)行操作按鈕系統(tǒng)工作即進(jìn)入手動(dòng)控制模式。手動(dòng)操作可實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的分度運(yùn)動(dòng)、搖臂的上下進(jìn)給及刀具的旋轉(zhuǎn)等運(yùn)動(dòng)的單獨(dú)控制。手動(dòng)控制是通過(guò)多個(gè)按鈕與PLC通行的方式實(shí)現(xiàn)的，每個(gè)按鈕都分配于合適的PLC內(nèi)部地址，按鈕與PLC的配合實(shí)現(xiàn)對(duì)被控電機(jī)的控制。

　　手動(dòng)操作，按下手動(dòng)控制按鈕，即進(jìn)入手動(dòng)控制狀態(tài)，手動(dòng)控制按鈕對(duì)應(yīng)的地址為X3.3.3系統(tǒng)測(cè)試程序的設(shè)計(jì)測(cè)試程序用來(lái)確定刀具Z向位置以及刀具切割運(yùn)動(dòng)時(shí)快進(jìn)與工進(jìn)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。工作過(guò)程是在Z復(fù)位到最高點(diǎn)時(shí)開(kāi)始向下運(yùn)動(dòng)到工進(jìn)快進(jìn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，再向下運(yùn)動(dòng)直到最低點(diǎn)，然后開(kāi)始向上運(yùn)動(dòng)，計(jì)數(shù)器記錄Z向的整個(gè)行程過(guò)程的次數(shù)，接著分度裝置接收信號(hào)后運(yùn)轉(zhuǎn)。為系統(tǒng)測(cè)試程序流程圖。

　　3.4系統(tǒng)主控程序梯形圖根據(jù)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)與要求，選用日本三菱可編程控制器型做主控制器。

　　制器的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)均為8，擴(kuò)展模塊的可用點(diǎn)數(shù)為24~320，如表1所示。

　　根據(jù)切割機(jī)動(dòng)作的過(guò)程及其控制要求，I/O點(diǎn)數(shù)分配如表1所示。

　　系統(tǒng)主控程序梯形圖。編制主控程序梯形圖如所示。對(duì)應(yīng)助記符代碼如表2所示。

　　表1 I/O點(diǎn)數(shù)分配Tab.輸入輸出測(cè)試系統(tǒng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)分度程序啟動(dòng)Z向快進(jìn)光電測(cè)試參數(shù)Z向工進(jìn)手動(dòng)執(zhí)行Z向復(fù)位手動(dòng)進(jìn)給表2主控程序助記符指令表4結(jié)論隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)國(guó)外市場(chǎng)對(duì)椰子以及其加工品的需求越來(lái)越多，椰子作為我國(guó)主要的熱帶經(jīng)濟(jì)作物之一，其加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展能推動(dòng)相應(yīng)地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。本文首先介紹種椰子切割的方法，設(shè)計(jì)了基于PLC的椰子切割過(guò)程的控制系統(tǒng)，從硬件和軟件兩方面介紹了控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，軟件程序包括主程序和測(cè)試程序的控制程序流程圖和相應(yīng)的梯形圖，對(duì)椰子深加工前切割過(guò)程的效率的提升具有很大的價(jià)值，可提高椰子加工的經(jīng)濟(jì)效益，增加自動(dòng)化程度，有利于椰子加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。