一款基于PLC的肉桂皮烘干機系統(tǒng)設計

黃沛霖 王彥慶 黃勝維 李山款 胡東楓 農(nóng)作薦

摘要：本設計是烘干控制系統(tǒng)，為桂皮烘干控制系統(tǒng)的模擬運行，其主控模塊是FX3U-PLC，本設計是用三菱FX3U系列的FX3U-48MT可編程控制器作為主控部分，進行自動化控制，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，并做出相對應的處理驅動相對應的外設，控制著烘干機的全部運行狀態(tài)，從人機交互界面昆侖通態(tài)觸摸屏上設定控制系統(tǒng)參數(shù)、運動狀態(tài)，并監(jiān)控控制器和人機交互界面的通訊情況、烘干機各部分的運行動態(tài)、實時溫度的變化趨勢。根據(jù)光電傳感器判斷桂皮的來料的動向，把桂皮運載進烘干設備烘干，可從觸摸屏設定烘干系統(tǒng)的參數(shù)，烘干結束后自動卸載桂皮，進入下一輪的烘干。桂皮烘干控制系統(tǒng)實現(xiàn)了桂皮烘干機的自動化的智能控制。

關鍵詞：自動控制;烘干機;人機交互界面;PLC控制系統(tǒng)

引言

我國90%的肉桂皮烘干是由農(nóng)戶獨立完成，在傳統(tǒng)的肉桂皮制作過程中，大部分農(nóng)戶選擇將肉桂皮自然曬干或自然風干，而面對不同種類的桂皮所需要的工藝也不盡相同。如企邊桂要用刀將樹皮兩端削成斜面，突出其桂心（栓皮層內的桂皮）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，除開綁繩和夾板，利用早、晚較弱的陽光曬干（曝曬油分容易揮發(fā)，降低效力）。由于不同農(nóng)戶之間的操作都有所差異，所以最終得出來的成品也會分成幾個等次與規(guī)格。

如果采用烘烤肉桂皮的方法則需要的勞動付出非常大，對烘烤者有一定的經(jīng)驗要求，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。隨著中國市場及海外對肉桂皮的需求增大，傳統(tǒng)的肉桂皮烘干方式已無法滿足肉桂皮的大批量成產(chǎn)，快速化干燥需求。近幾年來，我國極力宣傳綠色環(huán)保理念，國家出臺多項“煤改電”政策，農(nóng)機補貼，加快了桂皮產(chǎn)業(yè)機械化的轉型和升級，并推動著肉桂皮烘干設備等機械的改進和創(chuàng)新。隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程加快和農(nóng)產(chǎn)品加工工業(yè)的發(fā)展，未來經(jīng)濟作物農(nóng)產(chǎn)品烘干機發(fā)展?jié)摿薮?。根?jù)經(jīng)濟作物的細分，烘干設備向專業(yè)化、特色化方向細分發(fā)展;為了滿足不同的需要，向固定式和移動式的烘干設備發(fā)展。因此，農(nóng)產(chǎn)品烘干機有無限地發(fā)展前景。

一、研究內容及方法

本設計是肉桂皮加工的全自動的肉桂皮烘干機控制系統(tǒng)設備，設計過程當中將會圍繞著烘干機主體和肉桂皮去粗皮履帶外設兩個方面進行研究和學習。項目的主要研究內容有以下幾個方面：

1、了解桂皮烘干加工工藝，對桂皮烘干的的基本工藝步驟進行仿真，并且能夠正常運行。

2、烘干機主體框架的設計和安裝，設計明確系統(tǒng)的主控中心，主控PLC的選型方面在滿足控制要求的同時，還要考慮成本問題。安裝指示燈與蜂鳴器，處于工作狀態(tài)時亮綠燈、處于暫停或等待狀態(tài)時亮黃燈、處于急停狀態(tài)時亮紅燈。設計制作人機交互觸摸屏界面，將觸摸屏和三菱FX3U-48MT進行通訊，利用觸摸屏設定參數(shù)，并把參數(shù)輸送到程序中，觸摸屏時時監(jiān)控烘干系統(tǒng)的動態(tài)，在觸摸屏中制作目標溫度和實時溫度的實時曲線。

3、設計制作自動裝卸載肉桂皮的自動執(zhí)行的機械裝置，桂皮經(jīng)加工曬干后，受壓容易開裂破碎，導致成品等級降低。

4、架設肉桂皮去粗皮履帶外設，PLC通過控制電機，使履帶滾動。在履帶傳動的過程中，會增設有三個普通滾輪，一個去皮機構（滾輪，但外表刀片狀螺旋分布），兩個磨皮滾輪（上下對稱，外表面類似于銼刀）。其中，普通滾輪的作用是使桂皮在履帶傳送的過程中與去皮機構盡可能地貼合。而三個普通滾輪間盡可能地靠近，這樣能得到更好的效果。而去皮機構能將桂皮的外皮有效去除，通過調節(jié)去皮機構與履帶間的距離控制去粗皮的深淺度，生產(chǎn)出質地平均的桂皮。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，實現(xiàn)高品質產(chǎn)品。

二、系統(tǒng)設計分析

對于本次系統(tǒng)軟件設計中的技術路線，圖1所示：

本次設計以三菱FX3U-48MT作為系統(tǒng)的主控中心，通過外部信號的輸入、變化，進行輸出入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新，可以形成一個閉環(huán)的過程控制。以控制要求，加工流程，進行系統(tǒng)硬件的選擇，并且構造程序框架，編寫程序，PLC程序的編寫有多種設計語言，分別是梯形圖語言，指令語句表編程語言，功能塊圖編程語言，結構化文本編程語言等等，編程時，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系、中間繼電器、多線圈輸出等問題。針對PLC的使用本團隊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、內部使用輔助管理功能的元件列表。還要熟悉內部控制輔助器件和相關的指令。下圖2、3所列內容為肉桂皮烘干機PLC信號控制系統(tǒng)框圖及總控制流程圖：

三、系統(tǒng)功能測試

設計主要分為烘干機主機與桂皮去粗皮履帶外設兩部分組成。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)，可以控制整個系統(tǒng)的啟動停止和復位，可以查看烘干過程中的實時溫度的變化趨勢，能夠使烘干向著期望的方向進行。光電傳感器能夠了解桂皮來料的動向。紫外光燈能夠進行殺菌消毒，提高桂皮的品質。使用PTC加熱器使結果比較接近太陽曬，烘烤出更好的產(chǎn)品。相應的指示燈可以知道整個系統(tǒng)的工作、警報狀態(tài)。烘干托盤能夠依據(jù)傳感器信號自動伸出和回縮，設備自動運行工作。桂皮去粗皮履帶外設能夠減少人工桂皮加工的工作步驟。系統(tǒng)設計控制效果如圖4、圖5所示。

四、總結

烘干機是我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)品、經(jīng)濟作物中重要的農(nóng)用機械設備，在生產(chǎn)過程中承擔著重要的地位，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)+自動化的智能烘干技術”，可以使采剝下來的新鮮桂皮得到及時的烘干，提高桂皮質量的同時，大大提高了生產(chǎn)效率，節(jié)省了勞動力的輸出，對提高肉桂皮的商品價值具有重大的意義。

參考文獻：

[1]李金城.三菱FX3U系列PLC功能指令應用全解[M].北京：電子工業(yè)出版社，2020.4.

[2]徐向華，呂桃.可編程控制器PLC應用技術（三菱機型）[M].北京：電子工業(yè)出版社.

[3]王兆安，劉進軍.電力電子技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2017.

基金項目：梧州學院2021年自治區(qū)級大學生創(chuàng)新訓練計劃項目：肉桂皮烘干機控制系統(tǒng)設計（項目編號：S202111354145）.