龍光濤

摘要：在傳統(tǒng)香蕉秸稈切片機(jī)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一種以PLC數(shù)字控制系統(tǒng)為核心技術(shù)的全自動(dòng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要是通過液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)給、傳送、切削等操作，達(dá)到連續(xù)切片的要求，同時(shí)通過PLC技術(shù)對液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)傳送距離、進(jìn)給量以及控制系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止等過程，達(dá)到香蕉秸稈切片機(jī)全自動(dòng)控制的效果。此系統(tǒng)的應(yīng)用不僅能夠提高香蕉秸稈切片機(jī)工作的效率，滿足香蕉秸稈生產(chǎn)需求，提高香蕉秸稈再利用率，同時(shí)對降低勞動(dòng)力，提高香蕉產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益也尤為重要。

關(guān)鍵詞：香蕉秸稈切片機(jī)；PLC；優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號：S226.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）21-5419-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.21.056

Optimization Design of Banana Straw Slicing Machine based on PLC

YOU Guang-tao

（Office of Teaching Affairs， Guizhou Vocational Technology College of Electronics & Information， Kaili 556000， Guizhou， China）

Abstract： An automatic control system of the core technology of PLC digital control system based on the traditional banana straw slicing machine was designed. The system is mainly through the hydraulic drive system to achieve feeding， transmission， cutting and other operations to achieve the requirements of continuous slicing， and through the PLC technology to achieve the hydraulic drive system to adjust the transmission distance， feed rate and control system to start， stop and other processes， to achieve the full automatic control of banana straw. The application of this system can not only improve the efficiency of banana straw slicing machine， meet the needs of banana straw production， improve the utilization rate of banana straw， but also reduce the labor force， improve the economic benefit and social benefit of banana industry.

Key words： banana straw slicing machine； Programmable Logic Controller； optimization design

香蕉產(chǎn)量高、生長周期短，已成為中國熱帶地區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)。熱帶地區(qū)香蕉種植在促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展、提高農(nóng)民收入的同時(shí)，也產(chǎn)生了大量的秸稈副產(chǎn)品。有研究表明[1]，香蕉秸稈含有多種營養(yǎng)，其在開發(fā)生物質(zhì)能、制作有機(jī)物以及提取纖維等方面都具有非常大的利用價(jià)值。由于香蕉秸稈加工機(jī)械化程度低、加工費(fèi)用高，且加工設(shè)備需要在人工的輔助下完成，導(dǎo)致香蕉秸稈的利用率很低，因而造成極大的浪費(fèi)?；诖耍狙芯坎捎肞LC控制技術(shù)，在原來基礎(chǔ)上做了相應(yīng)的改進(jìn)，以期為香蕉秸稈的后續(xù)加工提供一定的基礎(chǔ)，同時(shí)達(dá)到提高資源回收利用，降低勞動(dòng)強(qiáng)度和勞動(dòng)成本的目的。

1 香蕉秸稈切片機(jī)工作原理

1.1 香蕉秸稈切片機(jī)結(jié)構(gòu)原理

本研究設(shè)計(jì)的香蕉秸稈切片機(jī)主要由機(jī)架、液壓系統(tǒng)、鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、切片刀、切片臺、進(jìn)給滾筒、超越離合器等組成，其中香蕉秸稈切片機(jī)結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。此設(shè)計(jì)受自動(dòng)切片機(jī)的啟發(fā)[2]，在原有香蕉秸稈切片機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)而設(shè)計(jì)的。切片機(jī)工作原理：首先將香蕉秸稈整體放置在香蕉秸稈切片機(jī)的進(jìn)給滾筒上，啟動(dòng)切片機(jī)，同時(shí)用壓料機(jī)將香蕉秸稈壓緊，再用液壓缸1驅(qū)動(dòng)切片刀3進(jìn)行切片，切片完成后切片刀快速回位，接著由壓料機(jī)構(gòu)將香蕉秸稈松開；然后由液壓缸6驅(qū)動(dòng)齒輪齒條機(jī)構(gòu)，并通過超越離合器促進(jìn)滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)主要是在鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用下在各個(gè)水平位置上的滾筒向同一方向進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)香蕉秸稈向前進(jìn)給一定的長度，再由壓料機(jī)構(gòu)將香蕉秸稈壓實(shí)后由切片刀進(jìn)行切片，重復(fù)上述動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)連續(xù)切片的功能。

1.2 香蕉秸稈切片機(jī)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

在香蕉秸稈切片機(jī)系統(tǒng)中，壓料機(jī)構(gòu)主要由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)完成操作，而進(jìn)給系統(tǒng)也是由液壓驅(qū)動(dòng)完成。進(jìn)給機(jī)構(gòu)主要由液壓系統(tǒng)、傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)、超越離合器以及齒輪齒條機(jī)構(gòu)等設(shè)備組成。其進(jìn)給原理是由齒輪齒條機(jī)構(gòu)將液壓活塞桿的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為超越離合器的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)齒輪齒條做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，超越離合器作單向傳動(dòng)，同時(shí)也帶動(dòng)滾筒進(jìn)行單向運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)滾筒機(jī)構(gòu)在鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)作用下實(shí)施轉(zhuǎn)動(dòng)，完成進(jìn)給操作。進(jìn)給量主要通過控制液壓系統(tǒng)的活塞桿行程進(jìn)行控制，而此控制由PLC（Programmable Logic Controller）和可調(diào)節(jié)距離的行程開關(guān)實(shí)現(xiàn)。圖2為香蕉秸稈切片機(jī)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

香蕉秸稈切片機(jī)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作原理是：當(dāng)按下按鈕時(shí)，5YA和7YA通電，液壓缸13開始運(yùn)作，當(dāng)其壓力達(dá)到壓力繼電器的設(shè)定值后，5YA斷電，2YA通電，推動(dòng)液壓缸14行使切片工作。當(dāng)液壓缸遇到行程開關(guān)SQ2時(shí)，1YA和6YA通電，2YA斷電，刀具返回、加緊機(jī)構(gòu)放松。接著將3YA通電，1YA和6YA斷電，進(jìn)給機(jī)構(gòu)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)物料進(jìn)給。另外，為了實(shí)現(xiàn)香蕉秸稈的連續(xù)切屑，通過行程開關(guān)SQ5進(jìn)行4YA和5YA通電以及3YA斷電的操作，從而實(shí)現(xiàn)液壓缸12的回程和夾緊動(dòng)作，而行程開關(guān)SQ4主要是通過控制4YA的斷電，實(shí)現(xiàn)上述循環(huán)，最終實(shí)現(xiàn)連續(xù)切屑。

2 PLC技術(shù)在香蕉秸稈切片機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

在本研究香蕉秸稈切片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用日本三菱公司生產(chǎn)的FX2N系列PLC控制系統(tǒng)。下面針對PLC控制技術(shù)在香蕉秸稈切片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用進(jìn)行分析。

2.1 PLC控制系統(tǒng)中的I/O地址分配分析

PLC控制系統(tǒng)中的I/O地址分配的確定是PLC控制系統(tǒng)中硬件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，而I/O地址分配表是PLC系統(tǒng)程序編寫和現(xiàn)場接線的主要依據(jù)[3，4]。因此，在本研究基于PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的香蕉秸稈切片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)首先將I/O地址分配表列出來（表1）。

2.2 PLC控制系統(tǒng)中的梯形圖及指令表

在PLC控制系統(tǒng)中的梯形圖主要是在繼電器和接觸器控制系統(tǒng)電氣原理圖的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的一種圖形編程語言，此種語言由于其簡單、易懂、直觀等特點(diǎn)被稱為PLC控制系統(tǒng)中的第一用戶語言[5，6]。本研究通過對香蕉秸稈切片機(jī)PLC控制系統(tǒng)的I/O地址分配表和接線圖畫出PLC控制系統(tǒng)的梯形圖。圖3為PLC控制系統(tǒng)I/O接線圖，圖4為PLC控制系統(tǒng)程序圖，表2為PLC指令表。

2.3 香蕉秸稈切片機(jī)控制系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)和調(diào)試

香蕉秸稈切片機(jī)控制系統(tǒng)中的液壓系統(tǒng)額定工作壓力設(shè)置為19.5 MPa，而整個(gè)切片機(jī)的工作額定功率設(shè)置為4 kW，切割速度設(shè)定在6 m/s以上，切割厚度為15～35 mm，動(dòng)力配備為40.5 kW。根據(jù)上述相關(guān)參數(shù)，對香蕉秸稈切片機(jī)進(jìn)行調(diào)試試驗(yàn)后認(rèn)為，切片機(jī)的基本狀況良好，采用液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠?yàn)榍衅瑱C(jī)提供較大的切削力，提高切削效率，而通過將PLC控制系統(tǒng)融入其中，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制的效果，提高了香蕉秸稈切片機(jī)的工作效率，可滿足后續(xù)加工的要求。

3 小結(jié)

香蕉秸稈作為中國熱帶地區(qū)香蕉副產(chǎn)品，將其合理利用，對農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，降低環(huán)境污染具有重要意義。本研究鑒于目前香蕉秸稈的利用現(xiàn)狀和機(jī)械化程度低的情況，設(shè)計(jì)了基于PLC控制系統(tǒng)的香蕉秸稈切片機(jī)。香蕉秸稈切片機(jī)設(shè)計(jì)中融入PLC控制技術(shù)，不僅能夠提供香蕉秸稈切片機(jī)自動(dòng)化功能，同時(shí)提高了秸稈切片的質(zhì)量和工作效率，可滿足生產(chǎn)需求，實(shí)現(xiàn)再加工和再利用。但是由于此香蕉秸稈切片機(jī)控制系統(tǒng)中主要由液壓驅(qū)動(dòng)和PLC技術(shù)共同完成，其自動(dòng)化水平的提升還有待進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐 茂， 張 燕.基于PLC的香蕉秸稈切片機(jī)的設(shè)計(jì)[J].農(nóng)機(jī)化研究，2015（2）：21-23，27.

[2] 魏靜敏，趙亞峰.基于PLC的自動(dòng)泡沫切片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].河南科技，2013（12）：88-89.

[3] ZHENG K， ZHANG X R， LIANG D. The design and finite element analysis of the installation to smash banana stem[J]. Advanced Materials Research，2013，791-793：694-698.

[4] 張喜瑞，王俊霖，李 粵，等.香蕉秸稈顆粒燃料固體成型機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012，28（11）：22-26.

[5] 李成文，張 燕.液壓傳動(dòng)控制的香蕉秸稈切片機(jī)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)機(jī)化研究，2015（3）：150-153.

[6] 朱德榮，常云朋.香蕉秸稈還田技術(shù)研究與裝備設(shè)計(jì)[J].中國農(nóng)機(jī)化，2012（1）：140-143.