基于PLC的椰子切割機的設計與控制研究

　　椰子是我國主要的熱帶經(jīng)濟作物之主要產(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，具有很高的營養(yǎng)價值和利用價值。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，國內(nèi)市場需要的其它椰子產(chǎn)品如椰子油、椰子纖維、椰殼活性炭等需從國外進口2.以上椰子加工產(chǎn)品大都需要之前經(jīng)過切割才可進步加工生產(chǎn)，所以提高椰子切割的效率具有很大的經(jīng)濟價值。為此，本文介紹了一種椰子切割的方法，基于PLC對椰子切割過程的控制進行了設計和研究，并編寫了切割過程的控制程序及相應的梯形圖。

　　1椰子切割機1.1切割機機械結(jié)構(gòu)切割機的機械結(jié)構(gòu)如所示。其采用二級傳動裝置，步進電機配合異步電機實現(xiàn)切割運動。由于所切割椰子的體積較大，為提高工作效率采用分度盤分度裝置。該切割機設計為立式切割結(jié)構(gòu)，機械部分主要由機體、動力裝置、傳動裝置、進給機構(gòu)、夾緊機構(gòu)和冷卻系統(tǒng)6大部分組成。

　　1.2切割機總體機構(gòu)運動原理切割機機構(gòu)運動過程分為兩部分：-05-26基金項目：海南省自然科學基金項目（808127）通訊作者：張燕（1978-），女，湖北鄂州人，講師，碩士，（E-mail）z切割運動。主電機帶動帶傳動機構(gòu)使刀片旋轉(zhuǎn)，同時在配重平衡力作用下，步進電機驅(qū)動蝸輪運動，從而帶動蝸桿運動；蝸輪帶動搖臂上下擺動，實現(xiàn)刀具的切割運動。

　　分度運動。為實現(xiàn)自動化生產(chǎn)以及提高效率，采用單步90旋轉(zhuǎn)自動分度裝置，通過傳感器接收信號控制步進電機的運動，從而實現(xiàn)分度動作。

　　工作臺的分度動作必須與刀具的切割運動有節(jié)奏地配合，帶動工件正確分度，以免刀具與工作臺運動發(fā)生干涉，損壞設備。當切割運動開始時，應保證分度裝置已完成旋轉(zhuǎn)分度動作，物料停止，等待切割。

　　切割運動完成后，刀具返回，當?shù)毒咄耆撾x物料后，才可以繼續(xù)進行分度動作。

　　1.3傳感器的選用與工作原理傳感器選用光電式接近開關，光電開關安裝在分度盤上，伸出到回轉(zhuǎn)工作臺的凹槽上，接近待加工工件處，在刀具上適當位置安裝感應金屬條。當?shù)毒呦蛳伦銮懈钸\動，金屬條接近光電傳感器時，控制系統(tǒng)接收到信號，完成相應的動作；當?shù)毒呦蛏线\動，金屬條離開傳感器時，控制系統(tǒng)接收到相反信號，控制相應裝置的運動狀態(tài)。

　　2控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)2.1控制系統(tǒng)概述切割機系統(tǒng)的執(zhí)行部件主要有主異步電機和步進電機組成。異步電機采用變頻器進行變頻調(diào)速，步進電機采用專用的驅(qū)動器進行細分驅(qū)動，控制系統(tǒng)核心控制器需要提供合適的控制信號，由異步電機和步進電機協(xié)調(diào)運動，完成切割動作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)了多種實用的控制技術(shù)，如繼電器控制技術(shù)、計算機控制技術(shù)、單片機控制技術(shù)及PLC控制技術(shù)等4.可編程程序控制器（簡稱PLC）是專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的一種數(shù)字運算操作的電子裝置，是帶有存儲器和可以編制程序的控制器。它能夠存儲和執(zhí)行指令，進行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機械和生產(chǎn)過程。PLC具有功能完備、組合靈活、編程方便、可靠性高、開發(fā)周期短等優(yōu)點，故廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)和控制的各個領域中。

　　本切割機采用PLC為核心控制器，實現(xiàn)整個結(jié)構(gòu)的自動控制。

　　PLC硬件系統(tǒng)設計PLC硬件系統(tǒng)一般由中央處理器（CPU）、存儲單元、輸入輸出接口、電源、I/O接口、外部設備接口、編程設備等幾個部分構(gòu)成0.外部設備的各種信號作為變量通過接口輸入到PLC中，經(jīng)過邏輯運算和數(shù)據(jù)處理，再以變量的形式送到輸出接口，使輸出設備可以控制外部設備的各種運動。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)主控制程序的設計主控制程序給出整個運動過程的結(jié)構(gòu)流程，將各個模塊連接在起。首先將各軟件的初值、內(nèi)存、I/O設備以及各硬件設備均初始化，之后運行主控制單元實現(xiàn)裝置的控制功能。為了提高切割機工藝性能的多樣性，設計了手動控制和自動控制兩種操作方式，其中自動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)手動控制程序設計系統(tǒng)通電后，首先執(zhí)行復位動作，之后由操作人員選擇控制方式。

　　進入手動控制需要先按下手動執(zhí)行操作按鈕系統(tǒng)工作即進入手動控制模式。手動操作可實現(xiàn)工作臺的分度運動、搖臂的上下進給及刀具的旋轉(zhuǎn)等運動的單獨控制。手動控制是通過多個按鈕與PLC通行的方式實現(xiàn)的，每個按鈕都分配于合適的PLC內(nèi)部地址，按鈕與PLC的配合實現(xiàn)對被控電機的控制。

　　手動操作，按下手動控制按鈕，即進入手動控制狀態(tài)，手動控制按鈕對應的地址為X3.3.3系統(tǒng)測試程序的設計測試程序用來確定刀具Z向位置以及刀具切割運動時快進與工進的轉(zhuǎn)折點。工作過程是在Z復位到最高點時開始向下運動到工進快進轉(zhuǎn)折點，再向下運動直到最低點，然后開始向上運動，計數(shù)器記錄Z向的整個行程過程的次數(shù)，接著分度裝置接收信號后運轉(zhuǎn)。為系統(tǒng)測試程序流程圖。

　　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、輸出點數(shù)均為8，擴展模塊的可用點數(shù)為24~320，如表1所示。

　　根據(jù)切割機動作的過程及其控制要求，I/O點數(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。對應助記符代碼如表2所示。

　　表1 I/O點數(shù)分配Tab.輸入輸出測試系統(tǒng)計數(shù)器計數(shù)分度程序啟動Z向快進光電測試參數(shù)Z向工進手動執(zhí)行Z向復位手動進給表2主控程序助記符指令表4結(jié)論隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，國內(nèi)國外市場對椰子以及其加工品的需求越來越多，椰子作為我國主要的熱帶經(jīng)濟作物之一，其加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展能推動相應地區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展。本文首先介紹種椰子切割的方法，設計了基于PLC的椰子切割過程的控制系統(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試程序的控制程序流程圖和相應的梯形圖，對椰子深加工前切割過程的效率的提升具有很大的價值，可提高椰子加工的經(jīng)濟效益，增加自動化程度，有利于椰子加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。