【正文】 清理，去核之后的棗肉隨即掉落在成品運(yùn)輸帶上，隨之被運(yùn)輸至稱量裝置上，當(dāng)稱量器內(nèi)的紅棗達(dá)到預(yù)定的重量時(shí)，由 PLC 控制運(yùn)輸帶停止運(yùn)行，同時(shí)稱量箱進(jìn)行紅棗傾倒，把紅棗倒入下方紙箱內(nèi)部，再通過 PLC控制進(jìn)行運(yùn)輸、沖核、清理、封口等 步驟的進(jìn)行。 整個(gè)系統(tǒng)由上料系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、沖核系統(tǒng)、清理系統(tǒng)、運(yùn)輸系統(tǒng)、稱量系統(tǒng)、裝箱系統(tǒng)、封口系統(tǒng) 、報(bào)警系統(tǒng)等 構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)去核、稱量、包裝的功能，快速、經(jīng)濟(jì)、省時(shí)省力、安全，為廣大紅棗種植戶解決了去核困難的問題。 綜述 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外的紅棗去核 系統(tǒng) 的 研究設(shè)計(jì) 取得了一定的成果，例如， 由 寧天德 自己設(shè)計(jì)的半自動(dòng)硬棗去核 機(jī) , 使用了雙輸出軸的減速箱和轉(zhuǎn)盤支座，這個(gè)設(shè)計(jì)將去核設(shè)備的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)與供料系統(tǒng)的間歇和運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一，雖然去核效果較好，但是需要采用人工上料，每分鐘 只能加工兩百多個(gè)，投入的人力勞力較大，去核效率并沒有得到顯著提高。 二零零五年，由彭三河自主設(shè)計(jì)的紅棗去核機(jī) ，其 采用了上下工作頭雙針來(lái)進(jìn)行定位系統(tǒng)的定位，用上、下切刀進(jìn)行去核，雖然去核效果較好，但是生產(chǎn)的效率比較低。后來(lái)王在政設(shè)計(jì)了一種新型的紅棗去核機(jī)，其使用的定位、扶正系統(tǒng)可根據(jù)紅棗的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得紅棗可以均勻的進(jìn)入旋轉(zhuǎn)盤上面的紅棗定位孔，沖核裝置、沖棗裝置進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)作業(yè)，完成去核任務(wù)，將棗核棗肉排出，這種去核機(jī)不需要人工一個(gè)一個(gè)的將紅棗放入定位孔，一定程度上提高了機(jī)器的工作效率，也提高了安全性能， 但是適應(yīng)性差，且工作效率也不是很高。 又如 王兵臣發(fā)明的紅棗去核機(jī) ， 由機(jī)架 、儲(chǔ)料 料斗 、紅棗 輸送帶 、 下傳送鏈 、沖核桿 、 上定位鏈 、 沖核桿導(dǎo) 向 套 、 偏心輪 、 撥片組件 、 支撐擋板 、 離合器、滾動(dòng)輪、卡板等組成，其去核效果相較上面的集中去核機(jī)來(lái)說(shuō)比較好，但是其結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，不便于維修，生產(chǎn)成本比較高，而且自動(dòng)化程度比較低，屬于機(jī)械自 3 動(dòng)化。 直到二零一一 年，新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院 的 農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所研制 出 了 6QH600 型紅棗去核機(jī) ，設(shè)備 采用 了 多面體輪驅(qū)動(dòng)的載棗履帶 進(jìn)行 上料 、 毛刷進(jìn)行扶正 、 曲柄 連桿裝置驅(qū)動(dòng)沖核針上 運(yùn)動(dòng) 進(jìn)行 沖核，每小時(shí)可 去核 可達(dá)五 萬(wàn)枚 左右 ，去核率達(dá) 90%以上， 但是這種機(jī)型 容易出現(xiàn)沖破棗的問題 。 綜合各種去核設(shè)備 的控制系統(tǒng) 來(lái)看，目前紅棗去核設(shè)備 系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)有一些地方不合理，而且制造工藝、技術(shù)水平比較低，科技含量不高，使得運(yùn)行時(shí)噪音非常大，不僅僅影響了周圍 居民的生活，而且在進(jìn)行作業(yè)時(shí)需要經(jīng)常有人在旁看守，如果操作人長(zhǎng)期進(jìn)行操作的話，對(duì)其聽力是有很大的損害的。 系統(tǒng) 運(yùn)行的時(shí)候往往震動(dòng)比較大，存在的安全隱患比較大，給操作人的人身安全帶來(lái)了很大的威脅。工作環(huán)境也是比較差，工作缺乏彈性，易使人感到疲勞。而且縱觀這些去核 控制系統(tǒng) ，大多 為純機(jī)械結(jié)構(gòu)，自動(dòng)化水平比較低，在運(yùn)行的過程中各個(gè)部分之間都是統(tǒng)一進(jìn)行運(yùn)行的，上料系統(tǒng)、運(yùn)輸系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、沖核系統(tǒng)等各部分之間不能獨(dú)運(yùn)行，一旦期間某一系統(tǒng)出現(xiàn)故障，整個(gè) 系統(tǒng) 都將癱瘓，而且還會(huì)造成各部分之間不必要的機(jī)械損壞，維修工作量大。在機(jī)器出現(xiàn)故障時(shí)，甚至還會(huì)傷害到操作人員。 主要研究?jī)?nèi)容 本文主要分為以下幾個(gè)部分 : 第一章是前言 部分 ,主要對(duì)基于 PLC 的紅棗自動(dòng)去核包裝控制系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹 ,簡(jiǎn)單闡述了國(guó)內(nèi)外對(duì)紅棗自動(dòng)去核包裝控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 ,說(shuō)明了該研究的研究背景、意義。 第二章的主要內(nèi)容是紅棗自動(dòng) 去核包裝控制系統(tǒng)的控制方案的設(shè)計(jì) ,首先對(duì)紅棗自動(dòng)去核包裝控制系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)行了介紹 ,然后給出了設(shè)計(jì)步驟和詳細(xì)的總體方案設(shè)計(jì)。 第三章是紅棗自動(dòng)去核包裝控制系統(tǒng)的 硬件 設(shè)計(jì) ,首先進(jìn)行設(shè)備的選型 ,然后描述了運(yùn)輸系統(tǒng)、給料系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、沖核沖棗系統(tǒng)、清理系統(tǒng)、包裝系統(tǒng) 、報(bào)警系統(tǒng) 等部分的設(shè)計(jì) ，并畫出 PLC 外部接線圖 。 第四章是 紅棗自動(dòng)去核包裝控制系統(tǒng) 軟件 系統(tǒng)的 設(shè)計(jì) ,詳細(xì)介紹了 PLC 的設(shè)前言 4 計(jì)， 對(duì)軟件程序的編程進(jìn)行了流程設(shè)計(jì)并以此編寫梯形圖，達(dá)到預(yù)期目的。 第五章是人機(jī)界面的建立，用組態(tài)軟件建立人機(jī)界面，對(duì)系 統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，執(zhí)行設(shè)備監(jiān)控 、實(shí)時(shí)曲線、報(bào)警等，便于讀取所系信息。 第六章是總結(jié)部分，總結(jié)了設(shè)計(jì)過程中的收獲與結(jié)果，分析了過程中遇到的困難，并對(duì)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了簡(jiǎn)單闡述。 5 2 紅棗去核包裝控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 紅棗去核包裝控制系統(tǒng)的構(gòu)成 此 去核包裝控制系統(tǒng) 由供料系統(tǒng)將紅棗運(yùn)輸至去核系統(tǒng)，再運(yùn)輸?shù)椒Q量包裝系統(tǒng)進(jìn)行稱量裝箱封口。 設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖 所示 。 圖 自動(dòng)去核包裝控制系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)圖 去核系統(tǒng) 各單元組成及工作原理如下 : 當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)之后，儲(chǔ)物倉(cāng)開 關(guān) 打開，儲(chǔ)物倉(cāng)內(nèi)的紅棗進(jìn)入運(yùn)輸帶，與此同時(shí)控制運(yùn)送未加工的紅棗的運(yùn)輸帶的電機(jī)啟動(dòng)，把紅棗運(yùn)送至臨時(shí)儲(chǔ)物箱中，當(dāng)臨時(shí)儲(chǔ)物箱中的稱量傳感器檢測(cè)到箱內(nèi)的紅 時(shí)，控制孔狀運(yùn)輸帶的電機(jī)啟動(dòng)，紅棗紅棗去核包裝控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 6 掉 入運(yùn)輸帶上面的孔內(nèi)，隨之被向上運(yùn)送至去核系統(tǒng)進(jìn)去核。 臨時(shí)儲(chǔ)物箱內(nèi)的稱量傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控箱內(nèi)紅棗的重量，當(dāng)臨時(shí)儲(chǔ)物箱內(nèi)的紅棗質(zhì)量過重時(shí)，則儲(chǔ)物倉(cāng)的送料閥門 關(guān)閉，運(yùn)輸帶 1停止 ，保證臨時(shí)儲(chǔ)物箱內(nèi)的紅棗數(shù)量與質(zhì)量在一定的范圍內(nèi)，因?yàn)槿绻R時(shí)儲(chǔ)物箱內(nèi)的 紅棗數(shù)量太多的話，會(huì)有很多的紅棗隨運(yùn)輸帶上涌，導(dǎo)致紅棗溢出箱外。 在孔狀運(yùn)輸帶上，孔呈列狀排列， 在相應(yīng)的位置安裝接近傳感器 ，當(dāng)紅棗隨運(yùn)輸帶運(yùn)輸至去核區(qū)域時(shí)，安裝于去核端的 接近傳感器檢測(cè)到紅棗隨運(yùn)輸帶的到來(lái) ，由 PLC 控制孔狀輸送帶的電機(jī)停止一段 時(shí)間，與此同時(shí)，用于去核的 電機(jī)與用于把棗核噴射出去的氣壓機(jī)裝置同時(shí)啟動(dòng)，在 一個(gè)運(yùn)行周期 內(nèi)進(jìn)行去核、吐核 、返回 的操作。與此同時(shí)，在該停留時(shí)間內(nèi)，位于下端的 頂棗電機(jī)啟動(dòng)，并推動(dòng)頂棗針運(yùn)作，把殘留在運(yùn)輸孔內(nèi)的紅棗頂出。 被清除的棗核隨滑梯滑落進(jìn)入廢料桶內(nèi)，但是棗核會(huì)粘在 廢料運(yùn)輸帶上，所以每 過一 段時(shí)間就會(huì)由清除 電機(jī)啟動(dòng)對(duì) 內(nèi)部的棗核進(jìn)行一次清理。 去核之后的紅棗直接進(jìn)入 后面的 運(yùn)輸帶，隨運(yùn)輸帶落入 帶有稱量傳感器的容器內(nèi)，當(dāng)容器內(nèi)的紅棗質(zhì)量達(dá)到一定的值后，運(yùn)送去核后紅棗的運(yùn)輸帶的電機(jī)停止運(yùn)行，與此同時(shí) 而裝滿了額定質(zhì)量的紅棗的容器則傾倒，將內(nèi)部紅棗傾倒入下方運(yùn)輸帶上面的紙箱內(nèi)，下方的限位開關(guān)被傾倒動(dòng)作觸發(fā)后則傾倒裝置復(fù)位， 等待下一次的裝棗準(zhǔn)備。 當(dāng)傾倒容器復(fù)位后，運(yùn)輸紙箱的運(yùn)輸帶運(yùn)行，將已經(jīng)裝滿紅棗的紙箱運(yùn)送到封口機(jī)的位置進(jìn)行封口，將空紙箱運(yùn)送至將要傾倒端的容器下方接收紅棗。 在整個(gè)過程中，操作人員可以對(duì) 各個(gè)部分進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過組態(tài)建立的人機(jī)界面控制每一個(gè)部分的運(yùn)行或停止， 各個(gè)部分還設(shè)立了報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)自動(dòng)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng) 或料位超出預(yù)定范圍時(shí) 報(bào)警，以快速通知操作員進(jìn)行檢修或相關(guān)操作。 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 不僅在 紅棗去核包裝 控制系統(tǒng)中 ,在每 一種電氣控制系統(tǒng)中都 應(yīng)該 要 做到 滿足被控對(duì)象的工藝要求 ,以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品 的 質(zhì)量。在設(shè)計(jì) 、 應(yīng)用系統(tǒng)時(shí) , 7 包括硬件 部分的 設(shè)計(jì)、軟件 部分的 設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試 這 三大部分。 如圖 所示 : 否 是 否 是 開始 了解工藝流程 分析控制要求 確定 I/O 設(shè)備 選擇 PLC 分配 I/O 接口 繪制流程圖 硬件選擇 軟件設(shè)計(jì) 軟件調(diào)試 是否正常 模擬實(shí)驗(yàn) 滿足要求 ？ 結(jié)束 修改程序 圖 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖 紅棗去核包裝控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 8 我們 在進(jìn)行 該 系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前 ,必須 要 全面深入了解 該 系統(tǒng) ,熟知各個(gè)被控對(duì)象 ,詳細(xì)的 了解被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、 生產(chǎn)工藝 、 生產(chǎn)流程和 機(jī)械工作性能 等 。 接下來(lái)應(yīng)該在這個(gè) 基礎(chǔ)上 ,分析 并 確定 該 系統(tǒng)的 各種 控制要求 ,例如 設(shè)備需要?jiǎng)幼鞯臅r(shí)間、位置 、 行程、順序、條件等。 對(duì)端子數(shù)進(jìn)行計(jì)算，確定了 I/O 端子數(shù)便于對(duì) PLC 進(jìn)行選擇。在進(jìn)行對(duì)系統(tǒng)I/O 端子數(shù)進(jìn)行估算時(shí)應(yīng)該全面考慮 I/O 信號(hào)的個(gè)數(shù)， 還要考慮到信號(hào)的類型等其它特定的因素 ，最終確定端子數(shù)時(shí)要留一定的余量，以方便以后需要擴(kuò)充的時(shí)候有剩余端子可用。然后再根據(jù)估算的端子數(shù)來(lái)對(duì) PLC 進(jìn)行合適的選擇。 分別確定 輸入、輸出設(shè)備 ， 列出清單， 然后再對(duì)應(yīng) PLC 的 1/0 端 口，進(jìn)行I/O 分配，畫出 PLC 接線圖， 然后進(jìn)行 PLC 的 梯形圖等 軟件設(shè)計(jì)。 最后 對(duì)控制系統(tǒng) 進(jìn)行調(diào)試 ,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行軟件調(diào)試時(shí)必不可少的一個(gè)步驟，通過模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)軟件進(jìn)行調(diào)試，更改錯(cuò)誤，使之達(dá)到預(yù)定的效果。 紅棗去核包裝控制系統(tǒng)的 控制方案 PLC 控制系統(tǒng)有四種，分別是單機(jī)控制系統(tǒng)、集中控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程 I/O 控制系統(tǒng)、分布式控制系 統(tǒng)，他們各自的特點(diǎn)如下： 單機(jī)控制系統(tǒng)： 單機(jī)控制系統(tǒng)是由 1臺(tái) PLC控制 1臺(tái)設(shè)備或 1條簡(jiǎn)易生產(chǎn)線。單機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單，所需要的 I/O 點(diǎn)數(shù)較少，存儲(chǔ)容量小，選擇 PLC 的型號(hào)時(shí)，無(wú)論目前是否有通信聯(lián)網(wǎng)的要求，都應(yīng)當(dāng)選擇有通信功能的 PLC，以適應(yīng)將來(lái)系統(tǒng)功能擴(kuò)充的要求。 圖 單機(jī)控制系統(tǒng) PLC 被控對(duì)象 輸入 /輸出 9 集中控制系統(tǒng)： 集中控制系統(tǒng)是由 1臺(tái) PLC控制多臺(tái)設(shè)備或幾條簡(jiǎn)易生產(chǎn)線。這種控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是多個(gè)被控對(duì)象的位置比較接近，且相互之間的動(dòng)作有一定的聯(lián)系。由于多個(gè)被控對(duì)象通過同 1臺(tái) PLC 控制，因此各個(gè) 被控對(duì)象之間的數(shù)據(jù)、狀態(tài)的變化不需要另設(shè)專門的通信線路。集中控制系統(tǒng)的最大缺點(diǎn)是如果某個(gè)被控對(duì)象的控制程序需要改變或 PLC 出現(xiàn)故障時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)都要停止工作。對(duì)于大型的集中控制系統(tǒng)，可以采用冗余系統(tǒng)來(lái)克服這個(gè)缺點(diǎn)，此時(shí)要求 PLC 的 I/O點(diǎn)數(shù)和存儲(chǔ)器容量有較大的裕量。 圖 集中控制系統(tǒng) 遠(yuǎn)程 I/O 控制系統(tǒng)：遠(yuǎn)程 I/O 控制系統(tǒng)就是 I/O 模塊不是與 PLC 放在一起，而是遠(yuǎn)距離地放在被控對(duì)象附近。遠(yuǎn)程 I/O 通道與 PLC之間通過同軸電纜連接傳遞信息。同軸電纜長(zhǎng)度要根據(jù)系統(tǒng)的需要選用。 圖 遠(yuǎn)程 I/O 控制系統(tǒng) 分布式控制系統(tǒng)：分布式控制系統(tǒng)有多個(gè)被控對(duì)象，每個(gè)被控對(duì)象由 1臺(tái)具有通信功能的 PLC 控制，分布式控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是多個(gè)被控對(duì)象分布的區(qū)域較大，相互之間的距離較遠(yuǎn)，每臺(tái) PLC可以通過數(shù)據(jù)通信總線與上位機(jī)通信，也可以通過通信線與其他的 PLC 交換信息。分布式控制系統(tǒng)的最大好處是：某個(gè)被控對(duì)象或 PLC 出現(xiàn)故障時(shí)，不會(huì)影響其他的 PLC。 紅棗去核包裝控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 10 圖 分布式控制系統(tǒng) 對(duì)于紅棗去核包裝這個(gè)系統(tǒng)而言 ,要對(duì)頂核針、頂棗針、清理裝置、稱量裝置等部分進(jìn)行控制，而且要對(duì)多 臺(tái)設(shè)備進(jìn)行控制，所以如果采用單機(jī)控制系統(tǒng)的話會(huì) 對(duì)主控 PLC 造成較大的負(fù)擔(dān)，所以不宜采用單機(jī)控制系統(tǒng)。 另外 由于控制對(duì)象只有 去核包裝系統(tǒng) ,被控對(duì)象 相對(duì) 來(lái)說(shuō)比較 集中 ,并 且不需要大量的交換數(shù)據(jù)和信息 ,所 以也 沒有必要選用分布式控制系統(tǒng)。 對(duì)于遠(yuǎn)程 I/O 控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，因?yàn)橹骺厥乙话愣紩?huì)在生產(chǎn)廠區(qū)，距離各個(gè)被控設(shè)備較近，各個(gè)設(shè)備都比較集中，也沒必要選擇遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。 紅棗去核包裝控制系統(tǒng)不需要投入很多的計(jì)算， 運(yùn)作也不算繁瑣， 各設(shè)備的工作與程序都一樣，且不需要經(jīng)常變更程序， 所以選用集中控制系統(tǒng)最適合。 人機(jī)界面設(shè) 計(jì)方案 組態(tài)王是亞控科技開發(fā)的一套監(jiān)控系統(tǒng)軟件，該軟件是新型的工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，利用組態(tài)軟件可以實(shí)現(xiàn)圖形界面的設(shè)計(jì)、建立動(dòng)畫鏈接、構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)、運(yùn)行和調(diào)試等功能，利用組態(tài)軟件我們可以輕松的實(shí)現(xiàn) 各種數(shù)據(jù)的采集、發(fā)出。利用其圖形的編輯功能可以以動(dòng)畫的方式監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行非常直觀的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并可以用其生成歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)報(bào)表、歷史報(bào)表 等，在對(duì)紅棗進(jìn)行自動(dòng)包裝的過程中，需要對(duì)裝箱紅棗的重量與紅棗的 數(shù) 量 進(jìn)行記錄，并生成歷史趨勢(shì)曲線、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線等，便于工作人員對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行更好的監(jiān)控。報(bào)警記錄等功能能使相關(guān)工 作人員 對(duì)設(shè)備進(jìn)行及時(shí)的檢修與維護(hù)。圖 為去核包裝監(jiān)控界面的系統(tǒng)構(gòu)成。 11 圖 去核包裝監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成 紅棗去核包裝控制系統(tǒng)的硬