基于PLC的新型太陽能煙葉晾曬裝置設計

狄敬國，王 亮

(1.萊蕪職業(yè)技術學院機電工程系，山東萊蕪 271100；2.北京航空航天大學工程訓練中心，北京 100083)

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基于PLC的新型太陽能煙葉晾曬裝置設計

狄敬國1，2，王 亮2

(1.萊蕪職業(yè)技術學院機電工程系，山東萊蕪 271100；2.北京航空航天大學工程訓練中心，北京 100083)

采用運動可靠穩(wěn)定的PLC作為控制核心設計了一種新型太陽能煙葉晾曬裝置，該裝置所需能源由太陽能電池板進行轉換提供，通過濕敏傳感器檢測雨水信號，以PLC為控制核心，利用觸摸屏實現(xiàn)操作，通過智能化控制可方便地實現(xiàn)在無人的情況下對煙葉進行晾曬和收集。該裝置設計合理，工作可靠穩(wěn)定，特別是在農村市場具有極高的推廣價值。

PLC；觸摸屏；太陽能電池；雨水探測器

科學技術的發(fā)展日新月異，多功能環(huán)保產品在人們生活中出現(xiàn)的頻率越來越高。對于北方農村煙農來說，創(chuàng)新型產品的出現(xiàn)不僅可以提高產品質量，而且可以大大降低勞動強度，提高生活質量。有研究表明，加大晾曬煙葉在配方中的應用可以降低焦油殘余危害，提高煙葉香氣質量[1]；烤制過程增加晾曬環(huán)節(jié)可以很好地提高煙葉濃度和甜潤感[2]。煙葉采摘季節(jié)正值雨季，且煙葉水分大，若不及時晾曬很容易造成腐爛，從而嚴重影響煙葉烤后質量；而采摘煙葉需要大量的人力，勞動強度大，因而往往無法及時晾曬煙葉，從而造成不必要的損失。基于此，筆者在走訪調研的基礎上，設計了一種基于PLC控制的自動晾曬煙葉裝置，以期實現(xiàn)煙葉在無人值守下自動晾曬，避免煙葉腐爛，保障煙葉質量，降低煙農勞動強度。

1　整體結構原理

1.1主要結構該裝置的主要結構由太陽能電池板、蓄電池、雨水探測器、觸摸屏、PLC、各種運動直流電動機以及防雨罩、遮雨布等組成(圖1)。

圖1　主要結構示意Fig.1　Main structure of the device

1.2工作原理該設計采用了轉動、齒輪齒條傳動、直線往復運動等形式。采用運動可靠穩(wěn)定的PLC作為控制核心進行硬件設計和程序設計[3]。該裝置所需能源由太陽能電池板進行轉換提供，通過濕敏傳感器檢測雨水信號，以PLC為控制核心，利用觸摸屏實現(xiàn)操作，通過智能化控制方便地實現(xiàn)在無人的情況下對煙葉的晾曬和收集。人機界面設有手動界面和自動界面，手動界面設有晾曬左右展開按鈕、前后展開按鈕、遮雨布上下運動按鈕以及相應的指示燈，能夠實現(xiàn)單獨的操作；自動界面設有“自動晾曬”和“自動收起”2個按鈕，可實現(xiàn)下雨時自動收起煙葉、雨停后自動晾曬煙葉。正常工作中有雨滴時，雨水探測器檢測到的信號傳入PLC控制器中，通過程序運行，發(fā)出電機動作指令，使相應的電磁閥得電，從而實現(xiàn)煙葉的自動收集；雨停后，雨水探測器未檢查到雨水信號時，PLC做出動作指令，使相應電磁閥得電，實現(xiàn)煙葉的自動晾曬?？刂七^程流程如圖2所示，試驗樣機局部電機如圖3所示。

圖2　控制過程流程Fig.2　The control process

圖3　試驗樣機局部電機Fig.3　Local machine of the tested model machine

2　控制系統(tǒng)

2.1硬件設計具體硬件設計電路如圖4所示。該控制系統(tǒng)選用三菱FX2N-24MR作為控制核心，太陽能電池板供電，輸入口X0連接雨水探測器輸出信號端，輸出各點采用隔離連接方式，能夠更加方便地實現(xiàn)調試，Y0口、Y1口分別接遮雨布上下運動控制電磁閥，Y2口、Y3口分別接晾曬架左右展開運動控制電磁閥，Y4口、Y5口分別接晾曬架前后展開運動控制電磁閥，電磁閥統(tǒng)一選用24VDC線圈。在可達到控制要求的前提下，選材經濟實惠，可降低設計成本，同時也方便設備的維修和保養(yǎng)。

圖4　硬件設計電路Fig.4　Design of hardware circuits

2.2軟件設計程序流程如圖5所示。該程序控制過程相對簡單，采用了SFC編寫形式，結構清晰，調試方便。調試程序根據控制要求，從整體上來說，分別設計了手動控制和自動控制，圖5中S10為手動控制程序段，其中編寫了單步控制時各個程序控制單元，如圖5最右邊顯示框所示，可實現(xiàn)對系統(tǒng)中6個電磁閥分別單獨控制，圖中S11為自動控制程

圖5　程序流程Fig.5　Program flow

序段，自動運行程序時又分為自動晾曬和自動收起2個控制過程，2個動作過程中均分別包含了晾曬架左右運動、前后運動及遮雨布的上下運動幾個過程。

3　試驗結果

依據確定的設計方案，設計制作實物擺放效果如圖6所示，實物樣機如圖7所示。實踐證明，該設計采用太陽能充電，實現(xiàn)了太陽能電池板與蓄電池的正常充電；晾曬架可實現(xiàn)同時前后展開，采用雙電機拖動，設計合理，工作穩(wěn)定；采用昆侖通泰觸摸屏作為人機界面，界面設計更人性化，具有手動和自動操作界面，使用方便；整個控制系統(tǒng)以PLC為核心，通過程序實現(xiàn)煙葉的自動晾曬和收起。

圖6　煙葉晾曬仿真效果Fig.6　Simulation effect of tobacco drying

圖7　樣機實物Fig.7　The model machine

4　小結

設計的這款基于PLC的新型太陽能煙葉晾曬裝置具有以下優(yōu)點：充分利用太陽能，綠色節(jié)能環(huán)保；雨水檢測靈敏，運行平穩(wěn)可靠；利用人機界面，操作使用方便；結構設計新穎，值得推廣應用。

[1] 王潔，曾代龍，符雷，等.晾曬煙葉發(fā)酵研究進展[J].河南農業(yè)科學，2014，43(4)：1-4.

[2] 顏克亮，曾曉鷹，胡巍耀，等.晾曬煙葉模塊在烤煙型卷煙中的應用[J].中國煙草學報，2012，18(1)：19-25.

[3] 楊東，黃永紅，張新華，等.用PLC基本指令實現(xiàn)自動運動定位控制的研究[J].微計算機信息，2010，26(4)：62-64.

PLC,whichmovesstablyandreliably,isusedasthecontrolcoretodesignanewsolartobaccodryingdevice.Solarpanelscanprovideenergyforthedevice,andrainsignalcanbedetectedbyahumidity-dependentsensor.Theoperationcanberealizedbyatouchscreen.Tobaccodryingandcollectioncanberealizedbyintelligentcontrol.Thedeviceisdesignedreasonablyandoperatesstablyandreliably,soithashighpromotionvalueinrutalareas.

PLC;Touchscreen;Solarcell;Raindetector

狄敬國(1977-)，男，山東萊蕪人，副教授，從事控制工程研究。

2016-06-27

S214

A

0517-6611(2016)23-240-02

DesignofaNewSolarTobaccoDryingDeviceBasedonPLC

DIJing-guo1,2,WANGLiang2(1.DepartmentofMechanicalandElectricalEngineering,LaiwuVocationalandTechnicalCollege,Laiwu,Shandong271100; 2.EngineeringTrainingCenterofBeihangUniversity,Beijing100083)