一款基于PLC的肉桂皮烘干机系统设计

黄沛霖 王彦庆 黄胜维 李山款 胡东枫 农作荐

摘要：本设计是烘干控制系统，为桂皮烘干控制系统的模拟运行，其主控模块是FX3U-PLC，本设计是用三菱FX3U系列的FX3U-48MT可編程控制器作为主控部分，进行自动化控制，以昆仑通态触摸屏为人交互界面，核心控制器接收外部信号，并做出相对应的处理驱动相对应的外设，控制着烘干机的全部运行状态，从人机交互界面昆仑通态触摸屏上设定控制系统参数、运动状态，并监控控制器和人机交互界面的通讯情况、烘干机各部分的运行动态、实时温度的变化趋势。根据光电传感器判断桂皮的来料的动向，把桂皮运载进烘干设备烘干，可从触摸屏设定烘干系统的参数，烘干结束后自动卸载桂皮，进入下一轮的烘干。桂皮烘干控制系统实现了桂皮烘干机的自动化的智能控制。

关键词：自动控制;烘干机;人机交互界面;PLC控制系统

引言

我国90%的肉桂皮烘干是由农户独立完成，在传统的肉桂皮制作过程中，大部分农户选择将肉桂皮自然晒干或自然风干，而面对不同种类的桂皮所需要的工艺也不尽相同。如企边桂要用刀将树皮两端削成斜面，突出其桂心（栓皮层内的桂皮）摊晒至软，将每块桂皮夹在木制的凹凸板中间，将数块叠起，两端和中间用绳索绑紧，使每块桂皮卷成槽状后，摊晒至四成干时，除开绑绳和夹板，利用早、晚较弱的阳光晒干（曝晒油分容易挥发，降低效力）。由于不同农户之间的操作都有所差异，所以最终得出来的成品也会分成几个等次与规格。

如果采用烘烤肉桂皮的方法则需要的劳动付出非常大，对烘烤者有一定的经验要求，还要把控肉桂皮烘干温度，通常为了加快肉桂皮的烘干速度，减轻烘烤者的压力，采取两人轮班工作。随着中国市场及海外对肉桂皮的需求增大，传统的肉桂皮烘干方式已无法满足肉桂皮的大批量成产，快速化干燥需求。近几年来，我国极力宣传绿色环保理念，国家出台多项“煤改电”政策，农机补贴，加快了桂皮产业机械化的转型和升级，并推动着肉桂皮烘干设备等机械的改进和创新。随着农业现代化进程加快和农产品加工工业的发展，未来经济作物农产品烘干机发展潜力巨大。根据经济作物的细分，烘干设备向专业化、特色化方向细分发展;为了满足不同的需要，向固定式和移动式的烘干设备发展。因此，农产品烘干机有无限地发展前景。

一、研究内容及方法

本设计是肉桂皮加工的全自动的肉桂皮烘干机控制系统设备，设计过程当中将会围绕着烘干机主体和肉桂皮去粗皮履带外设两个方面进行研究和学习。项目的主要研究内容有以下几个方面：

1、了解桂皮烘干加工工艺，对桂皮烘干的的基本工艺步骤进行仿真，并且能够正常运行。

2、烘干机主体框架的设计和安装，设计明确系统的主控中心，主控PLC的选型方面在满足控制要求的同时，还要考虑成本问题。安装指示灯与蜂鸣器，处于工作状态时亮绿灯、处于暂停或等待状态时亮黄灯、处于急停状态时亮红灯。设计制作人机交互触摸屏界面，将触摸屏和三菱FX3U-48MT进行通讯，利用触摸屏设定参数，并把参数输送到程序中，触摸屏时时监控烘干系统的动态，在触摸屏中制作目标温度和实时温度的实时曲线。

3、设计制作自动装卸载肉桂皮的自动执行的机械装置，桂皮经加工晒干后，受压容易开裂破碎，导致成品等级降低。

4、架设肉桂皮去粗皮履带外设，PLC通过控制电机，使履带滚动。在履带传动的过程中，会增设有三个普通滚轮，一个去皮机构（滚轮，但外表刀片状螺旋分布），两个磨皮滚轮（上下对称，外表面类似于锉刀）。其中，普通滚轮的作用是使桂皮在履带传送的过程中与去皮机构尽可能地贴合。而三个普通滚轮间尽可能地靠近，这样能得到更好的效果。而去皮机构能将桂皮的外皮有效去除，通过调节去皮机构与履带间的距离控制去粗皮的深浅度，生产出质地平均的桂皮。最后则是磨皮滚轮，位于前面两者之后，起精加工（磨皮）的效果，实现高品质产品。

二、系统设计分析

对于本次系统软件设计中的技术路线，图1所示：

本次设计以三菱FX3U-48MT作为系统的主控中心，通过外部信号的输入、变化，进行输出入采样、程序执行、输出刷新，可以形成一个闭环的过程控制。以控制要求，加工流程，进行系统硬件的选择，并且构造程序框架，编写程序，PLC程序的编写有多种设计语言，分别是梯形图语言，指令语句表编程语言，功能块图编程语言，结构化文本编程语言等等，编程时，除了要注意一些特殊指令的用法之外，还要注意各程序段之间的逻辑关系、中间继电器、多线圈输出等问题。针对PLC的使用本团队将明确所要用到的硬件，以及使用的方法，列出I/O功能分配表、内部使用辅助管理功能的元件列表。还要熟悉内部控制辅助器件和相关的指令。下图2、3所列内容为肉桂皮烘干机PLC信号控制系统框图及总控制流程图：

三、系统功能测试

设计主要分为烘干机主机与桂皮去粗皮履带外设两部分组成。其中包含昆仑通态触摸屏为人交互界面，它可以监控系统的状态和参数，可以控制整个系统的启动停止和复位，可以查看烘干过程中的实时温度的变化趋势，能够使烘干向着期望的方向进行。光电传感器能够了解桂皮来料的动向。紫外光灯能够进行杀菌消毒，提高桂皮的品质。使用PTC加热器使结果比较接近太阳晒，烘烤出更好的产品。相应的指示灯可以知道整个系统的工作、警报状态。烘干托盘能够依据传感器信号自动伸出和回缩，设备自动运行工作。桂皮去粗皮履带外设能够减少人工桂皮加工的工作步骤。系统设计控制效果如图4、图5所示。

四、总结

烘干机是我国农业产品、经济作物中重要的农用机械设备，在生产过程中承担着重要的地位，影响着众多商品行业的发展，使得生产过程不受天气的影响，生产速度也得到很大程度的提高。利用“互联网+自动化的智能烘干技术”，可以使采剥下来的新鲜桂皮得到及时的烘干，提高桂皮质量的同时，大大提高了生产效率，节省了劳动力的输出，对提高肉桂皮的商品价值具有重大的意义。

参考文献：

[1]李金城.三菱FX3U系列PLC功能指令应用全解[M].北京：电子工业出版社，2020.4.

[2]徐向华，吕桃.可编程控制器PLC应用技术（三菱机型）[M].北京：电子工业出版社.

[3]王兆安，刘进军.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2017.

基金项目：梧州学院2021年自治区级大学生创新训练计划项目：肉桂皮烘干机控制系统设计（项目编号：S202111354145）.