基于PLC茶叶装箱机组控制系统改造

姜淑华

（常州工程职业技术学院，江苏常州 213164）

基于PLC茶叶装箱机组控制系统改造

姜淑华

（常州工程职业技术学院，江苏常州 213164）

通过PLC对茶叶装箱机组控制系统进行改造，可以减少现有技术应用的弊端，增加设备的先进性，从而提高茶叶加工的质量。本文将通过对PLC系统工作原理的分析，提出相应的改造方法，从而对设备进行改造，提升工艺水平。

PLC；茶叶装箱机组；控制系统；改造

PLC是可编程控制器，以微处理器的使用为核心，是一种自动化控制装置。它具有多方面的优势，可靠性较高、开发时间较短、编程比较灵活，比较适用接触器控制系统的改造。目前，茶叶装箱机组控制系统中继电器、接触器的控制系统设备比较陈旧，年久失修，容易出现一定的故障，需要加以改造，促进系统运行的顺畅。

1　PLC概述

PLC主要采用的是可以进行编程的存储器，用于内部程序的存储，执行多方面的功能指令，包括内部存储程序、顺序控制、定时、计数等，并通过数字化的输入输出模式对各种机械设备进行控制管理。它主要包括六个部分：电源、中央处理器、存储器、输入输出接口电路、功能模块、通信模块。每个模块控制不一样的内容，发挥不一样的功用。PLC系统中电源起着最关键的作用。在进行设计和改造时是起着重要关注的部分。一般情况下，当交流电压波在一定的范围内，PLC可以直接连接到交流电网上；中央处理器是系统的控制枢纽，发挥着重要的作用，它根据自身的功能检查各种器件的状态，诊断程序中的错误。通过扫描的方式，进行各大设置状态数据的接收，存入I/O映像区，然后对用户指令进行解读，经过命令解释按照逻辑进行运算和执行，将最终的结果进行储存，最后进行相应的输送。为了提高处理的可靠性，还可以构建冗余系统，即使出现故障，也不会出现大的损失；存储器的设置很简单，主要分为系统程序存储和用户程序存储；输入接口电路主要通过各种接口的连接实现构建接口通道。现场输出接口线路主要是通过控制输出接口电路，输出相应的控制信号。

它们的工作原理：主要分为三个阶段，输入采样阶段、用户程序执行阶段、输出刷新阶段。在采样阶段，PLC首先以扫描方式按照顺序进行输入状态和数据的读入，存入I/O映象区相应的区域内。采样工作完成后，可以进行用户程序执行、输出刷新阶段。在这两个阶段的进行过程中，即使扫描读入的信息发生了一系列的变化，I/O映象区中的相应区域中的信息也不会发生变化，有一定的稳定性。同时也要注意一些特殊情况，输入的如果是脉冲信号，则信号的宽度应该要大于一个扫描周期，才能保证可靠和稳定，在任何情况下，该输入的信息都能被读入。第二个阶段，PLC通过由上而下的顺序进行程序的扫描。对线路的扫描也要按照一定的顺序，理解指令后进行逻辑运算，通过运算结果的应用，刷新在系统存储区中所对应位的状态，或者刷新在I/O映象区中对应位的状态等。在过程中，只有输入点的I/ O映象区内的信息不会发生变化，其他输出点的信息和状态很可能发生变化，上面的梯形图执行结果会对下面的梯形图起作用；排在下面的梯形图，需要进入下一个扫描周期才能起作用。进入第三个阶段，中央处理器可以按照I/O映象区内对应的信息和状态进行输出锁存电路，对数据进行输出，完成整个工作程序。该控制器相对其他编程语言来说，使用方便，编程简单，对原先系统的改造比较小，减少了对软硬件改造的费用。第二，功能比较强，性价比较高。该控制器编程元件多，功能比较强大，可以通过互联网技术，实现分散控制，进行集中管理。同时该设施配套比较齐全，使用比较方便，适用性比较强。同时具有很高的可靠性，抗干扰能力较强。

2　茶叶装箱机组工作原理

茶叶装箱机组控制系统是茶叶加工流水线中最后的一道工序，主要负责茶叶的称重、装箱，也是不可缺少的一个环节，是必须要进行解决的问题。该机组的设计中，有两种工作程序。第一种是茶叶装箱程序。在该程序的应用中，首先要进行空箱的人工放置，其他的一系列后续程序可以通过自动化装置来进行控制，例如装箱、摇箱、推箱等工作。第二程序是茶叶装袋程序。在该程序的操作中，需要进行人工放置空袋和按动下茶开关，其他的部分可以实现自动化控制管理。在该机组中，除了继电器-接触器的使用，还安装有产量和称重自动显示装置，一定程度上便利了工作的进行。它的技术特性：生产率基本维持在一个小时60箱；精准度小于百分之零点四；贮茶斗容积大约为1.9立方米；电机功率为0.55千瓦，送箱电机为0.6千瓦。工作原理：该机组主要是通过循环方式进行工作。首先是贮茶斗下茶，接着是自动称重、称茶斗下茶、摇箱，最后进行送箱。具体的操作是：通过机器的使用实现在贮茶斗里贮存茶叶，然后进行自动程序的开启，带动贮茶斗的大门打开，茶叶自然而然的落入称重器上，进行自动称重。当分量不够，仪器有所反应，贮茶斗里的茶叶会自动加入，直到适量即可。如果超出合适的重量，称重仪器会自动进行下茶，将多余的分量进行剔除，直到符合标准为止。当茶叶进入茶箱，开始启动摇箱机的工作，只要是为了将茶叶摇匀，在装袋的过程中，使茶叶变得密实，减少袋中的空气，尽可能地多装茶叶。看到快要装满的时候，要调整摇箱的频率，防止茶叶被摇出来，造成茶叶的浪费。装箱工作结束后，开始送箱，将茶箱送到称茶斗下面，基本的工作结束。同时在工作的时候，要关注一定的注意事项。进行装袋工作的时候，注意送箱机不能工作，摇箱机也不能进行反转，而且幅度要相等，注意下茶的部分和装袋的部分不联动。当开始应用装袋半自动程序的时候，通过称重装置的自动调整，茶叶按照正常分量落入茶袋，此时摇箱也同时进行工作。下茶结束后，称茶斗门自动关闭，茶叶又重新回到了称茶斗里，接着重复以上工作。

3　PLC改造茶叶装箱机组控制系统方法

3.1改造方法

根据不同的改造原理，出现的改造效果是不一样的。在具体的操作中，如果按照原先的继电器控制原理来进行茶叶机组控制系统的改造，进行改造图的设计，无法实现外部特征的改造，可以克服内部控制系统的弊端，可以克服原先继电器可靠性低、维修困难等问题。对于实际的操作人员来说，也比较便利，还是遵循以前的操作方式，不用重新进行学习和熟悉，还相对提高了可靠性。该改造设计对控制面板和上面的器件改变较少，因此在一定程度上可以减少对硬件改造耗费的费用。主要的改造方案有：茶叶装箱机组的运作方式不用作大的改动，因此原来的电路不改变，操作方法不改变。电子控制系统部分元件作用与原来的控制线路不作改变。该茶叶装箱机组的各种装箱等控制功能不变。通过改造，原先继电器中的接线方式发生改变，由PLC系统实现。

3.2系统硬件设计

第一，I/O地址分配表。在该控制系统中，起动和停止的按钮共有9个点，微观开关有一个点，电机过载用热继电器有3个点，摇箱和送箱部分占4个点等，从整体来看，整个控制系统共需要29个输入点，输出的点占15个，不同的控制点发挥不同的作用，控制不同的性能，满足系统改造的需要。

第二，硬件电路设计。进行改造时所使用的是梯形图设计，是按照原先继电器工作原理进行的。该电动机在进行工作的时候，接触的电圈和电源指示灯使用的是交流电源，只不过数值不一样。为了提高运行的安全性，在该系统进行运行的时候，按规定的要求合上需要合上的开关，主要给输出设备进行供电。如果出现突发的而意外状况，要及时断开开关，断开电源。如果电源不稳定，需要在线路上增设变压器，稳定电流。

3.3PLC控制软件设计

为了方便PLC系统的应用，在进行梯形图设计的时候，将PLC内部继电器的数值设置保持与原先继电器的数值一致，便于编程和阅读程序工作的开展。梯形图的设计，主要是由拼配机和风送机的运行方式来决定的。拼配机和风送机两个设备都是有代表性的启停控制。在改造中，可以把茶叶量的开关设计为单按钮，从而控制拼配机的启停，比较实用。在装箱手动和自动方面，进行设计改造。从工作原理的分析中可见，茶叶的装箱控制和装袋控制是互锁的，在进行程序设计时也要考虑这方面的因素。为了使两者之间相互不受干扰，可以采用跳转指令的形式进行两者的控制。在设计程序的时候，要采用主控指令的形式，对装箱的启动按钮和停止按钮实现绝对的控制。在对自动、手动的控制问题上，节电器的出点和大小门开关的设置是相互对应的，可以达到保证茶叶分量标准的情况。再者，就是关于半自动和手动进行袋装的问题，基本同装箱的设计手法类似，参照上述方法进行设计即可。

3.4程序调试

PLC内部继电器有一部分设置进行称重设置的调节，使秤杆稳定一段时间后，能够准确无误的切断大小门的接点，从而保证茶叶能够达到足够的分量。其中拖延的时间一般保持在2秒左右，这个过程时间如果太短，就有可能达不到装袋的精度目标；如果时间过长的话，可能会造成大小门反复开启关闭的现象，达不到技术操作的要求。在实际操作中，要对进行控制称重的设置进行多次全面的调试，直到达到理想的调试效果为止，是整个程序调试的关键部分，一定要进行各种各样的评估和测验，保持系统运行的精准性。

4　结语

通过PLC的改造，可以进行实现茶叶装箱机组的自动化控制，提高该系统的性能，在一定程度上可以提高可靠性、安全性和产品品质，同时也降低了设备的维修费用，保证了茶叶的生产质量和产量。

［1］郭和伟.基于PLC的茶叶装箱机组控制系统改造［J］.安徽农业科学，2011（26）：16395-16397.

［2］范阳阳.茶叶自动化杀青机组的研究［D］.安徽农业大学，2012.

［3］王永刚.食盐装箱一体机控制策略研究与系统开发［D］.河南工业大学，2014.

［4］宋志禹.节能型自动化控制茶叶滚筒杀青机的研究［D］.安徽农业大学，2010.

江苏省教育科学“十二五”规划2013年度课题《高职院校“技能培训·技术服务·创业教育”一体化的生产性实训基地建设的研究》 （课题编号D/2013/03/110）

姜淑华（1972-），女，黑龙江齐齐哈尔人，研究生，讲师，研究方向：电气控制。