基于PLC的山核桃破壳自动化生产线控制系统研究_赵艳莉.pdf

基金项目:河 南 省 重 点 研 发 与 推 广 专 项 支 持 项 目(编 号:HN );河 南 省 自 然 科 学 基 金 项 目(编 号:)作者简介:赵艳莉(),女,郑州财税金融职业学院副教授,学士.E m a i l:m e e t z y l c o m收稿日期:改回日期:D O I:/j s p j x 文章编号 ()基于P L C的山核桃破壳自动化生产线控制系统研究R e s e a r c ho nc o n t r o l s y s t e mo f c a r y ac a t h a y e n s i ss h e l l b r e a k i n ga u t o m a t i cp r o d u c t i o n l i n eb a s e do nP L C赵艳莉ZHA OY a n l i赵倩ZHA OQ i a n李志强L IZ h i q i a n g(郑州财税金融职业学院,河南 郑州 ;河南科技大学,河南 洛阳 ;郑州大学,河南 郑州 )(Z h e n g z h o uV o c a t i o n a lC o l l e g eo fF i n a n c ea n dT a x a t i o n,Z h e n g z h o u,H e n a n ,C h i n a;H e n a nU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y,L u o y a n g,H e n a n ,C h i n a;Z h e n g z h o uU n i v e r s i t y,Z h e n g z h o u,H e n a n ,C h i n a)摘要:目的:解决目前山核桃破壳自动化生产线控制系统自动化水平低、效率低等问题.方法:在现有山核桃破壳自动生产线的基础上,提出一种基于P L C控制技术的山核桃破壳自动化生产线控制系统.以P L C为核心完成整个山核桃破壳自动化生产线的控制,包括破壳机、风选机、破壳分离机、色选机等设备.以直径 mm核桃为试验对象,对样机进行了验证.结果:相比于控制系统投入前,实施控制系统后提高了山核桃破壳率和降低了核 仁 损 伤 率,直 径 为 mm的 山 核 桃,破 壳 率 ,核仁损伤率,符合生 产 要求.结论:基于P L C的控制技术符合核桃全自动生产线的要求.关键词:山核桃;自动化生产线;P L C控制技术;破壳率;损伤率A b s t r a c t:O b j e c t i v e:I n o r d e rt o s o l v et h e p r o b l e m s o fl o wa u t o m a t i o n l e v e l a n dl o we f f i c i e n c yo ft h ec o n t r o ls y s t e mi nt h ec u r r e n ta u t o m a t e d p r o d u c t i o nl i n e o fh i c k o r y s h e l lb r e a k i n g M e t h o d s:O n t h eb a s i s o f t h e e x i s t i n ga u t o m a t i c p r o d u c t i o n l i n e o fh i c k o r ys h e l l b r e a k i n g,a c o n t r o l s y s t e mo f h i c k o r ys h e l l b r e a k i n ga u t o m a t i cp r o d u c t i o nl i n eb a s e do n P L Cc o n t r o lt e c h n o l o g yi sp r o p o s e d W i t hP L Ca s t h e c o r e,t h e c o n t r o l o f t h ew h o l eh i c k o r ys h e l l b r e a k i n g a u t o m a t i c p r o d u c t i o n l i n e w a s c o m p l e t e d,i n c l u d i n gs h e l lb r e a k i n g m a c h i n e,a i rs e p a r a t o r,s h e l lb r e a k i n gs e p a r a t o r,c o l o r s o r t e r a n do t h e r e q u i p m e n t T h e f e a s i b i l i t yo f t h em e t h o dw a sv e r i f i e db yt e s t i n gt h ep r o t o t y p eo faw a l n u tw i t had i a m e t e ro f mm R e s u l t s:C o m p a r e dw i t ht h a tb e f o r et h ec o n t r o l s y s t e m w a sp u t i n t oo p e r a t i o n,a f t e rt h e i m p l e m e n t a t i o no f t h ec o n t r o ls y s t e m,t h es h e l lb r e a k i n gr a t eo fh i c k o r y w a si n c r e a s e da n d t h ed a m a g e r a t e o fw a l n u tw a s r e d u c e d F o r h i c k o r yw i t had i a m e t e ro f mm,t h es h e l lb r e a k i n gr a t e w a s ,a n dt h ed a m a g er a t eo fw a l n u tw a s,m e e t i n gt h ep r o d u c t i o n r e q u i r e m e n t s C o n c l u s i o n:T h ec o n t r o lt e c h n o l o g yb a s e do n P L C m e e t st h er e q u i r e m e n t s o f w a l n u ta u t o m a t i cp r o d u c t i o n l i n e K e y w o r d s:p e c a n;a u t o m a t i c p r o d u c t i o n l i n e;P L C c o n t r o lt e c h n o l o g y;s h e l l b r e a k i n gr a t e;d a m a g er a t e山核桃果壳坚硬、厚实、形状不规则,内部有多处分离,壳间间隙小,加工难度大.目前,中国山核桃的初加工技术和设备相对落后,核桃破壳取仁仍以人工为主.P L C具有可靠性高、抗干扰能力强、操作简单、易维护等优点,作为控制器在自动化生产线中应用广泛.目前,国内外有许多学者对山核桃破壳自动化生产线进行研究.丁冉等提出了一种敲击式核桃破壳机的新方案,并建立数学模型进行分析.结果表明,直径为 mm核桃破壳率 为 ,损伤 率为 .刘 佳等分析了国内外核桃压榨机的结构、工作原理和特点,指出了核桃破壳机存在的问题,为解决核桃深加工技术和产业发展的瓶颈提供了依据.程国梁等提出了一种挤压破壳机的设计方案,设计了喂料机构、破壳机构、传动机构等.结 果 表 明,该 设 计 简 单 易 行,核 桃 破 壳 率 达 到 ,整仁率为 .石明村等提出了一种凸轮摇杆双向挤压破壳机的设计方案,设计了喂料、破壳等机构.F OO D&MA CH I N E R Y第 卷第期 总第 期|年月|结果表明,相比于传统方法,破壳率和露核率都得到大幅提高,破壳率为 ,露核率为 .虽然自动化生产线可以实现核桃破壳,但也存在破壳率低、效率差等问题,破壳效果并不理想,适应性有待进一步提高.在此基础上,针对山核桃破壳自动生产线,研究提出了一种基于P L C控制技术的山核桃破壳自动生产线控制系统.以P L C为核心完成整个山核桃破壳自动化生产线的控制,包括破壳机、风选机、破壳分离机、色选机等设备,通过试验进行分析,旨在为食品自动化生产提供一定的参考.食品自动化生产线概述山核桃破壳自动生产线生产流程为:破壳机风选机色选机分离机风选机色选机分离机再经过分级风选色选,循环这一过程.山核桃破壳自动生产线控制系统输入输出需求功能如表所示.为实现上述流程设计开发的山核桃破壳自动生产线控制系统结构如图所示.P L C作为整个系统的核心控制单元,输入为开关和触摸屏,输出为接触器、继电器等硬件.基于P L C的山核桃破壳自动生产线控制系统主要由破壳机、风选机、破壳分离机、色选机等设备组成.核桃破壳和核桃仁分离是整个山核桃生产线的重要环节,文中通过变频器进行控制.固定在风选机和分离机上的传感器通过变送器将 V的A/D输出电压信号转换到P L C中,P L C采集该模拟量,通过P I D控制器控制改变各机械模块的运动状态.分别对应变频器频率 H z和电机转速 r/m i n.表输入输出需求功能T a b l e I n p u t/O u t p u td e m a n df u n c t i o n输入输出分配功能输入输出分配功能I 总停止A I W 风选机风压采集I 破壳机启动A I W 分离机冲击力采集I 破壳机停止A I W 风选机风压采集I 风选机启动Q 变频器口分离机运转I 风选机停止Q 变频器口风选机运转I 分离机启动Q 变频器口分离机运转I 分离机停止Q 变频器口风选机运转I 风选机启动Q 交流接触器破壳机运转I 风选机停止Q 交流接触器色选机运转I 分离机启动Q 交流接触器传送带启/停I 分离机停止AQW 变频器/口分离机运转I 色选机启动AQW 变频器/口风选机运转I 色选机停止A I QW 变频器/口分离机运转A I W 分离 机冲 击力采集AQW 变频器/口风选机运转图山核桃破壳自动生产线控制系统结构F i g u r e C o n t r o ls y s t e m s t r u c t u r eo fc a r y ac a t h a y e n s i ss h e l lb r e a k i n ga u t o m a t i cp r o d u c t i o nl i n e控制系统设计主要器件选型P L C选型根据自动化生产线的工艺要求,计算控制系统所需的输入输出信号总数,选择S P L CC P U C N作为系统的控制中心.该型号P L C具有输入 个,输出 个.还可以扩展模拟输入个,输出个.存储容量为 b.满足该控制系统的各项指标要求.触摸屏选择选择S MA R TL I N E 触摸屏,实现人机交互.主要用于显示生产过程的运行状态,并设置报警阈值.触摸屏提供直观的图像,图像质量清晰,用于山核桃破壳生产线的信息交换和监控.变频器选型变频器需要考虑负荷和电机的额定电流.因此,综合考虑变频器额定输出电流的计算,如式()所示.IC Nk IM,()式中:IC N 额定输入电流,A;k 修正系数;IM 变频器负载电流,A.变频器的额定功率一般为电机额定值的倍,计算公式如式()所示.PC Nk PMc o skUMIM,()式中:PC N