遥控粮情巡查机器的研究和设计

Research and design of remote control grain situation inspection machine

◎张志伟，张青峰，杨卫东（杭州市粮食收储有限公司良渚分公司，杭州　311199）

Zhang Zhiwei，Zhang Qingfeng，Yang Weidong（grain purchasing and storge company limited liangzhu branch,hangzhou 311199, China）

遥控粮情巡查机器的研究和设计

Research and design of remote control grain situation inspection machine

◎张志伟，张青峰，杨卫东
（杭州市粮食收储有限公司良渚分公司，杭州311199）

Zhang Zhiwei，Zhang Qingfeng，Yang Weidong
（grain purchasing and storge company limited liangzhu branch,hangzhou 311199, China）

摘要：近年来，由于储粮量的不断加大，安全事故也时有发生，给社会和家庭带来了严重损失。特别是触及危险性、有限空间、高空作业、易燃易爆等场所，机器换人已是社会发展的大势所趋。遥控粮情巡查机器是专门针对粮食储备行业涉及的上述一系列问题而量身定制的一款新型机器设备，它的诞生将改变粮食储备行业以人力进仓巡查巡检为主的历史。所以，在一定意义上也是为粮食储备工作的一次革命。

遥控粮情巡查机器不但能在粮面自由行走，还能完成粮情巡检、粮面下取样、粮情反馈等功能，而且操作简单、方便、灵活、可靠性高等优点，是粮食储备行业理想的机器换人产品（如外形图4）。

关键词：粮面行走机构；粮面下取样机构；粮情反馈装置；PLC控制系统

Abstract：In recent years, due to the increasing amount of grain storage, safety acci⁃dents also happen from time to time, which has brought serious damages to society and family. Especially the places where can touch dangerousness,confined spaces, aerial work, flammable and combustibleand other dangerous places, taking place of people with ma⁃chines has been the main stream of the social development. Remote control grain situa⁃tion inspection machine is a new machinery equipment which isspecially designed for the above mentioned problems in grain reserves industry, and its emergence will change the history that it gives priority toputting grains in storehouse and patrol inspection with man⁃power in grain reserves industry. Therefore, in a sense, it is also a revolution of working for grain reserves.

Remote control grain situation inspection machine can not only walk freely in grain surface but also finish the inspection of grain situation, sampling under grain surface, grain situation feed⁃back and other functions. At the same time, its operation is simple, convenient, flexible, highly re⁃liable, etc, so it is an ideal product of taking place of people with machines in grain reserves in⁃dustry (see theoutside view and the left and right view).

Key words：grain surface traveling mechanism；sampling mechanism under grain surface；grain situation feedback device；PLC control system

民以食为天，食以粮为安。随着粮食储备的扩大，仓容、仓貌等不断的变化，给粮食储备工作带来一定的挑战。远程遥控粮情巡查机器就是针对有限空间、粉尘扩散、仓内缺氧、人员被埋等危险隐患而设计的一款机器设备。

远程遥控粮情检查机器的组成主要有机械控制部分、电气控制部分和监控部分组成。其中机械部分又分为行走转向机构、取样机构；反馈部分包括摄像发送装置和成像接收装置等组成；电气控制部分PLC包括软件和硬件部分

1　粮面行走转向机构

1.1行走机构的组成

主要结构如行走转向装置如图1所示。

1.2行走机构的工作原理

当接收器14收到远程目标遥控信号时，驱动电机4得电转动，驱动减速机5转动，减速机5和两边的电磁离合器16、17组合成一体，故电磁离合器同时进行转动，电磁离合器16、17由24V电压控制，当两只离合器16、17同时得电时，两边离合器上连接的链轮即可转动，带动链轮上的链条12转动，两链条12的链轮与行走机构的主动轮3相连接（如图1a所示）。2只主动轮3与16只被动轮6、4块支撑板2和2条履带1由连接板15组成行走转向机构（如图1a、b、c、）。在电机4的驱动下行走转向机构通过两边履带1和主动轮3带动所有被动轮6转动不停地向前或向后运行，履带的松紧是由8只（图1d所示）螺丝11的调节所完成的。当电磁离合器16或17有一方失电时，电磁离合器上的链轮失去动力，停止转动，而另一方的电磁离合器16 或17是一直得电的，在电机4动力的驱使下，机器的动力一直在传输，这样即可以完成整台设备不仅能够向左或向右转向，而且还能完成整台设备前进或后退的所有工作过程，能够将整台设备在粮仓内粮面上任何位置去完成所有的工作要求。

图1　（行走转向装置图）

2　粮面取样机构

2.1粮面取样机构组成

主要结构如图2所示。

图2　机器剖视结构图

2.2粮面取样机构工作原理

当机械设备接到指令到达预定目标时，接收器14收到远程目标遥控信号时，取样电机9得电转动，通过链轮链条带动减速机8转动，由于取样杆4与减速机8是通过蜗轮蜗杆连接方式，所以减速机8转动驱动取样螺旋杆4下降。取样杆的结构（如图3a、b），当取样螺旋杆4插入到粮面下预定位置（如图4）22时，由于取样螺旋杆的下限位和离心电机7的电气控制是在程序内设置好的，所以离心电机7在取样螺旋杆到达预定位置22时离心电机7即自动得电转动，离心电机7和密室6组成密闭的空间，形成一定量的吸力，密室通过上面￠6软管道5与取样螺旋杆4相连接，当离心电机7旋转时通过软管5和取样螺旋杆即可将粮食吸入储存罐28内。由于储存罐28容量和离心电机的工作时间在程序内是设置好的，当储存罐28内物料装满时，离心电机立即停止工作，完成吸粮取样环节。反之，当接收器14收到远程遥控信号时，取样杆电机9得电反向转动，取出取样螺旋杆4，待取样螺旋杆全部取出后达到最高限位14时，通过限位装置使电机9断电停止工作，完成一个工作循环。将设备移除仓外，通过放粮口（如图2）30将取样物取出，完成整个设备在仓内的整个工作循环，取代人力的目标。

图3a　（取样杆结构图）

图3b　（取样杆结构图）

3　粮情反馈装置

粮面粮情及设备的反馈是依靠设备上携带（如图4）21的25X25四方形800万像素的摄像头进行现场拍摄进行完成的。摄像装置安装在设备中上部位，摄像装置通过数据线与处理中心相联接，负责数据信息搜集处理发射任务（如图2）17，将粮面粮情经过无线方式与远程接收处理设备进行工作，接收处理设备接受后进行数据处理工作，接收处理器通过输机线与一只7英寸屏幕相连接，在完成数据信息处理的同时，工作人员便能够在远处的成像屏幕中对仓内粮情和设备设施的所有情况进行监视。即达到远程安全操作监视的效果，又可进行仓内各项巡查及远离危险区域便能满足以人力为主进仓的工作目的。

图4　机器外形整体图

4　PLC控制系统

4.1PLC的工作原理

PLC的控制功能就是通过运行用户程序来实现的（如PLC流程见图5）。它是一种存储程序的控制器，用户根据某一对象的具体控制要求，编制好控制程序后，用编程器将程序键入到PLC的用户程序存储器中寄存。

PLC扫描工作方式主要分为输入采样、程序执行和输出刷新3个阶段。

（1）输入采样。PLC在开始执行程序之前，首先扫描输入端子，按顺序将所有输入信号，读入到寄存输入状态的输入映象寄存器中，这个过程称为输入采样。PLC在运行程序时，所需的输入信号不是现时取输入端子上的信息，而是取输入映象寄存器中的信息。在本工作周期内这个采样结果的内容不会改变，只有到下一个扫描周期输入采样阶段才被刷新。

（2）程序执行。PLC完成了采样工作后，按顺序从0000号地址开始的程序进行扫描执行，并分别从输入映象寄存器、输出映象寄存器以及辅助继电器中获得所需的数据进行运算处理。再将程序执行的结果写入寄存执行结果的输出映象寄存器中保存。但这个结果在全部程序未被执行完毕之前不会送到输出端子上。

（3）输出刷新在执行到END的命令时，即执行完用户所有的程序后，PLC将输出映象寄存器中的内容送到输出锁存器中进行输出，驱动用户设备。

图5　（PLC流程图）

4.2PLC控制系统的硬件部分

本设备设计选取的plc是日本生产的欧姆龙CJ1系列如（CJ1—CPU外形见图6）。下面对CJ1系列PLC做出简要的说明。CJ1系列PLC属于中型PLC，他的体积小、速度快为特色，具有先进的控制功能，采用多任务结构化编程模式，具有多个协议宏服务端口，易于联网，也适用于高速脉冲输出的系统。此外，丰富的CPU类型和电压等级使其在解决用户的工业自动化问题时，具有很强的适应性。①CPU负责执行程序和储存数据，以便对工业自动化控制任务或过程进行控制。②电源向CPU及其所连接的任何模块提供电源。③外设端口是输入部分从现场设备（如传感器或开关等）中采集信号，输出部分则控制电机以及工业过程中的其他设备。④状态信号LED指示灯显示了CPU的工作模式（运行或停止），PLC的I/O点的当前状态，以及检查出来的系统错误。⑤RS—232C端口连接到变成设备（不包括编程器）、上位机、通用外部设备、可编程终端和其他设备。⑥储存卡指示灯MCPWR（绿）：电源供给存储卡时亮；BUSY（橘黄）：访问存储卡时亮。⑦存储卡连接器是将存储卡连接到CPU单元。

图6　PLC外形机图

4.3PLC控制系统的软件部分

PLC的软件系统由系统程序和用户程序组成。

（1）系统程序。PLC的系统程序有3种类型。①系统管理程序。由它决定系统的工作节拍，包括PLC运行管理、存储空间管理和系统自诊断管理。②用户程序编辑和指令解释程序。编辑程序能将用户程序变为内码形式以便于程序的修改、调试。解释程序能将编程语言变为机器语言以便CPU操作运行。③标准子程序与调用管理程序。为提高运行速度，在程序执行中某些信息处理或特殊运算等是通过调用标准子程序来完成的。

（2）用户程序。用户程序根据系统配置和控制要求编辑用户程序，是PLC应用于工业控制的一个重要环节。PLC的编程语言多种多样，在不同的PLC厂家，不同的系列PLC采用的编程语言不尽相同。常用的有：①梯形图。这是目前PLC应用最广、最受电气技术人员欢迎的一种编程语言。如图7所示。PLC接线图如图8所示。②语句表。这是一种与汇编语言类似的编程语言，它采用助记符指令，并以程序执行顺序逐句编写成语句表。如图9所示。

图7　梯形图

图8　PLC接线图

图9　I/O分配图

5　结论

遥控粮情巡查机器的设计和研发，虽说有些功能还不够完备，但已经开始了粮仓巡查巡检机器换人的先例，其优点如下：①遥控粮情巡查机器的诞生，不仅能对粮仓内的粮食进行取样检测，了解粮仓内粮食的储存情况，还能提高了工作人员的工作的安全性，而且操作简单、方便、灵活、可靠性高。②遥控粮情巡查机器不仅代替人工进入到粮仓进行巡查检测，提高了粮仓的巡查效率，降低了工作人员的劳动强度，并且可长时间在粮仓内进行巡查，为生态储粮、安全储粮提供了可靠的安全保障。③遥控巡查机不仅工作可靠，效率高，还能在高温、潮湿、多尘、有污染等恶劣环境中工作，是粮食储备企业理想的机器换人产品。

张志伟（1970-），男，高级技师；专业方向为机电设备自动化控制工程。

作者简介：

收稿日期：2015-10-08

中图分类号：TP242.3