农业饲料加工包装自动化系统的设计

刘毅龙

（江西工业职业技术学院，江西南昌 330006）

1 系统设计需求概述

农业饲料的加工包装通常包含“来料运输-捣碎加工-分拣包装-入库储藏”4个环节，传统模式下前3个环节通常采用手工或半自动化作业完成，其中，手工作业模式完全基于人力，费时费力且容易造成作业误差；半自动化作业模式通常会引入单片机、PLC等核心处理器构建开环加工包装系统，能够实现对各作业环节的半自动化操作，但缺少人机交互、过程监控、加工参数编译调整等功能，作业精度和效率仍不高。为解决农业饲料手工和半自动化加工包装作业中存在的上述问题，以西门子S7-200型PLC为控制核心，联合组态技术、机械制造技术、装备技术、工业组网技术等设计全自动化可监控的农业饲料加工包装系统，实现对饲料产品加工包装的全自动化控制。

2 系统整体结构

如图1所示，系统由上位机、下位机2个部分组成，其中上位机系统为PC监控中心，通过工业组网技术直接与系统的组态控制模块相连，负责接收、分析、处理整个系统下位机的数据，并能够实时生成可视化的系统分析报表，以供用户远程监控整套系统的运行状态。下位机系统包含S7-200型PLC模块、来料运输机构、捣碎加工机构和分拣包装机构，上位机和下位级之间通过以PPI和RS485为主的小型工业网络建立起通信关系，实现对农业饲料加工包装数据的获取和通信。整套系统在工业生产小型网络的连接下，构成了集运输、加工、包装、监控、人机交互为一体的现代自动化系统，技术人员即可在组态端对系统运行进行操作和监控，也可以在远程上位机端对系统的运行状态进行实时的监管。

图1 系统整体结构Fig.1 The overall system structure

3 系统硬件模块设计

3.1 来料运输机构

来料运输机构负责对待加工包装的农业饲料进行运送和搬运，也称为进料机构，主要由直流电机运送模块、工业机械手搬运模块、传感器识别模块3个部分构成，各模块的功能如下：①直流电机运送模块。由DC24V小功率直流电机、拨料杆、运送盘3个机构组成，运送盘中放置经过粗加工的块状农业饲料，直流电机运转时带动拨料杆动作，饲料将在拨料杆的推动下逐渐运送至进料口。②传感器识别模块。选用EZ-18T型光电传感器对进料口的农业饲料量进行识别，当进料口的饲料量达到预制阀值时，光电传感器被置为高电平，S7-200型PLC识别到该型号，并向送料直流电机发出“停转”指令。③工业机械手搬运模块。直流电机停止转动后，工业机械手开始抓取进料口的块状农业饲料，搬运至捣碎加工机构的加工入料口，当进料口的块状农业饲料被清空后，EZ-18T型光电传感器被置为低电平，S7-200型PLC识别到该型号，并向送料直流电机发出“启动”指令，之后送料直流电机继续运转传输饲料，并循环往复。

3.2 捣碎加工机构

饲料捣碎加工机构的装备设计图如图2所示，其主要功能为：对经过粗加工的块状饲料进行捣碎、碾磨等自动化加工，并将捣碎加工完成的饲料传送给分拣包装机构。整个机构在S7-200型PLC的控制下实现了全自动化加工操作，具体的加工流程为：①来料加工机构运送的块状饲料投入加工入料口（图2中的8）；②光电传感器（图2中的5）识别到足量的块状饲料后，启动捣碎加工电机（图2中的7）对饲料进行精加工，每次加工的块状饲料为预先设置好的定额，并由S7-200型PLC定 时器 指 令设 置5min的加 工 时间；③5min结束后，经过精加工的饲料由送料口（图2中的6）排出至分拣包装机构。整个加工过程涉及到S7-200型PLC的定时器指令、“启-保-停”指令。

图2 捣碎加工机构Fig.2 The pounding mechanism

3.3 分拣包装机构

分拣包装机构由传送带、分拣推料杆、落料槽和包装成型4个模块构成，各机构在S7-200型PLC的控制下有序运行，作业流程为：①当捣碎加工机构的精加工饲料运送至分拣包装机构入料口时，系统启动传动带运送饲料；②为实现高效分拣，本机构设置了3个分拣处理区，各区安装独立的分拣推料杆，分拣饲料按照应的配比被送至3个分拣处理区，之后各区的推料杆启动，将饲料推送至相应的落料槽中；③落料槽设置上、下限感应传感器，用于检测其中的饲料容量，当饲料达到上限传感器位时，传送带停止，S7-200型PLC向包装成型模块发出高电平指令，启动包装成型机构完成对落料槽中饲料的独立包装，包装完成后自动入库，此时下限传感器检测到落料槽中空置，传送带重新启动，运送下一批饲料入落料槽，并循环往复。

4 系统软件设计

系统软件设计包含监控组态设计、加工包装梯形图设计2个部分，其中监控组态设计基于MCGS组态软件平台，设置“启动”“停止”“复位”3个基本按钮控件，实现对本系统启动运行、停止运行和临时复位3项功能的操作，具体设计中，调用MCGS控件库中的相应控件，并分别与梯形图程序中的“启动”“停止”“复位”触点进行关联即可。

系统梯形图程序的设计采用顺序功能流程图的思想编写，包含单序列、并行序列和选择序列等流程结构，具体的编写思想为：启动系统后，系统进行自检操作，来料运输机构开始传送和搬运粗加工饲料产品；捣碎加工机构的光电传感器识别到足量的块状饲料后，启动捣碎加工电机对饲料进行5 min精加工，并将精加工完成的饲料传送给分拣包装机构；分拣包装机构对饲料进行分拣、包装、入库等处理。详细的梯形图主程序编译流程见图3。

图3 系统梯形图编译流程Fig.3 The compilation process of system ladder diagram

5 结语

农业饲料加工包装自动化系统以S7-200型PLC为控制核心，实现对粗加工农业饲料的精加工、包装和入库作业，并能够通过上位机和组态界面监控整个加工包装过程，对提升农业饲料加工自动化水平具有重要的作用。