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篇1：探索料浆涂覆机控制面板的设计与操作论文
探索料浆涂覆机控制面板的设计与操作论文
作为载体的堇青石蜂窝陶瓷，形似蜂窝煤，只是其上密布的穿心孔十分细小（￠1mm左右）。装置于汽、柴油车辆的排气管内，作为排除废气和消音器用。为达到车辆尾气环保排放的目的，穿心孔内需均匀地涂覆高科技环保材料―料浆。自动料浆涂覆机即为此项加工的生产机械。
为使设计、制造并投入使用的自动料浆涂覆机，在提高劳动生产率、减轻操作者劳动强度、保证产品合格率等方面有所创新，其电气控制部分是否具备自动化程度较高、运行安全可靠、安装维护方便的特点，显得尤为重要。
一、电气控制系统组成
电气控制系统方案的总体思路是：.最大限度地满足生产过程工艺对电气控制的要求；.在满足控制要求的前提下，综合考虑实用性、自动化程度、制造成本、使用维护方便等因素，电路结构力求简单、优化；.合理地选用新型、优质的电器元件，确保使用的安全、可靠，同时兼顾新颖、美观和技术进步。
1.生产过程工艺。依据该项目机械部分设计的指标，整机结构由进/出载体的输送带、夹持载体加工的机械手、盛料浆（环保材料）的料盘、将料浆抽吸入穿心孔内的吸盘、保证料浆涂覆均匀而往复吹风的风刀、接纳废料浆的接料盘等组成。除进、出工件的输送带由电动机拖动外，其余动作均由气动装置完成。为此，整机装置有37个小型气动电磁阀控制气动缸的动作。完成一个载体加工过程的工步如图1所示。
2．对控制系统的技术要求。充分考虑提高劳动生产率、减轻操作者劳动强度等因素，该系统应有较高的自动化程度。
⑴操作、安装、维护简便，且具备应有的保护环节。⑵具备连续循环运行功能。⑶具备单循环运行功能。⑷具备各工步单独运行功能。⑸具备常见故障情况下的声光报警和故障热菹允竟δ堋＂士上允尽⑸柚谩⑿薷挠泄氐脑诵胁问。
3．控制系统组成。该系统采用集中控制。由主控PLC、人机界面、I/O接口，故障声光报警，电动机控制器、工作状态指示、电磁阀组等组成。如图2所示。
二、电气控制方案的实现
1．为使该机达到操作简单，安装便捷，维护方便和运行安全的指标，电气控制系统采取了实践证明行之有效的相关措施；
⑴整机控制电源装设漏电保护器作为隔离开关和短路保护，以确保整个系统的安全性。⑵采用集中控制。除电动机和电磁阀组外，所有的控制系统元件均装设在控制柜内。控制柜为立式钢琴样的结构。显示面板上装置有总电源、控制电源、运行、停止、故障等的指示灯和数字电子计数器（产量统计）；操作面板上装置有触摸操作显示屏及其开关，急停、控制电源、运行、停止等按钮、开关。⑶简单化操作。人机界面采用可与PLC内置串口RS-232通讯的触摸操作显示屏。它可在屏幕上直观地显示工艺所要求的所有运行数据；也可轻触设置在相关屏幕上的“软按钮”，操纵PLC完成相应的程序、查看有关的信息或设置相关的参数。
轻触其上的软按钮，即可进入相应的操控界面。鉴于篇幅有限，其余各界面的屏幕不一一示出。在不需监视运行状况和设置相关运行参数的情况下，也可不打开触摸屏而直接按控制台面上的“运行”、“停止”按钮，系统也可按预定的程序自动运行或停止。既方便了操作，又有利于延长触摸屏的使用寿命。⑷由于运送载体进、出的输送带的电动机容量较小（370W和250W），可直接用开关控置。但为了达到失压和欠压保护的目的，依然采用接触器驱动方式，并装置热继电器对电动机实行热过载保护。⑸为给安装、检修、维护带来方便，电控柜与机械部分的连接采用接插件方式，且注重部局的合理、有序。
2．为提高整机的自动化程度，确保运行的稳定、可靠，主控采用性能价格比较高的新型PLC，由自带模拟量I/O口的欧姆龙（OMRON）CP1H主机配以扩展I/O模块承担。它与人机界面之间通过内置的RS-232C串口进行通讯。
3.程序的编制充分考虑了可连续循环运行的衔接和联锁、互锁问题。为此，将PLC的基本控制指令与数据比较、数据传输、数据移动、数据转换、逻辑、四则运算等指令进行优化组合而构成系统的控制程序。整个程序完全满足了控制过程的要求，可靠地实现自动运行的指标。同时，还可实时采集、转换、传递有关数据，并在触摸屏上直观地显示；也可接收并存储操作者设定的有关参数，用于控制系统的运行。
4．为适应运行参数变更后检验产成品是否合格的需要，系统具备“单循环”功能。即：“启动”后系统将在加工完单个载体后自动停止，便于验证产成品是否合格，以保证系统在“自动循环”加工时处于最佳状态。
5．为给调试、维护、检修带来方便，专门设置有单动操作屏。轻触其上的软按钮，可操纵各工步单独动作。
6．产品的合格率与涂覆程度密切相关，确保涂覆均匀而又不堵塞穿心孔是至关重要的。因此，涂覆过程的有关运行参数，如抽吸量、吹风往复次数、载体翻转次数等，必须可以变更。为此，特设有参数设置屏。
7．为方便查询有关的信息，系统设置有信息屏。
8．当系统发生故障时，将发出声、光报警。此时可轻触相关操作屏上的“故障查询”钮，进入故障信息屏查看故障原因，即可明确故障发生的准确部位。轻触其上的“关闭报警”钮，声、光报警即停止，但产生故障的条件未解除前，该故障信息将始终显示。
9．料浆的抽吸量是保证涂覆质量的关键参数。系统采用超声波传感器检测并控制料盘上升的高度和抽吸量，其输出的4-20mA模拟量，经过程序转换、定标后，供显示、控制用，确保抽吸量的精确无误。
三、电气控制系统的特点
1．该系统使用的超声波传感器，具有体积小、重量轻、安装接线简单、可长期通电、工作稳定、维护便捷、精度高等优势。由其构成检测装置，使得抽吸量的精确度大为提高。
2．程序的编制重视了整个程序的循环扫描周期和实时响应问题。在最大限度满足工艺过程的前提下，编制的程序尽可能简短；同时通过安排不同的组织模块，采用分时分批扫描的执行办法，来缩短循环扫描周期和提高控制的实时响应性。
3．提高生产效率和保证产成品的合格率，是研发本机的侧重点。为此，编制的程序采取了相应的措施。
⑴提高生产效率的措施之一，是该机夹紧装置有两套（A、B），由回转装置控制互为1800水平回转。即A夹紧载体后回转1800进行涂覆加工时，B则完成载体上机、载体上升、载体夹紧后等待；当A涂覆完毕回转1800回位后，B已回转1800至涂覆工位进行涂覆加工，此时A则完成松开载体、载体下降、推出载体后，再行载体上机、载体上升、夹紧载体后等待，……如此循环往复。程序的编制利用了可编程控制器的记忆和判断功能，可正确识别A、B所处位置，并保证在上一次停机后无论是A或B停于初始位置，再次启动均可正常自动运行。
⑵提高生产效率的措施之二，是在不影响各工步正常动作的前提下，将图1的运行工步进行适当的整合。既减少了程序的步数，又缩短了单个载体加工过程的时间，进而提高了生产效率。整合后的工步如图4所示。
⑶保证合格率的措施之一是抽吸量的准确度。为此，除注重超声波传感器的安装工艺、避免其受到干扰外，编程中应用了CPU的`传送、转换、比较、运算等指令来保证数据的准确，且将抽吸的真空压力值、抽吸时间、预设抽吸量一并作为步进脉冲的触发条件，以保证抽吸量的准确。
⑷保证合格率的措施之二，是涂覆的均匀程度。此过程由翻转、风刀往复吹风等工步执行，且这些工步各自运行的次数随载体规格的不同而不同。编制的程序利用CPU的记忆、计数等指令的合理衔接，完全适应于不同规格载体涂覆的均匀程度。
4．停机方式的多样化。为适应不同状态下的停机，编制的程序有针对性地采取了二种不同的停机方式：⑴正常停机。任一时刻轻触触摸屏上的“停机”钮，或按动控制台面上的“停机”按钮，系统不再执行“载体上机”工序的同时，将自动运行至已上机的载体的加工全过程结束后，自动停止。⑵紧急停机。运行过程中如遇异常情况，可按下控制台面上的“急停”或触摸屏上的“急停”钮，系统则中止运行；若需继续运行，可将“急停”按钮复位后重新“启动”，系统将接续中止前的工步自动运行。
5．移位指令的运用：利用IR区的两个工作位产生步进脉冲，配合SFT(10)指令控制的字，共同构成步进脉冲移位功能，并注意各步进位之间的互锁和触发条件。使得各工步接转准确、连续、不受干扰，且有利于工步的扩展和调整。
四、使用效果
该系统全面满足了堇青石蜂窝陶瓷料浆自动涂覆机的控制要求。具备了技术含量较高，电路结构新颖，操作简单方便，显示直观明了，调整维护便捷，参数变更容易，运行安全可靠，保护功能完善等特色。因此，受到用户特别是操作者的欢迎。用户反馈：该机技术先进，生产率比前一代机型增加近一倍；整机体积小、重量轻、噪音低；拆装、搬运容易；操作、维护简便。
参考文献
[1]廖常初.PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社，2006.
[2]朱梅，朱光力.液压与气动技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2004.
篇2：浅谈旱作马铃薯微垄覆膜侧播机的设计与试验论文
浅谈旱作马铃薯微垄覆膜侧播机的设计与试验论文
马铃薯是世界上继水稻、小麦、玉米之后的第四大粮食作物。根据联合国粮农组织( FAO) 统计，2012 年我国马铃薯的种植面积约为5. 43 × 106 hm2 ，总产量约为85. 86 × 106 t，均居于世界首位。同时，马铃薯作为一种高产救灾性作物，在我国干旱半干旱地区农作物布局中占有重要地位。
旱作马铃薯微垄覆膜侧播技术是采用一膜两垄、一垄两行来播种的农艺方法，与一膜一垄相比，减少了单行覆膜行间土地裸露面积，降低了土壤水分无效蒸发损失。垄上覆膜使垄间有效富集雨水，垄底水分成倍增加;垄侧播种克服了垄上播种马铃薯根系水分吸收困难、垄沟播种马铃薯块茎和根系生长土层变薄的劣势。然而，该农艺方法目前尚没有与之配套的农机可以作业。鉴于此，研制了旱作马铃薯微垄覆膜侧播机，并进行了田间试验验证。
1 总体设计要求
按照旱作马铃薯微垄覆膜侧播技术的农艺方法，其播种流程为:开沟施肥→开沟播种→取土起垄→喷洒除草剂→铺膜覆土→重复以上步骤。主要种植参数为:
1)施肥深度14cm，播种深度8cm;
2)行距34cm，株距27cm;
3)垄底宽50cm，垄距60cm，垄高12cm;
4)小垄沟宽10cm，大垄沟宽30cm;
5)地膜宽140cm。
所设计旱作马铃薯微垄覆膜侧播机应满足以下要求:
1)与农艺方法作业流程保持一致，一次性完成开沟施肥、开沟播种、取土起垄、喷洒除草剂及铺膜覆土等多道工序;
2)施肥深度、播种深度及株距可适当调节;
3)作业时，一幅播两垄，一次播4 行，并且使用宽1. 4m 的农用塑料地膜进行铺膜;
4)保证一定的铺膜和压膜质量，确保地膜下的薯种被土壤完全覆盖。
2 机具结构设计
为了满足旱作马铃薯微垄覆膜侧播机( 以下简称侧播机) 的设计要求，对其机具结构进行设计。其主要由机架、施肥装置、播种装置、行走装置、传动装置、取土整形装置、铺膜装置、压膜装置及覆土装置等组成。
施肥装置由肥箱、排肥轴、外槽轮排肥器、调节手柄、施肥被动链轮、施肥导向管及施肥开沟器等组成，动力由地轮通过链传动提供。肥箱安装在机架上最前方，由外槽轮排肥器排出的肥料通过施肥导向管落在施肥开沟器开出的沟内。
施肥开沟器所采用形式为船形铲式，在每一垄中心位置设置1 个施肥开沟器，两个施肥开沟器的中心距离为60cm。施肥深度可以通过调节施肥开沟器的安装高度实现，施肥量的大小可以通过调节手柄加以控制。
播种装置由排种器、种箱、播种被动链轮、排种导向管及播种开沟器等组成，动力由地轮通过链传动提供。排种器、种箱安装在机架上肥箱后方，由种箱取出的薯种经排种器、通过排种导向管落在播种开沟器开出的沟内。
播种开沟器所采用形式也为船形铲式，在每一垄中心位置左、右两侧17cm 分别设置1 个播种开沟器;4 个播种开沟器的排列位置由农艺要求而定，播种深度通过调节播种开沟器的安装高度实现。
排种器驱动形式为上驱动式，采用皮带配合种勺交叉取种，保证每个种勺里只有1 个薯种;当皮带运动到顶点时，种勺抛出薯种到排种管;薯种落在种勺背面，在排种管的配合下保证薯种不会自由下落;随着皮带运动，薯种有序地通过排种导向管落在播种开沟器开出的沟内，实现“品”字形播种。
通过改变地轮轴上播种主动链轮与排种器上播种被动链轮的传动比，所设计排种器株距可以在22 ～32cm 有级可调。行走装置由地轮、地轮轴、轴承、施肥主动链轮及播种主动链轮等组成。其中，地轮与地轮轴之间用螺栓紧固并定位，地轮轴通过轴承连接在机架上，地轮施肥链轮、地轮播种链轮分别安装在地轮轴两侧。地轮选用人字形高花纹轮胎，型号4. 50 - 12，充气断面宽110mm、外直径535mm。选用这种规格轮胎的原因是其防滑、耐磨，且充气断面宽小于大垄沟宽，侧播机作业之后不会破坏垄形、压坏地膜。
传动装置由动力输入轴、万向节、齿轮箱、主动双链轮及被动双链轮等组成。拖拉机动力输出轴的动力经动力输入轴、万向节传递给齿轮箱，齿轮箱的输出轴连接主动双链轮，主动双链轮通过链传动传递给被动双链轮，为取土整形装置提供动力。
主动双链轮与被动双链轮的齿数比为1:2、1:1及2:1。由于齿轮箱的传动比为1:1，则被动双链轮与拖拉机动力输出轴之间的传动比为1:2、1:1 及2:1。在不同的传动比之下，拖拉机动力输出轴可对被动双链轮减速、恒速、增速传递，满足取土整形装置不同工作要求。
取土整形装置由取土铲、拢土圆盘、输土机构、导土槽及整形轮等组成。在齿轮箱后机架下方的两侧对称设有2 个拢土圆盘，每个拢土圆盘均通过U 型卡连接在机架上;在2 个拢土圆盘中间位置设有1 个取土铲;输土机构倾斜设置，其底端与取土铲相对应，上端对应设有1 个导土槽;在导土槽下方设有整形轮。输土机构由上输土辊、下输土辊、上输土轴、下输土轴、输土皮带、输土板及挡土板等组成。其中，上输土轴和下输土轴通过轴承安装在机架上，被动双链轮安装在上输土辊的一侧并通过顶丝与上输土轴相连;下输土辊通过顶丝与下输土轴相连;输土板通过皮带螺栓固定在输土皮带上，输土皮带绕过上输土辊和下输土辊，在输土皮带左、右两侧各安装一个挡土板。
输土机构的作用:将取土铲铲起的土壤输送至后方，经导土槽用于地膜中间覆土，确保地膜下的薯种被土壤完全覆盖。作业时，拖拉机的行走速度为2 ～ 3km/h，取最大行走速度3km/h，则地膜中间覆土的最大需求量为0. 1 + 0. 232 × 0. 06 × 360 × 103 = 0. 495m3 /min即地膜中间覆土的最大需求量约为0. 495m3 /min。为了满足地膜中间覆土的最大需求量，对输土皮带的最小转速n 进行计算，最小转速n 为B・h・π・d・n・η ≥0. 495m3 /min式中B ―输土板宽度(m);h―输土板高度(m);d―上输土辊直径(m);n―输土皮带转速(r /min);η ―输送效率。输土板宽度B = 0. 15m、高度h = 0. 05m，上输土辊直径d = 0. 08m，输送效率η = 0. 75。带入数据，可求得n ≥350r /min (即输土皮带的`最小转速为350r /min)，则被动双链轮的最小转速也为350r /min。铺膜装置由伸缩方管及地膜悬挂架等组成:伸缩方管铰接在机架上，可拆卸;地膜悬挂架的宽度可调节，调节范围为130 ～ 170cm。
压膜装置由压膜辊和压膜轮等组成:左、右压膜辊将地膜拉展以确保铺膜和压膜质量;中间压膜轮将地膜压紧的同时扎渗水孔。
覆土装置由覆土安装座、覆土限位杆及覆土圆盘等组成，用于地膜两侧膜边覆土，确保地膜下的薯种被土壤完全覆盖。通过覆土限位杆对覆土量大小进行调节，通过调节两覆土圆盘的距离及角度确保覆土效果。
经机具结构设计后，侧播机应实现:由拖拉机提供动力，施肥开沟器在整好的土地上开出两行相距60cm、距地面深14cm 的施肥沟，将肥料条播在施肥沟内;播种开沟器在每一行施肥沟左、右两侧的17cm 处分别开出距地面深8cm 的种沟，排种器将薯种按“品”字形点播在种沟内，株距27cm;拢土圆盘和取土铲对施肥沟、种沟覆土，1 行施肥沟及其左、右两侧的种沟形成1 个垄，一次形成2 个垄;一次形成的2 个垄之间形成小垄沟，小垄沟宽10cm;整形轮对垄面整形，每一垄的垄底宽50cm、垄高12cm，每一垄上的薯种分布在垄的两侧;一次成形的2 个垄与相邻一次成形的2个垄之间形成大垄沟，大垄沟宽30cm;铺膜装置将宽140cm 的地膜铺在一次成形的2 个垄上，膜中间用压膜轮压紧并扎渗水孔，同时取土整形装置从地膜前方取土覆盖;左、右压膜辊将地膜拉展，左、右覆土圆盘对地膜两边覆土。
3 主要技术参数
配套动力/ kW: ≥26. 1
配套形式:后悬挂
施肥行数/ 行: 2
施肥行距/ cm: 60
施肥深度/ cm: 14 ～ 19(有级可调)
播种行数/ 行: 4
播种行距/ cm: 34
播种株距/ cm: 22 ～ 32(有级可调)
播种深度/ cm: 8 ～ 13 有级可调)
开沟器形式: 船形铲式
排种器形式: 带勺式
作业速度/ km・h - 1 : 2 ～ 3
设计生产率/ km・h - 1 : 0. 28 ～ 0. 42
外形尺寸(长× 宽× 高) /mm: 2 820 ×1 500 ×1 600
4 试验及其分析
4. 1 空载转速试验
4. 1. 1 试验条件
空载转速试验在内蒙古农业大学机械厂生产车间内进行。试验设备及工具有: 拖拉机( 东方红-200P，动力输出轴额定转速540r /min)，旱作马铃薯微垄覆膜侧播机，光电式转速表(DT - 2234B，量程5 ～999. 9r /min，精度0. 1r /min)。
4. 1. 2 试验结果与分析
旱作马铃薯微垄覆膜侧播机的空载转速试验结果。空载转速试验表明:由拖拉机动力输出轴到被动双链轮的传动平稳，无卡滞现象。当主动双链轮与被动双链轮的齿数比为1:2、拖拉机动力输出轴对被动双链轮减速传递时，被动双链轮所获得的转速小于其应获得的最小转速350r /min。此时，改变主动双链轮与被动双链轮的齿数比大于等于1. 6:1。也就是说，改变被动双链轮与拖拉机动力输出轴之间的传动比大于等于1. 6:1，就可以满足被动双链轮的最小转速。
4. 2 田间试验
4. 2. 1 试验条件
试验地处内蒙古呼和浩特市赛罕区白塔村，海拔1 040m，年均降水量400mm 左右，无霜期113 ～ 134d，土壤类型壤土。试验前先耙地，地块土壤上虚下实，虚土部分深约10cm。
4. 2. 2 试验材料
试验供试马铃薯品种为克新1 号，对薯种进行切块处理，薯块质量范围45 ～ 50g。试验地膜选用厚度为0. 008mm、宽度为140cm 的聚乙烯吹塑农用地膜。
4. 2. 3 试验设备
旱作马铃薯微垄覆膜侧播机;拖拉机( 约翰迪尔- 654，动力输出轴额定转速720r /min)等。
4. 2. 4 试验内容
1)不挂地膜、不装化肥和薯种情况下，行进观察:①施肥开沟器、播种开沟器处是否存在壅土;②取土整形装置工作效果，测量垄底宽、垄距、垄高、小垄沟宽、大垄沟宽等参数。
2)挂地膜、不装化肥和薯种情况下，行进观察: 地膜是否紧贴地表;膜上的覆土量是否充足。
3)挂地膜、装化肥和薯种情况下，行进测量如下参数:1 个垄上的施肥深度、播种深度;1 个垄上的播种行距;1 个垄上的播种株距。
4. 2. 5 试验小结
1)施肥开沟器处不存在壅土，中间两行播种开沟器处存在壅土。其原因是中间两行播种开沟器的距离过近。
2)取土整形装置所整形的一幅两垄达到设计要求，且地膜能够紧贴地面，地膜两边覆土量充足，问题是地膜中间覆土量有所欠缺。
3)施肥深度、播种深度、播种行距及播种株距可以进行适当调节，达到设计要求。
5 结论与建议
1)所设计旱作马铃薯微垄覆膜侧播机能够一次性完成开沟施肥、开沟播种、取土起垄、铺膜覆土等多道工序。
2)施肥深度可以在14 ～ 19cm 范围内有级可调，播种深度可以在8 ～ 13cm 范围内有级可调，播种株距可以在22 ～ 32cm 范围内有级可调。
3 ) 取土整形装置所整形后一幅两垄，垄底宽50cm，垄距60cm，垄高12cm，小垄沟宽10cm，大垄沟宽30cm，与设计参数一致。
4)针对中间两行播种开沟器处存在壅土现象，建议将中间两行播种开沟器错位布置;针对地膜中间覆土量有所欠缺的问题，建议改进取土整形装置。
探索料浆涂覆机控制面板的设计与操作论文（通用2篇）
