食用菌液體菌種自動接種機控制系統(tǒng)設(shè)計

食用菌液體菌種自動接種機控制系統(tǒng)設(shè)計韓服善;王建勝【摘要】Theautomatedinoculationmachinemushroomliquidspawnprocesswasanalyzedfromthemachinebodystructureandprocessaspects,discussesindetailthemushroomliquidspawnautomaticallyinoculatedmachinedesign.PLCcontrolsystemtothecoredevices,combinedwiththefrequencycontroltechnologytoachieveautomaticcontrolofthemachine,givensomeofthepartsofthestructurediagram,PLCcontrolhardwarewiringdistributionrelations,andcontrolsoftwareforanalysis.%對食用菌液體菌種自動接種機工藝過程進行了分析，從機械本體結(jié)構(gòu)和工藝過程兩個方面，詳細論述了食用菌液體菌種自動接種機的設(shè)計方法.控制系統(tǒng)以可編程序控制器為核心器件,結(jié)合變頻調(diào)速技術(shù)實現(xiàn)整機的自動控制，給出了部分部件結(jié)構(gòu)簡圖,PLC控制硬件接線分配關(guān)系，并對控制軟件設(shè)計進行分析.【期刊名稱】《包裝與食品機械》【年(卷)，期】2012(030)001【總頁數(shù)】4頁(P37-40)【關(guān)鍵詞】液體接種機;機械結(jié)構(gòu);可編程序控制器【作者】韓服善;王建勝【作者單位】淮海工學(xué)院工程訓(xùn)練中心，江蘇連云港222005;中國礦業(yè)大學(xué)機電學(xué)院，江蘇徐州221008【正文語種】中文【中圖分類】TS255.350引言我國食用菌生產(chǎn)仍以家庭作坊式手工生產(chǎn)為主，先進的生產(chǎn)工藝未得到推廣應(yīng)用，標準化生產(chǎn)匱乏，產(chǎn)量低、質(zhì)量差、季節(jié)性強，難以適應(yīng)大市場、大流通的要求。因此，食用菌工廠化生產(chǎn)是我國食用菌產(chǎn)業(yè)發(fā)展壯大的必由之路，我國的食用菌產(chǎn)業(yè)急需先進的工廠化生產(chǎn)模式。以往，在食用菌生產(chǎn)過程中通常采用固體菌種接種方法，即在培養(yǎng)基殺菌處理后，向其充填固狀顆粒狀菌種，各工序在切換時消耗時間較長，所充填的菌種大小不均勻，特別是菌種的充填量低于設(shè)定量時，菌種的菌絲在栽培容器內(nèi)難以繁殖，培養(yǎng)所需時間也相應(yīng)增加。在菌種接種時，所需工序時間長，栽培容器外部環(huán)境的浮游雜菌容易侵入，不利于菌絲良性繁殖。因此，為了解決固體菌種接種技術(shù)存在的問題，我們開發(fā)的液體菌種自動接種機，在提高接種操作效率的同時，供給栽培容器的菌種供給量可以保證定量穩(wěn)定的菌種的充填。液體菌種具有純度高、活力強、繁殖力快的特點，接入到培養(yǎng)基內(nèi)具有流動性好、萌發(fā)快、發(fā)菌質(zhì)量高、出菇周期短的特點，有著固體菌種不可比擬的優(yōu)越性，是當今食用菌行業(yè)研究應(yīng)用的重點。1總體設(shè)計方案食用菌液體菌種自動接種機的總體目標是:可實現(xiàn)從自動運輸一定位一啟蓋一壓腳T噴射的連續(xù)循環(huán)作業(yè)，單位產(chǎn)能＞7000瓶/h,16瓶/筐/次接種，接種量可調(diào)，接種量誤差小，菌絲的萌發(fā)快，均勻一致性好，機器操作方便安全，可最大程度減少污染發(fā)生，真正實現(xiàn)自動、高效、安全與環(huán)保的食用菌工廠化生產(chǎn)。2食用菌液體菌種自動接種機的設(shè)計如圖1所示整機由輸送輥道、壓瓶機構(gòu)、壓瓶驅(qū)動機構(gòu)、電纜拖動裝置、機架、啟蓋機構(gòu)、壓蓋機構(gòu)、接種管路裝置、接種管路驅(qū)動機構(gòu)、電器箱等部分組成[1]。圖1食用菌液體菌種自動接種機結(jié)構(gòu)簡圖1-機架2-電纜拖動裝置3-啟蓋機構(gòu)4-壓瓶驅(qū)動機構(gòu)5-壓瓶機構(gòu)6-輸送輥道7-壓蓋機構(gòu)8-接種管路裝置9-接種管路驅(qū)動機構(gòu)10-電器箱2.1啟蓋壓瓶驅(qū)動機構(gòu)設(shè)計啟蓋壓瓶驅(qū)動機構(gòu)由驅(qū)動電機、主動鏈輪、凸輪、凸輪軸、連桿軸、凸輪軸大鏈輪等組成，其中凸輪安裝在凸輪軸上，連桿軸與凸輪相連并與凸輪軸平行，升降擺桿與凸輪軸相連，連桿與連桿軸相連，在凸輪軸上還設(shè)有光電開關(guān)擋板，在凸輪軸的軸承套上設(shè)有光電開關(guān)支板和光電開關(guān)。升降擺桿與連桿在凸輪機構(gòu)的作用下實現(xiàn)往復(fù)運動。2.2壓瓶機構(gòu)設(shè)計壓瓶機構(gòu)由壓瓶支架、導(dǎo)向桿、壓腳、導(dǎo)向軸、兩對關(guān)節(jié)軸承、彈簧機構(gòu)、壓蓋機構(gòu)導(dǎo)向桿等組成，壓瓶支架由連接板、壓瓶前后橫梁、前后框架固定板等構(gòu)成。連桿的上部與壓瓶支架連接，連桿的下端連接在啟蓋壓瓶驅(qū)動機構(gòu)上，通過連桿的上下往復(fù)運動，帶動壓腳進行壓瓶動作，彈簧機構(gòu)實現(xiàn)向上復(fù)位動作。2.3啟蓋機構(gòu)設(shè)計啟蓋機構(gòu)是由提腳支架、啟蓋連接板、提腳、頂腳通道、啟蓋上連接板、導(dǎo)向桿、升降擺桿與法蘭直線軸承等組成，升降擺桿的上部與提腳支架連接，升降擺桿的下端連接在啟蓋壓瓶驅(qū)動機構(gòu)上，通過升降擺桿的上下往復(fù)運動，帶動提腳進行啟蓋動作。2.4壓蓋機構(gòu)設(shè)計壓蓋機構(gòu)是由壓蓋框架、壓蓋頂腳、頂腳定位板等組成，壓蓋框架上固定壓蓋頂腳，壓蓋頂腳通過頂腳通道伸至提腳支架的下方，壓蓋機構(gòu)由啟蓋機構(gòu)支撐和導(dǎo)向桿導(dǎo)向，且與啟蓋機構(gòu)運動相協(xié)調(diào)，由壓蓋頂腳進行壓蓋動作。2.5接種管路驅(qū)動機構(gòu)設(shè)計如圖2所示，接種管路驅(qū)動機構(gòu)是由驅(qū)動電機(0.14kW)、主動鏈輪和主動軸、傳動鏈輪、張緊鏈輪、鏈條、接種小車和直線軸等組成。驅(qū)動電機驅(qū)動主動鏈輪、傳動鏈輪運動，在傳動鏈輪和張緊鏈輪作用下，鏈條向前直線運動，接種小車在鏈條的拉動下在直線軸上以一定的速度往復(fù)運動。驅(qū)動電機為變頻調(diào)速，接種小車的速度連續(xù)可調(diào)，適應(yīng)不同的生產(chǎn)效率和工作節(jié)拍要求。圖2接種管路驅(qū)動機構(gòu)圖1-驅(qū)動電機2-鏈條3-傳動鏈輪4-主動鏈輪和主動軸5-接種小車6-直線軸7-張緊鏈輪2.6接種管路裝置設(shè)計接種管路裝置由16個電磁閥、管路支座、噴嘴、接種管、分配器等組成，接種管路裝置固定在接種小車上，接種小車在接種驅(qū)動機構(gòu)的驅(qū)動下帶動接種管路裝置在機架上前后行走。3控制系統(tǒng)設(shè)計3.1液體自動接種控制流程工作原理液體接種控制系統(tǒng)工作流程與原理如圖3所示，先啟動工作程序，輸送輥道運行，瓶筐被送到接種位置時，光電感應(yīng)開關(guān)得到信號，壓瓶機構(gòu)將瓶壓住，同時壓蓋機構(gòu)的頂腳壓在瓶蓋上，隨后啟蓋機構(gòu)將瓶蓋拔起，接近開關(guān)得到信號，接種管路驅(qū)動機構(gòu)移動，將接種管路裝置送到接種位置，發(fā)出電信號，使16個電磁閥同時通電，噴嘴噴出定量的菌種。然后，接種管路驅(qū)動機構(gòu)返回，發(fā)出信號，啟蓋機構(gòu)復(fù)位，在復(fù)位過程，等瓶蓋蓋到瓶口上，壓瓶機構(gòu)復(fù)位松開瓶子后，發(fā)出信號允許輸送輥道運轉(zhuǎn)，將瓶筐送出，由此構(gòu)成往復(fù)循環(huán)。3.2控制系統(tǒng)設(shè)計液體自動接種控制系統(tǒng)采用以O(shè)MRONPLC為控制核心，以光電開關(guān)、接近開關(guān)等為輸入單元，以鏈條輸送電機、電磁閥為輸出單元的自動化控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)既可以實現(xiàn)各工作機構(gòu)單獨控制運行，以適應(yīng)設(shè)備調(diào)試、檢驗與故障診斷工作需要，也可以對各工作機構(gòu)進行順序集成控制，以進行連續(xù)節(jié)拍化高效率生產(chǎn)?？刂葡到y(tǒng)具有操作簡單、屏幕顯示、智能化操作及智能故障自示、自我診斷技術(shù)，另外，還有安全可靠的人機安全保護措施，一旦發(fā)生故障，故障部位會自動顯示在觸摸屏上。圖3液體自動接種控制流程框圖3.2.1電氣控制部分主電路中主電機采用三相異步電動機，其主要特點是體積小，具有較高的啟動和運行頻率，有較高的有效功率輸出。主電機參數(shù)如下:0.4kW、380V2A/50Hz;啟蓋電機0.14kW;驅(qū)動電機0.14kW。電路中接松下VFO變頻器，為變頻調(diào)速，能適應(yīng)不同的生產(chǎn)效率和工作節(jié)拍要求［2］。3.2.2可編程控制器的選擇根據(jù)系統(tǒng)輸入、輸出信號的性質(zhì)和數(shù)量以及對系統(tǒng)順序控制的要求，預(yù)留一些保留拓展用的1/0,選用OMRONCPM2A-40CDR，主機無需加任何其它模擬量輸入模塊的配置，共有24點輸入，16點輸出，可以滿足系統(tǒng)輸入、輸出信號數(shù)量的要求，1/。地址分配見表1。表1I/O地址分配表輸入功能輸出功能00(SB1)啟動1000故障報警玲01(SB2)停止1001驅(qū)動正快速02啟蓋上限開關(guān)1002驅(qū)動正慢速03啟蓋下限開關(guān)1003驅(qū)動反快速04驅(qū)動上限開關(guān)1004驅(qū)動正慢速05驅(qū)動緩沖上限開關(guān)1005鏈條輸送電機1號06驅(qū)動下限開關(guān)1006鏈條輸送電機2號07驅(qū)動緩沖下限開關(guān)1007電機啟動正轉(zhuǎn)08光電開關(guān)11100電機啟動反轉(zhuǎn)09光電開關(guān)21101噴嘴電磁閥110熱繼電器觸點1102噴嘴電磁閥211變頻器報警觸點1103變頻器運行100變頻器運行信號101急停開關(guān)3.2.3軟件設(shè)計根據(jù)液體自動接種控制流程，設(shè)計PLC控制梯形圖，設(shè)備具有故障自動報警保護功能，可實現(xiàn)人機對話，在操作屏上顯示故障情況，安全性能好，各機構(gòu)相互獨立設(shè)計，便于拆卸、維護與保養(yǎng)。成功的通過了模擬調(diào)試和聯(lián)機調(diào)試，其功能基本達到要求。整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性較好，獲得比較滿意的效果。4結(jié)束語系統(tǒng)運用機械、電子一體化的設(shè)計方法，采用可靠性高的可編程控制器，結(jié)合生產(chǎn)企業(yè)的現(xiàn)有生產(chǎn)條件，設(shè)計的液體菌種自動接種機廣泛適用于各種生產(chǎn)規(guī)模，適合于個人和單位生產(chǎn)，通過技術(shù)培訓(xùn)和產(chǎn)業(yè)扶持帶動農(nóng)戶參與食用菌