2.2工作原理

进行液压传动系统和电气控制系统设计之前，首先要对木片压缩机的工作原理进行分析，其工作原理描述如下。

按下启动按钮，驱动电机、液压泵和输送装置均启动，输送装置将自然堆积的木片输送到料仓内，料仓内安装有重量传感器，当达到设定值时，输送装置停止工作，推移液压缸和横向推板将料仓内的木片送入压缩箱内，压缩装置开始不断加压，推移液压缸和横向推板返回，压头上设有压力传感器，当达到设定值时，压缩液压缸返回，出料装置将压缩成型的木片经出料口推出，出料装置返回，同时输送装置再一次启动，以此循环工作。当木片压缩完毕后，按下停止按钮，驱动电机、液压泵和输送装置均停止工作。

2  液压系统工作原理

2.1 液压系统

该液压系统由三位五通换向阀、溢流阀、过滤器、调速阀、电动机、油箱、液压泵、单向阀、截止阀、重力传感器、压力传感器、单向调速阀、压力表、液压缸组成，其液压原理图如图2所示[3]。

2.2 工作原理

液压系统的工作原理描述如下：

(1)按下启动按钮，电机启动，液压泵启动，输送装置启动，三位五通换向阀一中位工作，三位五通换向阀二中位工作，三位五通换向阀三中位工作。

(2)输送装置将自然堆积的木片经输送带送入料仓中，当料仓的木片重量达到预设值时，重力传感器得到信号，电磁铁2YA得电，三位五通换向阀一右位工作，推移液压缸和横向推板将木片推入压缩箱。

(3)当横向推板触碰行程开关二时，电磁铁1YA得电，三位五通换向阀一左位工作，推移液压缸和横向推板返回，同时电磁铁3YA得电，三位五通换向阀二左位工作，压缩液压缸开始不断地对木片加压。当压头上的压力传感器达到预定压力时，压力传感器得到信号，电磁铁4YA得电，三位五通换向阀二右位工作，压缩液压缸返回。

(4)当压缩液压缸触碰行程开关三时，电磁铁6YA得电，三位五通换向阀三右位工作，出料液压缸和纵向推板将压缩成型的木片推出。

(5)
当纵向推板触碰行程开关四时，电磁铁5YA得电，三位五通换向阀三左位工作，出料液压缸返回；同时，输送装置开始工作，不断地向料仓中输送木片，当触碰行程开关五时，出料液压缸停止工作。

(1)重复步骤(2)～(5)。

(2)当木片压缩完毕后，按下停止按钮，电机和液压泵停止工作。

2 PLC控制系统的软硬件设计

3.1 PLC选型

根据控制系统要求，从可靠性、经济性等方面考虑，选择西门子S7-200系列PLC作为基于PLC的木片压缩机系统的控制主机。此控制系统共有开关量：9个输入量，9个输出量；模拟量：2个输入量。在具体使用时可能会出现输入或输出量点数不足，所以应留出15%余量[4]。因此选择CPU224(14入10出)，还要加一台模拟量输入扩展模块EM231(4入)作为控制系统的主机，共有14个开关量输入，10个开关量输出，4个模拟量输入可供使用，能满足系统的使用要求。

3.2 I/O分配

根据控制系统所要求的输入量：5个行程开关，4个控制按钮，1个压力传感器，1个重力传感器；输出量：1个电动机、1个液压泵、1个输送装置、6个电磁铁。根据系统的控制功能要求，基于PLC的木片压缩机系统设计的I/O分配如表1所示。

表1  I/O分配表

3.3 PLC硬件接线图

根据输入量和输出量信号的特点以及系统的控制要求，绘制出基于PLC的木片压缩机系统的输入输出设备与PLC的接线图，如图3所示。

3.4 顺序功能图设计

根据PLC的硬件接线图以及液压系统的工况分析，采用功能图的编程方法，绘制顺序功能图如图4所示。

3.5 梯形图设计

顺序功能图进行梯形图编写时，由于顺序控制指令不支持双线圈输出，故在梯形图编写程序时SCR段先用中间继电器来表示其分段的输出，在程序的最后在进行合并输出处理[5]，如图5所示。

4  结束语

(1)进行了木片压缩机的机械结构设计。采用传动箱和输送带进行木片的运输，一方面，代替了人工操作，提高了系统的自动化程度，另一方面，避免了扬起的木片带来的空气污染，减轻了对人体的伤害。

(2)以液压系统作为传动系统。采用了液压缸作为压缩木片设备的动力源，使压缩工作更加平稳可靠；采用了压力传感器来代替传统的压力继电器，增加了木片的压实度，系统反应更加灵敏。

(3)采用了PLC作为系统的控制核心。利用PLC来控制整个系统的运行状态，不仅可以节省人力成本，而且使木片压缩机系统运行更加平稳准确，自动化程度更高，提高了木片压缩机的运输效率，节省了木片的生产成本，具有广阔的应用前景。

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参考文献

[1] 朱紫君. 基于PLC的木片气化控制系统的研究[D].南京林业大学,2013.

[2] 王鸿云. 木片压缩打包机设计及木片压缩应力松驰研究[D].东北林业大学,2003.

[3] 符林芳, 高利平. 液压与气压传动技术[M]. 北京理工大学出版社, 2016.

[4] 黄志坚， 黄新辉. 液压与气动控制PLC应用案例[M]. B北京：化学工业出版社, 2015.

[5] 王永华. 现代电气控制及PLC应用技术.第3版[M].北京：北京航空航天大学出版社, 2013.

作者简介：

 

郭唤唤 （1990-） 女 工学学士 研究生在读 研究方向：机电液一体化及智能控制技术方向