食用菌液體菌種自動(dòng)接種機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

食用菌液體菌種自動(dòng)接種機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)韓服善;王建勝【摘要】Theautomatedinoculationmachinemushroomliquidspawnprocesswasanalyzedfromthemachinebodystructureandprocessaspects,discussesindetailthemushroomliquidspawnautomaticallyinoculatedmachinedesign.PLCcontrolsystemtothecoredevices,combinedwiththefrequencycontroltechnologytoachieveautomaticcontrolofthemachine,givensomeofthepartsofthestructurediagram,PLCcontrolhardwarewiringdistributionrelations,andcontrolsoftwareforanalysis.%對(duì)食用菌液體菌種自動(dòng)接種機(jī)工藝過程進(jìn)行了分析，從機(jī)械本體結(jié)構(gòu)和工藝過程兩個(gè)方面，詳細(xì)論述了食用菌液體菌種自動(dòng)接種機(jī)的設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)整機(jī)的自動(dòng)控制，給出了部分部件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖,PLC控制硬件接線分配關(guān)系，并對(duì)控制軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行分析.【期刊名稱】《包裝與食品機(jī)械》【年(卷)，期】2012(030)001【總頁(yè)數(shù)】4頁(yè)(P37-40)【關(guān)鍵詞】液體接種機(jī);機(jī)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(guó)礦業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院，江蘇徐州221008【正文語(yǔ)種】中文【中圖分類】TS255.350引言我國(guó)食用菌生產(chǎn)仍以家庭作坊式手工生產(chǎn)為主，先進(jìn)的生產(chǎn)工藝未得到推廣應(yīng)用，標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)匱乏，產(chǎn)量低、質(zhì)量差、季節(jié)性強(qiáng)，難以適應(yīng)大市場(chǎng)、大流通的要求。因此，食用菌工廠化生產(chǎn)是我國(guó)食用菌產(chǎn)業(yè)發(fā)展壯大的必由之路，我國(guó)的食用菌產(chǎn)業(yè)急需先進(jìn)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(shí)消耗時(shí)間較長(zhǎng)，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(shí)，菌種的菌絲在栽培容器內(nèi)難以繁殖，培養(yǎng)所需時(shí)間也相應(yīng)增加。在菌種接種時(shí)，所需工序時(shí)間長(zhǎng)，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(dòng)接種機(jī)，在提高接種操作效率的同時(shí)，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(qiáng)、繁殖力快的特點(diǎn)，接入到培養(yǎng)基內(nèi)具有流動(dòng)性好、萌發(fā)快、發(fā)菌質(zhì)量高、出菇周期短的特點(diǎn)，有著固體菌種不可比擬的優(yōu)越性，是當(dāng)今食用菌行業(yè)研究應(yīng)用的重點(diǎn)。1總體設(shè)計(jì)方案食用菌液體菌種自動(dòng)接種機(jī)的總體目標(biāo)是:可實(shí)現(xiàn)從自動(dòng)運(yùn)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(jī)器操作方便安全，可最大程度減少污染發(fā)生，真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、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(dòng)接種機(jī)的設(shè)計(jì)如圖1所示整機(jī)由輸送輥道、壓瓶機(jī)構(gòu)、壓瓶驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、電纜拖動(dòng)裝置、機(jī)架、啟蓋機(jī)構(gòu)、壓蓋機(jī)構(gòu)、接種管路裝置、接種管路驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、電器箱等部分組成[1]。圖1食用菌液體菌種自動(dòng)接種機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1-機(jī)架2-電纜拖動(dòng)裝置3-啟蓋機(jī)構(gòu)4-壓瓶驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5-壓瓶機(jī)構(gòu)6-輸送輥道7-壓蓋機(jī)構(gòu)8-接種管路裝置9-接種管路驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)10-電器箱2.1啟蓋壓瓶驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)啟蓋壓瓶驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、主動(dòng)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(jī)構(gòu)的作用下實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。2.2壓瓶機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)壓瓶機(jī)構(gòu)由壓瓶支架、導(dǎo)向桿、壓腳、導(dǎo)向軸、兩對(duì)關(guān)節(jié)軸承、彈簧機(jī)構(gòu)、壓蓋機(jī)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(dòng)機(jī)構(gòu)上，通過連桿的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)壓腳進(jìn)行壓瓶動(dòng)作，彈簧機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)向上復(fù)位動(dòng)作。2.3啟蓋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)啟蓋機(jī)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(dòng)機(jī)構(gòu)上，通過升降擺桿的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)提腳進(jìn)行啟蓋動(dòng)作。2.4壓蓋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)壓蓋機(jī)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(jī)構(gòu)由啟蓋機(jī)構(gòu)支撐和導(dǎo)向桿導(dǎo)向，且與啟蓋機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)相協(xié)調(diào)，由壓蓋頂腳進(jìn)行壓蓋動(dòng)作。2.5接種管路驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示，接種管路驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是由驅(qū)動(dòng)電機(jī)(0.14kW)、主動(dòng)鏈輪和主動(dòng)軸、傳動(dòng)鏈輪、張緊鏈輪、鏈條、接種小車和直線軸等組成。驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)鏈輪、傳動(dòng)鏈輪運(yùn)動(dòng)，在傳動(dòng)鏈輪和張緊鏈輪作用下，鏈條向前直線運(yùn)動(dòng)，接種小車在鏈條的拉動(dòng)下在直線軸上以一定的速度往復(fù)運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(dòng)機(jī)構(gòu)圖1-驅(qū)動(dòng)電機(jī)2-鏈條3-傳動(dòng)鏈輪4-主動(dòng)鏈輪和主動(dòng)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(jì)接種管路裝置由16個(gè)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(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)接種管路裝置在機(jī)架上前后行走。3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1液體自動(dòng)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(dòng)工作程序，輸送輥道運(yùn)行，瓶筐被送到接種位置時(shí)，光電感應(yīng)開關(guān)得到信號(hào)，壓瓶機(jī)構(gòu)將瓶壓住，同時(shí)壓蓋機(jī)構(gòu)的頂腳壓在瓶蓋上，隨后啟蓋機(jī)構(gòu)將瓶蓋拔起，接近開關(guān)得到信號(hào)，接種管路驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)移動(dòng)，將接種管路裝置送到接種位置，發(fā)出電信號(hào)，使16個(gè)電磁閥同時(shí)通電，噴嘴噴出定量的菌種。然后，接種管路驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)返回，發(fā)出信號(hào)，啟蓋機(jī)構(gòu)復(fù)位，在復(fù)位過程，等瓶蓋蓋到瓶口上，壓瓶機(jī)構(gòu)復(fù)位松開瓶子后，發(fā)出信號(hào)允許輸送輥道運(yùn)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(jì)液體自動(dòng)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(jī)、電磁閥為輸出單元的自動(dòng)化控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)既可以實(shí)現(xiàn)各工作機(jī)構(gòu)單獨(dú)控制運(yùn)行，以適應(yīng)設(shè)備調(diào)試、檢驗(yàn)與故障診斷工作需要，也可以對(duì)各工作機(jī)構(gòu)進(jìn)行順序集成控制，以進(jìn)行連續(xù)節(jié)拍化高效率生產(chǎn)。控制系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)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(jī)安全保護(hù)措施，一旦發(fā)生故障，故障部位會(huì)自動(dòng)顯示在觸摸屏上。圖3液體自動(dòng)接種控制流程框圖3.2.1電氣控制部分主電路中主電機(jī)采用三相異步電動(dòng)機(jī)，其主要特點(diǎn)是體積小，具有較高的啟動(dòng)和運(yùn)行頻率，有較高的有效功率輸出。主電機(jī)參數(shù)如下:0.4kW、380V2A/50Hz;啟蓋電機(jī)0.14kW;驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(hào)的性質(zhì)和數(shù)量以及對(duì)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(jī)無需加任何其它模擬量輸入模塊的配置，共有24點(diǎn)輸入，16點(diǎn)輸出，可以滿足系統(tǒng)輸入、輸出信號(hào)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(dòng)1000故障報(bào)警玲01(SB2)停止1001驅(qū)動(dòng)正快速02啟蓋上限開關(guān)1002驅(qū)動(dòng)正慢速03啟蓋下限開關(guān)1003驅(qū)動(dòng)反快速04驅(qū)動(dòng)上限開關(guān)1004驅(qū)動(dòng)正慢速05驅(qū)動(dòng)緩沖上限開關(guān)1005鏈條輸送電機(jī)1號(hào)06驅(qū)動(dòng)下限開關(guān)1006鏈條輸送電機(jī)2號(hào)07驅(qū)動(dòng)緩沖下限開關(guān)1007電機(jī)啟動(dòng)正轉(zhuǎn)08光電開關(guān)11100電機(jī)啟動(dòng)反轉(zhuǎn)09光電開關(guān)21101噴嘴電磁閥110熱繼電器觸點(diǎn)1102噴嘴電磁閥211變頻器報(bào)警觸點(diǎn)1103變頻器運(yùn)行100變頻器運(yùn)行信號(hào)101急停開關(guān)3.2.3軟件設(shè)計(jì)根據(jù)液體自動(dòng)接種控制流程，設(shè)計(jì)PLC控制梯形圖，設(shè)備具有故障自動(dòng)報(bào)警保護(hù)功能，可實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，在操作屏上顯示故障情況，安全性能好，各機(jī)構(gòu)相互獨(dú)立設(shè)計(jì)，便于拆卸、維護(hù)與保養(yǎng)。成功的通過了模擬調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試，其功能基本達(dá)到要求。整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性較好，獲得比較滿意的效果。4結(jié)束語(yǔ)系統(tǒng)運(yùn)用機(jī)械、電子一體化的設(shè)計(jì)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(jì)的液體菌種自動(dòng)接種機(jī)廣泛適用于各種生產(chǎn)規(guī)模，適合于個(gè)人和單位生產(chǎn)，通過技術(shù)培訓(xùn)和產(chǎn)業(yè)扶持帶動(dòng)農(nóng)戶參與食用菌