一種果園作業(yè)平臺(tái)的plc控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種果園作業(yè)平臺(tái)的PLC控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的PLC控制器內(nèi)部存儲(chǔ)有自定義控制邏輯程序，本地控制面板與PLC控制器相連用于實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行監(jiān)控和本地操控，無線遙控終端通過信號(hào)發(fā)射裝置和無線接收模塊與PLC控制器相連用于實(shí)現(xiàn)對(duì)于果園作業(yè)平臺(tái)的遠(yuǎn)程無線遙控操作；傳感器與PLC控制器相連用于檢測(cè)左右履帶行駛的速度和升降油缸的位置，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)；電磁閥與PLC控制器連接用于控制左右驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速和油缸的升降；報(bào)警系統(tǒng)與PLC控制器相連用于對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行檢測(cè)判斷，進(jìn)行報(bào)警。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)果園作業(yè)平臺(tái)的電子控制，改變了傳統(tǒng)的機(jī)械操作，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提升了工作效率，增強(qiáng)了操作安全性。
【專利說明】—種果園作業(yè)平臺(tái)的PLC控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種果園作業(yè)平臺(tái)的PLC控制系統(tǒng)，屬于農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化控制【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]果園作業(yè)由于其特殊的作業(yè)環(huán)境和作業(yè)要求，很多作業(yè)環(huán)節(jié)要求作業(yè)者需要頻繁升高至一定的高度進(jìn)行作業(yè)，例如疏花、疏果、剪枝和果品的采摘等。疏花、疏果、剪枝和果品的采摘是果園日常管理作業(yè)中很重要的環(huán)節(jié)，而且對(duì)于農(nóng)時(shí)、農(nóng)藝要求較嚴(yán)格。實(shí)際生產(chǎn)中，果農(nóng)多采用安裝移動(dòng)梯架的方式輔助作業(yè)，但此方式不僅存在安全隱患，而且作業(yè)效率也較低。針對(duì)上述問題，近些年國內(nèi)外研發(fā)了一些果園升降設(shè)備，但多屬于獨(dú)立牽引式移動(dòng)升降平臺(tái)，采用機(jī)械傳動(dòng)，需要額外動(dòng)力牽引，在果園中通過性能并不好，控制系統(tǒng)為手動(dòng)操縱，安全性能不能保障，作業(yè)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大。
[0003]為此本項(xiàng)目組設(shè)計(jì)了一種針對(duì)果園管理作業(yè)的全新作業(yè)平臺(tái)，它包括發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)、履帶式底盤、液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、剪叉式升降工作臺(tái)、減速器機(jī)構(gòu)和電源部分。所述發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)是整個(gè)果園作業(yè)平臺(tái)的行走及工作動(dòng)力來源；所述履帶式底盤包括左右液壓驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、底盤支撐機(jī)架和行走履帶總成；所述液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括變量泵、液壓閥組、左右驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、升降油缸和散熱器；所述剪叉式升降工作臺(tái)用于支撐作業(yè)者和果品等物品；所述減速器機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)將發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳遞給變量泵，起到傳遞動(dòng)力和減速增扭的作用；所述電源部分包括發(fā)電機(jī)和蓄電池組，是果園作業(yè)平臺(tái)的電力供應(yīng)來源。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)對(duì)上述果園作業(yè)平臺(tái)的控制，同時(shí)設(shè)計(jì)一套果園作業(yè)平臺(tái)的PLC控制系統(tǒng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提出了一種果園作業(yè)平臺(tái)的PLC控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行可靠，操作靈活、方便，提高了果園作業(yè)平臺(tái)的作業(yè)安全性、可操作性和工作效率。
[0006]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0007]一種果園作業(yè)平臺(tái)的PLC控制系統(tǒng)包括PLC控制器、本地控制面板、無線遙控終端、傳感器、電磁閥組、報(bào)警系統(tǒng)和電源模塊。具體而言，PLC控制器內(nèi)部存儲(chǔ)有自定義控制邏輯程序；本地控制面板與PLC控制器相連用于實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行監(jiān)控和本地操控；無線遙控終端通過信號(hào)發(fā)射裝置和無線接收模塊與PLC控制器相連用于實(shí)現(xiàn)對(duì)于果園作業(yè)平臺(tái)的無線遙控操作；傳感器與PLC控制器相連用于檢測(cè)左右履帶行駛的速度和升降油缸的位置以及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)；電磁閥組與PLC控制器連接用于控制左右驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速和液壓油缸的升降；報(bào)警系統(tǒng)與PLC控制器相連用于對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行檢測(cè)判斷，進(jìn)行報(bào)警；電源模塊與PLC控制器相連負(fù)責(zé)給PLC提供直流24V電源。
[0008]系統(tǒng)采用高性能PLC為核心，采用本地操控和無線控制兩種方式實(shí)現(xiàn)對(duì)果園作業(yè)平臺(tái)的行駛、轉(zhuǎn)向以及平臺(tái)升降的控制。PLC的主要功能是采集傳感器傳來的信號(hào)，包括左右履帶速度信號(hào)、油缸位置信號(hào)，接收面向用戶的控制指令并通過PLC控制器內(nèi)預(yù)先編制好的程序，執(zhí)行其邏輯運(yùn)算、順序控制、算數(shù)操作輸出PWM信號(hào)，控制電液比例閥的開度以及電磁換向閥開關(guān)量，實(shí)現(xiàn)果園作業(yè)平臺(tái)的行駛和轉(zhuǎn)向以及工作臺(tái)的升降。
[0009]所述本地控制面板，是人機(jī)交互的一種便捷方式，本地控制面板上設(shè)置有轉(zhuǎn)向旋鈕、速度旋鈕、前進(jìn)/后退按鈕開關(guān)、油缸升降按鈕開關(guān)和急停開關(guān)，用于工作過程中的實(shí)時(shí)控制，包括左右履帶的速度控制，前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向以及工作臺(tái)的升降控制。
[0010]所述無線遙控終端，是人機(jī)交互的另一種更為便捷的方式，無線遙控終端上設(shè)置有速度增減按鍵和模式切換按鍵以及急停開關(guān)，通過信號(hào)發(fā)射裝置和無線接收模塊與PLC控制器相連，完成對(duì)于工作臺(tái)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)操作。
[0011]所述電磁閥組包括變量泵比例閥、左馬達(dá)電液比例閥、右馬達(dá)電液比例閥、左馬達(dá)正反轉(zhuǎn)換向閥、右馬達(dá)正反轉(zhuǎn)換向閥、卸荷閥、油缸升降換向閥和油缸升降比例閥，作為整個(gè)PLC控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)接收來自PLC控制器的控制信號(hào)，通過電磁閥組開閉實(shí)現(xiàn)對(duì)于果園作業(yè)平臺(tái)的控制。
[0012]所述報(bào)警系統(tǒng)配備報(bào)警燈和報(bào)警蜂鳴器與PLC控制器相連，聲光報(bào)警系統(tǒng)不同指示燈表示系統(tǒng)的不同工作狀態(tài)，可以及時(shí)提醒工作人員盡快采取相應(yīng)措施，從而避免或減少危害帶來的損失，提高安全性能。
[0013]本發(fā)明通過PLC實(shí)現(xiàn)了對(duì)果園作業(yè)平臺(tái)的本地和遠(yuǎn)程無線控制。用戶通過本地控制面板或者無線遙控終端向PLC發(fā)出控制指令，PLC按要求調(diào)用子程序模塊，采集速度傳感器傳來的左右履帶速度信號(hào)和油缸位移傳感器傳來的油缸位置信號(hào)，通過邏輯運(yùn)算、順序控制、算數(shù)操作輸出PWM信號(hào)，控制電磁閥組開閉，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)果園作業(yè)平臺(tái)前進(jìn)、后退、行駛速度、轉(zhuǎn)向以及工作臺(tái)的控制。
[0014]PLC程序模塊包括主程序模塊、初始化模塊、傳感器控制模塊、無線遙控控制模塊、油缸升降控制模塊、履帶速度控制模塊、變量泵控制模塊、故障診斷模塊、卸荷控制模塊和PID控制模塊。PLC程序設(shè)計(jì)采用結(jié)構(gòu)化語句(ST語言)，設(shè)置子程序模塊，使程序執(zhí)行效率更高，也便于對(duì)不同程序模塊進(jìn)行修改完善。所述的PLC控制程序主要完成系統(tǒng)參數(shù)初始化、傳感器的檢測(cè)數(shù)據(jù)的采集、旋鈕開關(guān)輸入信號(hào)的讀取以及對(duì)電磁閥組的輸出控制。
[0015]所述主程序模塊完成對(duì)各子程序功能模塊的調(diào)用及切換。
[0016]所述初始化模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)各種參數(shù)的初始化處理，包括一些電磁閥組、開關(guān)旋鈕的初始化處理，若各硬件初始化參數(shù)正常，則繼續(xù)運(yùn)行程序，否則調(diào)用故障診斷程序，報(bào)警急停。
[0017]所述傳感器控制模塊包括左右履帶速度檢測(cè)模塊和油缸位移檢測(cè)模塊。左右履帶速度檢測(cè)模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)左右履帶速度檢測(cè)處理，通過讀取速度傳感器的輸入值，根據(jù)公式轉(zhuǎn)換，計(jì)算出左右履帶的實(shí)際速度；油缸位移檢測(cè)模塊用于油缸升降控制模塊的信息輸入和故障診斷系統(tǒng)，用于檢測(cè)油缸的實(shí)際位置。
[0018]所述無線遙控控制模塊實(shí)現(xiàn)了通過無線遙控控制終端對(duì)于果園作業(yè)平臺(tái)的遠(yuǎn)程無線控制，無線控制范圍距離為10m，無線遙控控制模塊采用按鍵脈沖次數(shù)選擇控制模式，用于選定模擬量增減按鍵工作模式和模擬量增減，程序中設(shè)定增量值便于控制。
[0019]所述油缸升降控制模塊是控制系統(tǒng)的基本功能模塊，通過油缸升降狀態(tài)的檢測(cè)和準(zhǔn)確平穩(wěn)控制實(shí)現(xiàn)了工作臺(tái)的升降控制。通過采集油缸位移傳感器輸入，以及本地控制面板或者遠(yuǎn)程遙控終端所輸入的控制信息，調(diào)用PID控制模塊，計(jì)算輸出PWM信號(hào)，控制油缸升降比例閥和油缸升降換向閥來實(shí)現(xiàn)對(duì)工作臺(tái)升降速度、升降時(shí)間和升降位置的控制。根據(jù)作業(yè)要求，設(shè)定油缸的最大工作行程為6m，即工作的的最大升降高度為6m。
[0020]所述履帶速度控制模塊是控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)程序模塊，通過左右履帶的速度控制可以實(shí)現(xiàn)果園作業(yè)平臺(tái)的前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向以及行走速度的控制。程序通過對(duì)控制指令進(jìn)行判斷，若是轉(zhuǎn)向指令，讀取左右履帶速度傳感器采集的履帶實(shí)時(shí)速度和所要求轉(zhuǎn)向角度，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后調(diào)用PID控制模塊，輸出控制電信號(hào)給左右馬達(dá)電液比例閥，實(shí)現(xiàn)果園作業(yè)平臺(tái)按要求轉(zhuǎn)向控制；若是前進(jìn)、后退指令，程序根據(jù)控制指令輸入驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的前進(jìn)、后退電磁換向閥工作，對(duì)于前進(jìn)、后退速度的控制，需要根據(jù)左右履帶速度傳感器的實(shí)時(shí)速度輸入和控制指令速度要求調(diào)用PID控制模塊，經(jīng)過計(jì)算處理后輸出PWM信號(hào)給左右馬達(dá)電液比例閥以控制果園作業(yè)平臺(tái)按控制要求前進(jìn)、后退。
[0021]所述變量泵控制模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)變量泵流量輸出控制，當(dāng)系統(tǒng)有前進(jìn)、后退動(dòng)作和油缸升降動(dòng)作時(shí)，變量泵控制模塊控制變量泵的輸出量以滿足液壓系統(tǒng)對(duì)于流量的需求。
[0022]所述故障診斷模塊包括故障報(bào)警模塊和故障急停模塊，當(dāng)程序初始化過程中和程序運(yùn)行過程中，故障診斷模塊檢測(cè)到系統(tǒng)出現(xiàn)的異常時(shí)間超過限度或者各項(xiàng)指數(shù)異常超過安全范圍，就會(huì)啟動(dòng)故障報(bào)警模塊和故障急停模塊，待故障排除后，恢復(fù)正常工作。
[0023]所述卸荷控制模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)卸荷閥進(jìn)行按要求按需求控制，當(dāng)果園作業(yè)平臺(tái)前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向或者工作臺(tái)升降時(shí)，輸出控制信號(hào)使卸荷閥處于打開狀態(tài)，及時(shí)卸荷油液壓力，起到了回路控制作用，提高效率，保護(hù)變量泵。
[0024]所述PID控制模塊是控制系統(tǒng)核心計(jì)算模塊，以升降油缸控制為例，當(dāng)PLC接收到來自本地控制面板或者無線遙控終端對(duì)于油缸升高或下降位置的控制信號(hào)時(shí)，油缸位移傳感器輸入油缸位置信號(hào)，兩者比較，如果偏差超過一定范圍，啟動(dòng)PID算法，調(diào)節(jié)油缸電液比例閥開度，使偏差在該范圍內(nèi)，啟動(dòng)積分調(diào)節(jié)，直到偏差趨于為O ;當(dāng)初始偏差較大時(shí)，t匕例環(huán)節(jié)(P)調(diào)節(jié)起主要作用，縮短響應(yīng)時(shí)間；當(dāng)達(dá)到一定范圍時(shí)，積分環(huán)節(jié)(I)和微分環(huán)節(jié)(D)起主要作用，使油缸準(zhǔn)確、平穩(wěn)到達(dá)要求的位置。PID控制模塊與履帶控制模塊和升降油缸控制模塊相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)果園作業(yè)平臺(tái)的行走控制和工作臺(tái)的準(zhǔn)確、穩(wěn)定升降控制。
[0025]系統(tǒng)的工作流程如下:發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，打開控制箱開關(guān)，首先進(jìn)行設(shè)備初始化，如不正常，將會(huì)自動(dòng)報(bào)警，待故障解除后才能繼續(xù)工作；如設(shè)備正常，系統(tǒng)進(jìn)入初始化后往下運(yùn)行；設(shè)備將判斷果園作業(yè)平臺(tái)是本地控制工作方式還是無線遙控工作方式。在本地控制工作方式下，要首先檢查是否在急停狀態(tài)，若是，關(guān)閉急停旋鈕，開始果園作業(yè)平臺(tái)操作。PLC接收面向用戶本地控制面板旋鈕開關(guān)指令，并執(zhí)行預(yù)先編制好的程序，通過其邏輯運(yùn)算、順序控制、算數(shù)操作輸出PWM信號(hào)，控制電液比例閥的開度以及電磁換向閥開關(guān)量，來實(shí)現(xiàn)果園作業(yè)平臺(tái)的行駛和轉(zhuǎn)向以及工作臺(tái)的升降等操作。在遠(yuǎn)程遙控工作模式下，無線遙控終端通過信號(hào)發(fā)射裝置和無線接收模塊給PLC發(fā)送指令，進(jìn)而控制果園作業(yè)平臺(tái)的工作。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果。
[0027]該P(yáng)LC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)果園作業(yè)平臺(tái)的電子控制，改變了傳統(tǒng)的機(jī)械操作，不僅節(jié)省了人力，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，還增強(qiáng)了操作安全行，提升了工作效率，減少了工作成本，提升了果園作業(yè)平臺(tái)的自動(dòng)化水平。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是本發(fā)明控制系統(tǒng)硬件模塊連接示意圖。
[0029]圖2是本發(fā)明控制系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖3是本發(fā)明工作臺(tái)升降控制示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0031 ] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的介紹。
[0032]本發(fā)明PLC控制系統(tǒng)硬件模塊連接示意圖如圖1所示，本地控制面板與PLC控制器相連，本地控制面板上設(shè)置控制按鍵開關(guān)和旋鈕，實(shí)現(xiàn)對(duì)果園作業(yè)平臺(tái)的行走和工作臺(tái)升降控制，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的控制方式之一；無線接收模塊與PLC控制器相連，用于接收來自無線遙控終端發(fā)射的控制信號(hào)；無線遙控終端上同樣設(shè)置有控制按鍵開關(guān)，可以更方便的對(duì)果園作業(yè)平臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程無線控制；左右履帶速度傳感器以及油缸位移傳感器與PLC控制器相連，分別用于控制過程中左右履帶實(shí)時(shí)速度的檢測(cè)和油缸位置的檢測(cè)，是控制系統(tǒng)中很重要的環(huán)節(jié)；報(bào)警系統(tǒng)與PLC控制器相連，用于在控制過程中故障檢測(cè)報(bào)警，報(bào)警系統(tǒng)檢測(cè)到工作異常后，報(bào)警燈亮，報(bào)警蜂鳴器響，急停模式啟動(dòng)；所述液壓閥組包括左馬達(dá)電液比例閥、左馬達(dá)正反轉(zhuǎn)換向閥、右馬達(dá)電液比例閥、右馬達(dá)正反轉(zhuǎn)換向閥、油缸升降比例閥、油缸升降換向閥、變量泵比例閥和卸荷閥，液壓閥組作為PLC控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)與PLC控制器相連，接收不同的控制電信號(hào)，閥組開閉用于控制液壓系統(tǒng)左右驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和升降油缸，實(shí)現(xiàn)對(duì)果園作業(yè)平臺(tái)的行走控制和工作臺(tái)升降控制；電源模塊與PLC控制器相連負(fù)責(zé)給PLC提供直流24V電源。
[0033]圖2為系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)示意圖，其PLC控制程序模塊包括主程序模塊、初始化模塊、傳感器控制模塊、無線遙控控制模塊、油缸升降控制模塊、履帶速度控制模塊、變量泵控制模塊、故障診斷模塊、卸荷控制模塊和PID控制模塊。PLC程序設(shè)計(jì)采用結(jié)構(gòu)化語句(ST語言)，設(shè)置子程序模塊，使程序執(zhí)行效率更高，也便于對(duì)不同程序模塊進(jìn)行修改完善。
[0034]主程序模塊完成對(duì)各子程序功能模塊的調(diào)用及切換。
[0035]初始化模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)各種參數(shù)的初始化處理，包括一些電磁閥組、開關(guān)旋鈕的初始化處理，若各硬件初始化參數(shù)正常，則繼續(xù)運(yùn)行程序，否則調(diào)用故障診斷程序，報(bào)警急停。
[0036]傳感器控制模塊包括左右履帶速度檢測(cè)模塊和油缸位移檢測(cè)模塊。左右履帶速度檢測(cè)模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)左右履帶速度檢測(cè)處理，通過讀取速度傳感器的輸入值，根據(jù)公式轉(zhuǎn)換，計(jì)算出左右履帶的實(shí)際速度；油缸位移檢測(cè)模塊用于油缸升降控制模塊的信息輸入和故障診斷系統(tǒng)，用于檢測(cè)油缸的實(shí)際位置。
[0037]無線遙控控制模塊實(shí)現(xiàn)了通過無線遙控控制終端對(duì)于果園作業(yè)平臺(tái)的遠(yuǎn)程無線控制，無線控制范圍距離為10m，無線遙控控制模塊采用按鍵脈沖次數(shù)選擇控制模式，用于選定模擬量增減按鍵工作模式和模擬量增減，程序中設(shè)定按鍵增量值便于控制。
[0038]油缸升降控制模塊是控制系統(tǒng)的基本功能模塊，通過油缸升降狀態(tài)的檢測(cè)和準(zhǔn)確平穩(wěn)控制實(shí)現(xiàn)了工作臺(tái)的升降控制。通過采集油缸位移傳感器輸入，以及本地控制面板或者遠(yuǎn)程遙控終端所輸入的控制信息，調(diào)用PID控制模塊，計(jì)算輸出PWM信號(hào)，控制油缸升降比例閥和油缸升降換向閥來實(shí)現(xiàn)對(duì)工作臺(tái)升降速度、升降時(shí)間和升降位置的控制。根據(jù)作業(yè)要求，設(shè)定油缸的最大工作行程為6m，即工作臺(tái)的最大升降高度為6m。
[0039]履帶速度控制模塊是控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)程序模塊，通過左右履帶的速度控制可以實(shí)現(xiàn)果園作業(yè)平臺(tái)的前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向以及行走速度的控制。程序通過對(duì)控制指令進(jìn)行判斷，若是轉(zhuǎn)向指令，讀取左右履帶速度傳感器采集的履帶實(shí)時(shí)速度和所要求轉(zhuǎn)向角度，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后調(diào)用PID控制模塊，輸出控制電信號(hào)給左右馬達(dá)電液比例閥，實(shí)現(xiàn)果園作業(yè)平臺(tái)按要求轉(zhuǎn)向控制。若是前進(jìn)、后退指令，程序根據(jù)控制指令輸入驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的前進(jìn)、后退電磁換向閥工作，對(duì)于前進(jìn)、后退速度的控制，需要根據(jù)左右履帶速度傳感器的實(shí)時(shí)速度輸入和控制指令速度要求調(diào)用PID控制模塊，經(jīng)過計(jì)算處理后輸出PWM信號(hào)給左右馬達(dá)電液比例閥以控制果園作業(yè)平臺(tái)按控制要求前進(jìn)、后退。
[0040]變量泵控制模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)變量泵流量輸出控制，當(dāng)系統(tǒng)有前進(jìn)、后退動(dòng)作和油缸升降動(dòng)作時(shí)，變量泵控制模塊控制變量泵的輸出量以滿足液壓系統(tǒng)對(duì)于流量的需求。
[0041]故障診斷模塊包括故障報(bào)警模塊和故障急停模塊，當(dāng)程序初始化過程中和程序運(yùn)行過程中，故障診斷模塊檢測(cè)到系統(tǒng)出現(xiàn)的異常時(shí)間超過限度或者各項(xiàng)指數(shù)異常超過安全范圍，就會(huì)啟動(dòng)故障報(bào)警模塊和故障急停模塊，待故障排除后，恢復(fù)正常工作。
[0042]卸荷控制模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)卸荷閥進(jìn)行按要求、按需求控制，當(dāng)果園作業(yè)平臺(tái)前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向或者工作臺(tái)升降時(shí)，輸出控制信號(hào)使卸荷閥處于打開狀態(tài)，及時(shí)卸荷油液壓力，起到了回路控制作用，提高效率，保護(hù)變量泵。
[0043]PID控制模塊是控制系統(tǒng)核心計(jì)算模塊，以升降油缸控制為例，當(dāng)PLC接收到來自本地控制面板或者無線遙控終端對(duì)于油缸升高或下降位置的控制信號(hào)時(shí)，油缸位移傳感器輸入油缸位置信號(hào)，兩者比較，如果偏差超過一定范圍，啟動(dòng)PID算法，調(diào)節(jié)油缸電液比例閥開度，使偏差在該范圍內(nèi)，啟動(dòng)積分調(diào)節(jié)，直到偏差趨于為O ;當(dāng)初始偏差較大時(shí)，比例環(huán)節(jié)(P)調(diào)節(jié)起主要作用，縮短響應(yīng)時(shí)間，當(dāng)達(dá)到一定范圍時(shí)，積分環(huán)節(jié)(I)和微分環(huán)節(jié)(D)起主要作用，使油缸準(zhǔn)確、平穩(wěn)的達(dá)到達(dá)要求的位置。PID控制模塊與履帶控制模塊和油缸升降控制模塊相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)果園作業(yè)平臺(tái)的行走控制和工作臺(tái)的準(zhǔn)確穩(wěn)定升降控制。
[0044]圖3是系統(tǒng)工作臺(tái)升降控制示意圖，也是油缸升降控制示意圖，當(dāng)PLC讀取到來自本地控制面板或者無線遙控終端對(duì)于油缸升高或下降位置的信號(hào)時(shí)，輸出電信號(hào)給油缸升降換向閥，確定工作臺(tái)升降工作模式，此時(shí)升降油缸位移傳感器輸入油缸位置信號(hào)，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，與油缸控制要求目標(biāo)位置數(shù)據(jù)加以比較，根據(jù)偏差，調(diào)用PID控制模塊，經(jīng)過比例環(huán)節(jié)(P)、積分環(huán)節(jié)⑴和微分環(huán)節(jié)⑶的共同作用下，輸出控制數(shù)據(jù)信號(hào)，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)油缸升降電液比例閥開度，使偏差趨于0，油缸升降比例閥工作，工作臺(tái)平穩(wěn)、準(zhǔn)確到達(dá)目標(biāo)要求位置，實(shí)現(xiàn)控制要求。
【權(quán)利要求】
1.一種果園作業(yè)平臺(tái)的PLC控制系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)包括PLC控制器、本地控制面板、無線遙控終端、傳感器、電磁閥組、報(bào)警系統(tǒng)和電源模塊；具體而言，PLC控制器內(nèi)部存儲(chǔ)有自定義控制邏輯程序；本地控制面板與PLC控制器相連用于實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行監(jiān)控和本地操控；無線遙控終端通過信號(hào)發(fā)射裝置和無線接收模塊與PLC控制器相連用于實(shí)現(xiàn)對(duì)于果園作業(yè)平臺(tái)的無線遙控操作；傳感器與PLC控制器相連用于檢測(cè)左右履帶行駛的速度和升降油缸的位置以及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)；電磁閥組與PLC控制器連接用于控制左右驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速和液壓油缸的升降；報(bào)警系統(tǒng)與PLC控制器相連用于對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行檢測(cè)判斷，進(jìn)行報(bào)警；電源模塊與PLC控制器相連負(fù)責(zé)給PLC提供直流24V電源； 系統(tǒng)采用高性能PLC為核心，采用本地操控和無線控制兩種方式實(shí)現(xiàn)對(duì)果園作業(yè)平臺(tái)的行駛、轉(zhuǎn)向以及平臺(tái)升降的控制；PLC的主要功能是采集傳感器傳來的信號(hào)，包括左右履帶速度信號(hào)、油缸位置信號(hào)，接收面向用戶的控制指令并通過PLC控制器內(nèi)預(yù)先編制好的程序，執(zhí)行其邏輯運(yùn)算、順序控制、算數(shù)操作輸出PWM信號(hào)，控制電液比例閥的開度以及電磁換向閥開關(guān)量，實(shí)現(xiàn)果園作業(yè)平臺(tái)的行駛和轉(zhuǎn)向以及工作臺(tái)的升降； 所述本地控制面板，是人機(jī)交互的一種便捷方式，本地控制面板上設(shè)置有轉(zhuǎn)向旋鈕、速度旋鈕、前進(jìn)/后退按鈕開關(guān)、油缸升降按鈕開關(guān)和急停開關(guān)，用于工作過程中的實(shí)時(shí)控制，包括左右履帶的速度控制，前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向以及工作臺(tái)的升降控制； 所述無線遙控終端，是人機(jī)交互的另一種更為便捷的方式，無線遙控終端上設(shè)置有速度增減按鍵和模式切換按鍵以及急停開關(guān)，通過信號(hào)發(fā)射裝置和無線接收模塊與PLC控制器相連，完成對(duì)于工作臺(tái)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)操作； 所述電磁閥組包括變量泵比例閥、左馬達(dá)電液比例閥、右馬達(dá)電液比例閥、左馬達(dá)正反轉(zhuǎn)換向閥、右馬達(dá)正反轉(zhuǎn)換向閥、卸荷閥、油缸升降換向閥和油缸升降比例閥，作為整個(gè)PLC控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)接收來自PLC控制器的控制信號(hào)，通過電磁閥組開閉實(shí)現(xiàn)對(duì)于果園作業(yè)平臺(tái)的控制； 所述報(bào)警系統(tǒng)配備報(bào)警燈和報(bào)警蜂鳴器與PLC控制器相連，聲光報(bào)警系統(tǒng)不同指示燈表示系統(tǒng)的不同工作狀態(tài)，可以及時(shí)提醒工作人員盡快采取相應(yīng)措施，從而避免或減少危害帶來的損失，提高安全性能。
2.一種果園作業(yè)平臺(tái)的PLC控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的工作流程在于:發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，打開控制箱開關(guān)，首先進(jìn)行設(shè)備初始化，如不正常，將會(huì)自動(dòng)報(bào)警，待故障解除后才能繼續(xù)工作；如設(shè)備正常，系統(tǒng)進(jìn)入初始化后往下運(yùn)行；設(shè)備將判斷果園作業(yè)平臺(tái)是本地控制工作方式還是無線遙控工作方式；在本地控制工作方式下，要首先檢查是否在急停狀態(tài)，若是，關(guān)閉急停旋鈕，開始果園作業(yè)平臺(tái)操作；PLC接收面向用戶本地控制面板旋鈕開關(guān)指令，并執(zhí)行預(yù)先編制好的程序，通過其邏輯運(yùn)算、順序控制、算數(shù)操作輸出PWM信號(hào)，控制電液比例閥的開度以及電磁換向閥開關(guān)量，來實(shí)現(xiàn)果園作業(yè)平臺(tái)的行駛和轉(zhuǎn)向以及工作臺(tái)的升降等操作；在遠(yuǎn)程遙控工作模式下，無線遙控終端通過信號(hào)發(fā)射裝置和無線接收模塊給PLC發(fā)送指令，進(jìn)而控制果園作業(yè)平臺(tái)的工作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種果園作業(yè)平臺(tái)的PLC控制系統(tǒng)，其特征在于:本發(fā)明通過PLC實(shí)現(xiàn)了對(duì)果園作業(yè)平臺(tái)的本地和遠(yuǎn)程無線控制，用戶通過本地控制面板或者無線遙控終端向PLC發(fā)出控制指令，PLC按要求調(diào)用子程序模塊，采集速度傳感器傳來的左右履帶速度信號(hào)和油缸位移傳感器傳來的油缸位置信號(hào)，通過邏輯運(yùn)算、順序控制、算數(shù)操作輸出PWM信號(hào)，控制電磁閥組開閉，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)果園作業(yè)平臺(tái)前進(jìn)、后退、行駛速度、轉(zhuǎn)向以及工作臺(tái)的控制； PLC程序模塊包括主程序模塊、初始化模塊、傳感器控制模塊、無線遙控控制模塊、油缸升降控制模塊、履帶速度控制模塊、變量泵控制模塊、故障診斷模塊、卸荷控制模塊和PID控制模塊；PLC程序設(shè)計(jì)采用結(jié)構(gòu)化語句(ST語言)，設(shè)置子程序模塊，使程序執(zhí)行效率更高，也便于對(duì)不同程序模塊進(jìn)行修改完善；所述的PLC控制程序主要完成系統(tǒng)參數(shù)初始化、傳感器的檢測(cè)數(shù)據(jù)的采集、旋鈕開關(guān)輸入信號(hào)的讀取以及對(duì)電磁閥組的輸出控制； 所述主程序模塊完成對(duì)各子程序功能模塊的調(diào)用及切換； 所述初始化模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)各種參數(shù)的初始化處理，包括一些電磁閥組、開關(guān)旋鈕的初始化處理，若各硬件初始化參數(shù)正常，則繼續(xù)運(yùn)行程序，否則調(diào)用故障診斷程序，報(bào)警急停; 所述傳感器控制模塊包括左右履帶速度檢測(cè)模塊和油缸位移檢測(cè)模塊，左右履帶速度檢測(cè)模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)左右履帶速度檢測(cè)處理，通過讀取速度傳感器的輸入值，根據(jù)公式轉(zhuǎn)換，計(jì)算出左右履帶的實(shí)際速度；油缸位移檢測(cè)模塊用于油缸升降控制模塊的信息輸入和故障診斷系統(tǒng)，用于檢測(cè)油缸的實(shí)際位置； 所述無線遙控控制模塊實(shí)現(xiàn)了通過無線遙控控制終端對(duì)于果園作業(yè)平臺(tái)的遠(yuǎn)程無線控制，無線控制范圍距離為10m，無線遙控控制模塊采用按鍵脈沖次數(shù)選擇控制模式，用于選定模擬量增減按鍵工作模式和模擬量增減，程序中設(shè)定增量值便于控制； 所述油缸升降控制模塊是控制系統(tǒng)的基本功能模塊，通過油缸升降狀態(tài)的檢測(cè)和準(zhǔn)確平穩(wěn)控制實(shí)現(xiàn)了工作臺(tái)的升降控制，通過采集油缸位移傳感器輸入，以及本地控制面板或者遠(yuǎn)程遙控終端所輸入的控制信息，調(diào)用PID控制模塊，計(jì)算輸出PWM信號(hào)，控制油缸升降比例閥和油缸升降換向閥來實(shí)現(xiàn)對(duì)工作臺(tái)升降速度、升降時(shí)間和升降位置的控制，根據(jù)作業(yè)要求，設(shè)定油缸的最大工作行程為6m，即工作的的最大升降高度為6m ； 所述履帶速度控制模塊是控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)程序模塊，通過左右履帶的速度控制可以實(shí)現(xiàn)果園作業(yè)平臺(tái)的前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向以及行走速度的控制，程序通過對(duì)控制指令進(jìn)行判斷，若是轉(zhuǎn)向指令，讀取左右履帶速度傳感器采集的履帶實(shí)時(shí)速度和所要求轉(zhuǎn)向角度，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后調(diào)用PID控制模塊，輸出控制電信號(hào)給左右馬達(dá)電液比例閥，實(shí)現(xiàn)果園作業(yè)平臺(tái)按要求轉(zhuǎn)向控制；若是前進(jìn)、后退指令，程序根據(jù)控制指令輸入驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的前進(jìn)、后退電磁換向閥工作，對(duì)于前進(jìn)、后退速度的控制，需要根據(jù)左右履帶速度傳感器的實(shí)時(shí)速度輸入和控制指令速度要求調(diào)用PID控制模塊，經(jīng)過計(jì)算處理后輸出PWM信號(hào)給左右馬達(dá)電液比例閥以控制果園作業(yè)平臺(tái)按控制要求前進(jìn)、后退； 所述變量泵控制模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)變量泵流量輸出控制，當(dāng)系統(tǒng)有前進(jìn)、后退動(dòng)作和油缸升降動(dòng)作時(shí)，變量泵控制模塊控制變量泵的輸出量以滿足液壓系統(tǒng)對(duì)于流量的需求； 所述故障診斷模塊包括故障報(bào)警模塊和故障急停模塊，當(dāng)程序初始化過程中和程序運(yùn)行過程中，故障診斷模塊檢測(cè)到系統(tǒng)出現(xiàn)的異常時(shí)間超過限度或者各項(xiàng)指數(shù)異常超過安全范圍，就會(huì)啟動(dòng)故障報(bào)警模塊和故障急停模塊，待故障排除后，恢復(fù)正常工作； 所述卸荷控制模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)卸荷閥進(jìn)行按要求按需求控制，當(dāng)果園作業(yè)平臺(tái)前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向或者工作臺(tái)升降時(shí)，輸出控制信號(hào)使卸荷閥處于打開狀態(tài)，及時(shí)卸荷油液壓力，起到了回路控制作用，提高效率，保護(hù)變量泵； 所述PID控制模塊是控制系統(tǒng)核心計(jì)算模塊，以升降油缸控制為例，當(dāng)PLC接收到來自本地控制面板或者無線遙控終端對(duì)于油缸升高或下降位置的控制信號(hào)時(shí)，油缸位移傳感器輸入油缸位置信號(hào)，兩者比較，如果偏差超過一定范圍，啟動(dòng)PID算法，調(diào)節(jié)油缸電液比例閥開度，使偏差在該范圍內(nèi)，啟動(dòng)積分調(diào)節(jié)，直到偏差趨于為O ;當(dāng)初始偏差較大時(shí)，比例環(huán)節(jié)(P)調(diào)節(jié)起主要作用，縮短響應(yīng)時(shí)間；當(dāng)達(dá)到一定范圍時(shí)，積分環(huán)節(jié)(I)和微分環(huán)節(jié)(D)起主要作用，使油缸準(zhǔn)確、平穩(wěn)到達(dá)要求的位置，PID控制模塊與履帶控制模塊和升降油缸控制模塊相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)果園作業(yè)平臺(tái)的行走控制和工作臺(tái)的準(zhǔn)確、穩(wěn)定升降控制。
【文檔編號(hào)】G05B19/05GK104298165SQ201410503519
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月19日
【發(fā)明者】黨革榮, 石家慶, 陳軍, 虞雷, 梁琦 申請(qǐng)人:西北農(nóng)林科技大學(xué)