食用菌液体菌种自动接种机控制系统设计

食用菌液体菌种自动接种机控制系统设计韩服善;王建胜【摘要】Theautomatedinoculationmachinemushroomliquidspawnprocesswasanalyzedfromthemachinebodystructureandprocessaspects,discussesindetailthemushroomliquidspawnautomaticallyinoculatedmachinedesign.PLCcontrolsystemtothecoredevices,combinedwiththefrequencycontroltechnologytoachieveautomaticcontrolofthemachine,givensomeofthepartsofthestructurediagram,PLCcontrolhardwarewiringdistributionrelations,andcontrolsoftwareforanalysis.%对食用菌液体菌种自动接种机工艺过程进行了分析，从机械本体结构和工艺过程两个方面，详细论述了食用菌液体菌种自动接种机的设计方法.控制系统以可编程序控制器为核心器件,结合变频调速技术实现整机的自动控制，给出了部分部件结构简图,PLC控制硬件接线分配关系，并对控制软件设计进行分析.【期刊名称】《包装与食品机械》【年(卷)，期】2012(030)001【总页数】4页(P37-40)【关键词】液体接种机;机械结构;可编程序控制器【作者】韩服善;王建胜【作者单位】淮海工学院工程训练中心，江苏连云港222005;中国矿业大学机电学院，江苏徐州221008【正文语种】中文【中图分类】TS255.350引言我国食用菌生产仍以家庭作坊式手工生产为主，先进的生产工艺未得到推广应用，标准化生产匮乏，产量低、质量差、季节性强，难以适应大市场、大流通的要求。因此，食用菌工厂化生产是我国食用菌产业发展壮大的必由之路，我国的食用菌产业急需先进的工厂化生产模式。以往，在食用菌生产过程中通常采用固体菌种接种方法，即在培养基杀菌处理后，向其充填固状颗粒状菌种，各工序在切换时消耗时间较长，所充填的菌种大小不均匀，特别是菌种的充填量低于设定量时，菌种的菌丝在栽培容器内难以繁殖，培养所需时间也相应增加。在菌种接种时，所需工序时间长，栽培容器外部环境的浮游杂菌容易侵入，不利于菌丝良性繁殖。因此，为了解决固体菌种接种技术存在的问题，我们开发的液体菌种自动接种机，在提高接种操作效率的同时，供给栽培容器的菌种供给量可以保证定量稳定的菌种的充填。液体菌种具有纯度高、活力强、繁殖力快的特点，接入到培养基内具有流动性好、萌发快、发菌质量高、出菇周期短的特点，有着固体菌种不可比拟的优越性，是当今食用菌行业研究应用的重点。1总体设计方案食用菌液体菌种自动接种机的总体目标是:可实现从自动运输一定位一启盖一压脚T喷射的连续循环作业，单位产能＞7000瓶/h,16瓶/筐/次接种，接种量可调，接种量误差小，菌丝的萌发快，均匀一致性好，机器操作方便安全，可最大程度减少污染发生，真正实现自动、高效、安全与环保的食用菌工厂化生产。2食用菌液体菌种自动接种机的设计如图1所示整机由输送辊道、压瓶机构、压瓶驱动机构、电缆拖动装置、机架、启盖机构、压盖机构、接种管路装置、接种管路驱动机构、电器箱等部分组成[1]。图1食用菌液体菌种自动接种机结构简图1-机架2-电缆拖动装置3-启盖机构4-压瓶驱动机构5-压瓶机构6-输送辊道7-压盖机构8-接种管路装置9-接种管路驱动机构10-电器箱2.1启盖压瓶驱动机构设计启盖压瓶驱动机构由驱动电机、主动链轮、凸轮、凸轮轴、连杆轴、凸轮轴大链轮等组成，其中凸轮安装在凸轮轴上，连杆轴与凸轮相连并与凸轮轴平行，升降摆杆与凸轮轴相连，连杆与连杆轴相连，在凸轮轴上还设有光电开关挡板，在凸轮轴的轴承套上设有光电开关支板和光电开关。升降摆杆与连杆在凸轮机构的作用下实现往复运动。2.2压瓶机构设计压瓶机构由压瓶支架、导向杆、压脚、导向轴、两对关节轴承、弹簧机构、压盖机构导向杆等组成，压瓶支架由连接板、压瓶前后横梁、前后框架固定板等构成。连杆的上部与压瓶支架连接，连杆的下端连接在启盖压瓶驱动机构上，通过连杆的上下往复运动，带动压脚进行压瓶动作，弹簧机构实现向上复位动作。2.3启盖机构设计启盖机构是由提脚支架、启盖连接板、提脚、顶脚通道、启盖上连接板、导向杆、升降摆杆与法兰直线轴承等组成，升降摆杆的上部与提脚支架连接，升降摆杆的下端连接在启盖压瓶驱动机构上，通过升降摆杆的上下往复运动，带动提脚进行启盖动作。2.4压盖机构设计压盖机构是由压盖框架、压盖顶脚、顶脚定位板等组成，压盖框架上固定压盖顶脚，压盖顶脚通过顶脚通道伸至提脚支架的下方，压盖机构由启盖机构支撑和导向杆导向，且与启盖机构运动相协调，由压盖顶脚进行压盖动作。2.5接种管路驱动机构设计如图2所示，接种管路驱动机构是由驱动电机(0.14kW)、主动链轮和主动轴、传动链轮、张紧链轮、链条、接种小车和直线轴等组成。驱动电机驱动主动链轮、传动链轮运动，在传动链轮和张紧链轮作用下，链条向前直线运动，接种小车在链条的拉动下在直线轴上以一定的速度往复运动。驱动电机为变频调速，接种小车的速度连续可调，适应不同的生产效率和工作节拍要求。图2接种管路驱动机构图1-驱动电机2-链条3-传动链轮4-主动链轮和主动轴5-接种小车6-直线轴7-张紧链轮2.6接种管路装置设计接种管路装置由16个电磁阀、管路支座、喷嘴、接种管、分配器等组成，接种管路装置固定在接种小车上，接种小车在接种驱动机构的驱动下带动接种管路装置在机架上前后行走。3控制系统设计3.1液体自动接种控制流程工作原理液体接种控制系统工作流程与原理如图3所示，先启动工作程序，输送辊道运行，瓶筐被送到接种位置时，光电感应开关得到信号，压瓶机构将瓶压住，同时压盖机构的顶脚压在瓶盖上，随后启盖机构将瓶盖拔起，接近开关得到信号，接种管路驱动机构移动，将接种管路装置送到接种位置，发出电信号，使16个电磁阀同时通电，喷嘴喷出定量的菌种。然后，接种管路驱动机构返回，发出信号，启盖机构复位，在复位过程，等瓶盖盖到瓶口上，压瓶机构复位松开瓶子后，发出信号允许输送辊道运转，将瓶筐送出，由此构成往复循环。3.2控制系统设计液体自动接种控制系统采用以OMRONPLC为控制核心，以光电开关、接近开关等为输入单元，以链条输送电机、电磁阀为输出单元的自动化控制系统。控制系统既可以实现各工作机构单独控制运行，以适应设备调试、检验与故障诊断工作需要，也可以对各工作机构进行顺序集成控制，以进行连续节拍化高效率生产。控制系统具有操作简单、屏幕显示、智能化操作及智能故障自示、自我诊断技术，另外，还有安全可靠的人机安全保护措施，一旦发生故障，故障部位会自动显示在触摸屏上。图3液体自动接种控制流程框图3.2.1电气控制部分主电路中主电机采用三相异步电动机，其主要特点是体积小，具有较高的启动和运行频率，有较高的有效功率输出。主电机参数如下:0.4kW、380V2A/50Hz;启盖电机0.14kW;驱动电机0.14kW。电路中接松下VFO变频器，为变频调速，能适应不同的生产效率和工作节拍要求［2］。3.2.2可编程控制器的选择根据系统输入、输出信号的性质和数量以及对系统顺序控制的要求，预留一些保留拓展用的1/0,选用OMRONCPM2A-40CDR，主机无需加任何其它模拟量输入模块的配置，共有24点输入，16点输出，可以满足系统输入、输出信号数量的要求，1/。地址分配见表1。表1I/O地址分配表输入功能输出功能00(SB1)启动1000故障报警玲01(SB2)停止1001驱动正快速02启盖上限开关1002驱动正慢速03启盖下限开关1003驱动反快速04驱动上限开关1004驱动正慢速05驱动缓冲上限开关1005链条输送电机1号06驱动下限开关1006链条输送电机2号07驱动缓冲下限开关1007电机启动正转08光电开关11100电机启动反转09光电开关21101喷嘴电磁阀110热继电器触点1102喷嘴电磁阀211变频器报警触点1103变频器运行100变频器运行信号101急停开关3.2.3软件设计根据液体自动接种控制流程，设计PLC控制梯形图，设备具有故障自动报警保护功能，可实现人机对话，在操作屏上显示故障情况，安全性能好，各机构相互独立设计，便于拆卸、维护与保养。成功的通过了模拟调试和联机调试，其功能基本达到要求。整个系统的稳定性较好，获得比较满意的效果。4结束语系统运用机械、电子一体化的设计方法，采用可靠性高的可编程控制器，结合生产企业的现有生产条件，设计的液体菌种自动接种机广泛适用于各种生产规模，适合于个人和单位生产，通过技术培训和产业扶持带动农户参与食用菌