一種果園作業(yè)平臺的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)平臺的PLC控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的PLC控制器內部存儲有自定義控制邏輯程序，本地控制面板與PLC控制器相連用于實現對生產現場的運行監(jiān)控和本地操控，無線遙控終端通過信號發(fā)射裝置和無線接收模塊與PLC控制器相連用于實現對于果園作業(yè)平臺的遠程無線遙控操作；傳感器與PLC控制器相連用于檢測左右履帶行駛的速度和升降油缸的位置，監(jiān)測系統(tǒng)的工作狀態(tài)；電磁閥與PLC控制器連接用于控制左右驅動馬達的轉速和油缸的升降；報警系統(tǒng)與PLC控制器相連用于對系統(tǒng)故障進行檢測判斷，進行報警。本發(fā)明實現了對果園作業(yè)平臺的電子控制，改變了傳統(tǒng)的機械操作，減輕了勞動強度，提升了工作效率，增強了操作安全性。
【專利說明】—種果園作業(yè)平臺的PLC控制系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種果園作業(yè)平臺的PLC控制系統(tǒng)，屬于農業(yè)機械自動化控制【技術領域】。
【背景技術】
[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)，而且對于農時、農藝要求較嚴格。實際生產中，果農多采用安裝移動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。針對上述問題，近些年國內外研發(fā)了一些果園升降設備，但多屬于獨立牽引式移動升降平臺，采用機械傳動，需要額外動力牽引，在果園中通過性能并不好，控制系統(tǒng)為手動操縱，安全性能不能保障，作業(yè)效率低，勞動強度大。
[0003]為此本項目組設計了一種針對果園管理作業(yè)的全新作業(yè)平臺，它包括發(fā)動機動力系統(tǒng)、履帶式底盤、液壓驅動系統(tǒng)、剪叉式升降工作臺、減速器機構和電源部分。所述發(fā)動機動力系統(tǒng)是整個果園作業(yè)平臺的行走及工作動力來源；所述履帶式底盤包括左右液壓驅動馬達、底盤支撐機架和行走履帶總成；所述液壓驅動系統(tǒng)包括變量泵、液壓閥組、左右驅動馬達、升降油缸和散熱器；所述剪叉式升降工作臺用于支撐作業(yè)者和果品等物品；所述減速器機構負責將發(fā)動機動力傳遞給變量泵，起到傳遞動力和減速增扭的作用；所述電源部分包括發(fā)電機和蓄電池組，是果園作業(yè)平臺的電力供應來源。
[0004]為了實現對上述果園作業(yè)平臺的控制，同時設計一套果園作業(yè)平臺的PLC控制系統(tǒng)。
【發(fā)明內容】
[0005]本發(fā)明的目的在于提出了一種果園作業(yè)平臺的PLC控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)設計合理，運行可靠，操作靈活、方便，提高了果園作業(yè)平臺的作業(yè)安全性、可操作性和工作效率。
[0006]本發(fā)明通過以下技術方案予以實現:
[0007]一種果園作業(yè)平臺的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、報警系統(tǒng)和電源模塊。具體而言，PLC控制器內部存儲有自定義控制邏輯程序；本地控制面板與PLC控制器相連用于實現對生產現場的運行監(jiān)控和本地操控；無線遙控終端通過信號發(fā)射裝置和無線接收模塊與PLC控制器相連用于實現對于果園作業(yè)平臺的無線遙控操作；傳感器與PLC控制器相連用于檢測左右履帶行駛的速度和升降油缸的位置以及監(jiān)測系統(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動馬達的轉速和液壓油缸的升降；報警系統(tǒng)與PLC控制器相連用于對系統(tǒng)故障進行檢測判斷，進行報警；電源模塊與PLC控制器相連負責給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現對果園作業(yè)平臺的行駛、轉向以及平臺升降的控制。PLC的主要功能是采集傳感器傳來的信號，包括左右履帶速度信號、油缸位置信號，接收面向用戶的控制指令并通過PLC控制器內預先編制好的程序，執(zhí)行其邏輯運算、順序控制、算數操作輸出PWM信號，控制電液比例閥的開度以及電磁換向閥開關量，實現果園作業(yè)平臺的行駛和轉向以及工作臺的升降。
[0009]所述本地控制面板，是人機交互的一種便捷方式，本地控制面板上設置有轉向旋鈕、速度旋鈕、前進/后退按鈕開關、油缸升降按鈕開關和急停開關，用于工作過程中的實時控制，包括左右履帶的速度控制，前進、后退、轉向以及工作臺的升降控制。
[0010]所述無線遙控終端，是人機交互的另一種更為便捷的方式，無線遙控終端上設置有速度增減按鍵和模式切換按鍵以及急停開關，通過信號發(fā)射裝置和無線接收模塊與PLC控制器相連，完成對于工作臺的遠程實時操作。
[0011]所述電磁閥組包括變量泵比例閥、左馬達電液比例閥、右馬達電液比例閥、左馬達正反轉換向閥、右馬達正反轉換向閥、卸荷閥、油缸升降換向閥和油缸升降比例閥，作為整個PLC控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構接收來自PLC控制器的控制信號，通過電磁閥組開閉實現對于果園作業(yè)平臺的控制。
[0012]所述報警系統(tǒng)配備報警燈和報警蜂鳴器與PLC控制器相連，聲光報警系統(tǒng)不同指示燈表示系統(tǒng)的不同工作狀態(tài)，可以及時提醒工作人員盡快采取相應措施，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實現了對果園作業(yè)平臺的本地和遠程無線控制。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按要求調用子程序模塊，采集速度傳感器傳來的左右履帶速度信號和油缸位移傳感器傳來的油缸位置信號，通過邏輯運算、順序控制、算數操作輸出PWM信號，控制電磁閥組開閉，進而實現對果園作業(yè)平臺前進、后退、行駛速度、轉向以及工作臺的控制。
[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程序設計采用結構化語句(ST語言)，設置子程序模塊，使程序執(zhí)行效率更高，也便于對不同程序模塊進行修改完善。所述的PLC控制程序主要完成系統(tǒng)參數初始化、傳感器的檢測數據的采集、旋鈕開關輸入信號的讀取以及對電磁閥組的輸出控制。
[0015]所述主程序模塊完成對各子程序功能模塊的調用及切換。
[0016]所述初始化模塊實現對系統(tǒng)各種參數的初始化處理，包括一些電磁閥組、開關旋鈕的初始化處理，若各硬件初始化參數正常，則繼續(xù)運行程序，否則調用故障診斷程序，報警急停。
[0017]所述傳感器控制模塊包括左右履帶速度檢測模塊和油缸位移檢測模塊。左右履帶速度檢測模塊實現對左右履帶速度檢測處理，通過讀取速度傳感器的輸入值，根據公式轉換，計算出左右履帶的實際速度；油缸位移檢測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)，用于檢測油缸的實際位置。
[0018]所述無線遙控控制模塊實現了通過無線遙控控制終端對于果園作業(yè)平臺的遠程無線控制，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)的檢測和準確平穩(wěn)控制實現了工作臺的升降控制。通過采集油缸位移傳感器輸入，以及本地控制面板或者遠程遙控終端所輸入的控制信息，調用PID控制模塊，計算輸出PWM信號，控制油缸升降比例閥和油缸升降換向閥來實現對工作臺升降速度、升降時間和升降位置的控制。根據作業(yè)要求，設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)的基礎程序模塊，通過左右履帶的速度控制可以實現果園作業(yè)平臺的前進、后退、轉向以及行走速度的控制。程序通過對控制指令進行判斷，若是轉向指令，讀取左右履帶速度傳感器采集的履帶實時速度和所要求轉向角度，經過數據處理后調用PID控制模塊，輸出控制電信號給左右馬達電液比例閥，實現果園作業(yè)平臺按要求轉向控制；若是前進、后退指令，程序根據控制指令輸入驅動相應的前進、后退電磁換向閥工作，對于前進、后退速度的控制，需要根據左右履帶速度傳感器的實時速度輸入和控制指令速度要求調用PID控制模塊，經過計算處理后輸出PWM信號給左右馬達電液比例閥以控制果園作業(yè)平臺按控制要求前進、后退。
[0021]所述變量泵控制模塊實現對變量泵流量輸出控制，當系統(tǒng)有前進、后退動作和油缸升降動作時，變量泵控制模塊控制變量泵的輸出量以滿足液壓系統(tǒng)對于流量的需求。
[0022]所述故障診斷模塊包括故障報警模塊和故障急停模塊，當程序初始化過程中和程序運行過程中，故障診斷模塊檢測到系統(tǒng)出現的異常時間超過限度或者各項指數異常超過安全范圍，就會啟動故障報警模塊和故障急停模塊，待故障排除后，恢復正常工作。
[0023]所述卸荷控制模塊實現對卸荷閥進行按要求按需求控制，當果園作業(yè)平臺前進、后退、轉向或者工作臺升降時，輸出控制信號使卸荷閥處于打開狀態(tài)，及時卸荷油液壓力，起到了回路控制作用，提高效率，保護變量泵。
[0024]所述PID控制模塊是控制系統(tǒng)核心計算模塊，以升降油缸控制為例，當PLC接收到來自本地控制面板或者無線遙控終端對于油缸升高或下降位置的控制信號時，油缸位移傳感器輸入油缸位置信號，兩者比較，如果偏差超過一定范圍，啟動PID算法，調節(jié)油缸電液比例閥開度，使偏差在該范圍內，啟動積分調節(jié)，直到偏差趨于為O ;當初始偏差較大時，t匕例環(huán)節(jié)(P)調節(jié)起主要作用，縮短響應時間；當達到一定范圍時，積分環(huán)節(jié)(I)和微分環(huán)節(jié)(D)起主要作用，使油缸準確、平穩(wěn)到達要求的位置。PID控制模塊與履帶控制模塊和升降油缸控制模塊相結合，實現果園作業(yè)平臺的行走控制和工作臺的準確、穩(wěn)定升降控制。
[0025]系統(tǒng)的工作流程如下:發(fā)動機啟動后，打開控制箱開關，首先進行設備初始化，如不正常，將會自動報警，待故障解除后才能繼續(xù)工作；如設備正常，系統(tǒng)進入初始化后往下運行；設備將判斷果園作業(yè)平臺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，關閉急停旋鈕，開始果園作業(yè)平臺操作。PLC接收面向用戶本地控制面板旋鈕開關指令，并執(zhí)行預先編制好的程序，通過其邏輯運算、順序控制、算數操作輸出PWM信號，控制電液比例閥的開度以及電磁換向閥開關量，來實現果園作業(yè)平臺的行駛和轉向以及工作臺的升降等操作。在遠程遙控工作模式下，無線遙控終端通過信號發(fā)射裝置和無線接收模塊給PLC發(fā)送指令，進而控制果園作業(yè)平臺的工作。
[0026]與現有技術相比，本發(fā)明具有如下有益效果。
[0027]該PLC控制系統(tǒng)實現了對果園作業(yè)平臺的電子控制，改變了傳統(tǒng)的機械操作，不僅節(jié)省了人力，減輕了勞動強度，還增強了操作安全行，提升了工作效率，減少了工作成本，提升了果園作業(yè)平臺的自動化水平。
【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)程序結構示意圖。
[0030]圖3是本發(fā)明工作臺升降控制示意圖。
【具體實施方式】
[0031 ] 下面結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細的介紹。
[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，本地控制面板上設置控制按鍵開關和旋鈕，實現對果園作業(yè)平臺的行走和工作臺升降控制，是實現人機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；無線遙控終端上同樣設置有控制按鍵開關，可以更方便的對果園作業(yè)平臺進行遠程無線控制；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時速度的檢測和油缸位置的檢測，是控制系統(tǒng)中很重要的環(huán)節(jié)；報警系統(tǒng)與PLC控制器相連，用于在控制過程中故障檢測報警，報警系統(tǒng)檢測到工作異常后，報警燈亮，報警蜂鳴器響，急停模式啟動；所述液壓閥組包括左馬達電液比例閥、左馬達正反轉換向閥、右馬達電液比例閥、右馬達正反轉換向閥、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)行機構與PLC控制器相連，接收不同的控制電信號，閥組開閉用于控制液壓系統(tǒng)左右驅動馬達和升降油缸，實現對果園作業(yè)平臺的行走控制和工作臺升降控制；電源模塊與PLC控制器相連負責給PLC提供直流24V電源。
[0033]圖2為系統(tǒng)程序結構示意圖，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程序設計采用結構化語句(ST語言)，設置子程序模塊，使程序執(zhí)行效率更高，也便于對不同程序模塊進行修改完善。
[0034]主程序模塊完成對各子程序功能模塊的調用及切換。
[0035]初始化模塊實現對系統(tǒng)各種參數的初始化處理，包括一些電磁閥組、開關旋鈕的初始化處理，若各硬件初始化參數正常，則繼續(xù)運行程序，否則調用故障診斷程序，報警急停。
[0036]傳感器控制模塊包括左右履帶速度檢測模塊和油缸位移檢測模塊。左右履帶速度檢測模塊實現對左右履帶速度檢測處理，通過讀取速度傳感器的輸入值，根據公式轉換，計算出左右履帶的實際速度；油缸位移檢測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)，用于檢測油缸的實際位置。
[0037]無線遙控控制模塊實現了通過無線遙控控制終端對于果園作業(yè)平臺的遠程無線控制，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)的檢測和準確平穩(wěn)控制實現了工作臺的升降控制。通過采集油缸位移傳感器輸入，以及本地控制面板或者遠程遙控終端所輸入的控制信息，調用PID控制模塊，計算輸出PWM信號，控制油缸升降比例閥和油缸升降換向閥來實現對工作臺升降速度、升降時間和升降位置的控制。根據作業(yè)要求，設定油缸的最大工作行程為6m，即工作臺的最大升降高度為6m。
[0039]履帶速度控制模塊是控制系統(tǒng)的基礎程序模塊，通過左右履帶的速度控制可以實現果園作業(yè)平臺的前進、后退、轉向以及行走速度的控制。程序通過對控制指令進行判斷，若是轉向指令，讀取左右履帶速度傳感器采集的履帶實時速度和所要求轉向角度，經過數據處理后調用PID控制模塊，輸出控制電信號給左右馬達電液比例閥，實現果園作業(yè)平臺按要求轉向控制。若是前進、后退指令，程序根據控制指令輸入驅動相應的前進、后退電磁換向閥工作，對于前進、后退速度的控制，需要根據左右履帶速度傳感器的實時速度輸入和控制指令速度要求調用PID控制模塊，經過計算處理后輸出PWM信號給左右馬達電液比例閥以控制果園作業(yè)平臺按控制要求前進、后退。
[0040]變量泵控制模塊實現對變量泵流量輸出控制，當系統(tǒng)有前進、后退動作和油缸升降動作時，變量泵控制模塊控制變量泵的輸出量以滿足液壓系統(tǒng)對于流量的需求。
[0041]故障診斷模塊包括故障報警模塊和故障急停模塊，當程序初始化過程中和程序運行過程中，故障診斷模塊檢測到系統(tǒng)出現的異常時間超過限度或者各項指數異常超過安全范圍，就會啟動故障報警模塊和故障急停模塊，待故障排除后，恢復正常工作。
[0042]卸荷控制模塊實現對卸荷閥進行按要求、按需求控制，當果園作業(yè)平臺前進、后退、轉向或者工作臺升降時，輸出控制信號使卸荷閥處于打開狀態(tài)，及時卸荷油液壓力，起到了回路控制作用，提高效率，保護變量泵。
[0043]PID控制模塊是控制系統(tǒng)核心計算模塊，以升降油缸控制為例，當PLC接收到來自本地控制面板或者無線遙控終端對于油缸升高或下降位置的控制信號時，油缸位移傳感器輸入油缸位置信號，兩者比較，如果偏差超過一定范圍，啟動PID算法，調節(jié)油缸電液比例閥開度，使偏差在該范圍內，啟動積分調節(jié)，直到偏差趨于為O ;當初始偏差較大時，比例環(huán)節(jié)(P)調節(jié)起主要作用，縮短響應時間，當達到一定范圍時，積分環(huán)節(jié)(I)和微分環(huán)節(jié)(D)起主要作用，使油缸準確、平穩(wěn)的達到達要求的位置。PID控制模塊與履帶控制模塊和油缸升降控制模塊相結合，實現果園作業(yè)平臺的行走控制和工作臺的準確穩(wěn)定升降控制。
[0044]圖3是系統(tǒng)工作臺升降控制示意圖，也是油缸升降控制示意圖，當PLC讀取到來自本地控制面板或者無線遙控終端對于油缸升高或下降位置的信號時，輸出電信號給油缸升降換向閥，確定工作臺升降工作模式，此時升降油缸位移傳感器輸入油缸位置信號，經過A/D轉換，與油缸控制要求目標位置數據加以比較，根據偏差，調用PID控制模塊，經過比例環(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，輸出控制數據信號，經過D/A轉換驅動調節(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，工作臺平穩(wěn)、準確到達目標要求位置，實現控制要求。
【權利要求】
1.一種果園作業(yè)平臺的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、報警系統(tǒng)和電源模塊；具體而言，PLC控制器內部存儲有自定義控制邏輯程序；本地控制面板與PLC控制器相連用于實現對生產現場的運行監(jiān)控和本地操控；無線遙控終端通過信號發(fā)射裝置和無線接收模塊與PLC控制器相連用于實現對于果園作業(yè)平臺的無線遙控操作；傳感器與PLC控制器相連用于檢測左右履帶行駛的速度和升降油缸的位置以及監(jiān)測系統(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動馬達的轉速和液壓油缸的升降；報警系統(tǒng)與PLC控制器相連用于對系統(tǒng)故障進行檢測判斷，進行報警；電源模塊與PLC控制器相連負責給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現對果園作業(yè)平臺的行駛、轉向以及平臺升降的控制；PLC的主要功能是采集傳感器傳來的信號，包括左右履帶速度信號、油缸位置信號，接收面向用戶的控制指令并通過PLC控制器內預先編制好的程序，執(zhí)行其邏輯運算、順序控制、算數操作輸出PWM信號，控制電液比例閥的開度以及電磁換向閥開關量，實現果園作業(yè)平臺的行駛和轉向以及工作臺的升降； 所述本地控制面板，是人機交互的一種便捷方式，本地控制面板上設置有轉向旋鈕、速度旋鈕、前進/后退按鈕開關、油缸升降按鈕開關和急停開關，用于工作過程中的實時控制，包括左右履帶的速度控制，前進、后退、轉向以及工作臺的升降控制； 所述無線遙控終端，是人機交互的另一種更為便捷的方式，無線遙控終端上設置有速度增減按鍵和模式切換按鍵以及急停開關，通過信號發(fā)射裝置和無線接收模塊與PLC控制器相連，完成對于工作臺的遠程實時操作； 所述電磁閥組包括變量泵比例閥、左馬達電液比例閥、右馬達電液比例閥、左馬達正反轉換向閥、右馬達正反轉換向閥、卸荷閥、油缸升降換向閥和油缸升降比例閥，作為整個PLC控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構接收來自PLC控制器的控制信號，通過電磁閥組開閉實現對于果園作業(yè)平臺的控制； 所述報警系統(tǒng)配備報警燈和報警蜂鳴器與PLC控制器相連，聲光報警系統(tǒng)不同指示燈表示系統(tǒng)的不同工作狀態(tài)，可以及時提醒工作人員盡快采取相應措施，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)平臺的PLC控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的工作流程在于:發(fā)動機啟動后，打開控制箱開關，首先進行設備初始化，如不正常，將會自動報警，待故障解除后才能繼續(xù)工作；如設備正常，系統(tǒng)進入初始化后往下運行；設備將判斷果園作業(yè)平臺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，關閉急停旋鈕，開始果園作業(yè)平臺操作；PLC接收面向用戶本地控制面板旋鈕開關指令，并執(zhí)行預先編制好的程序，通過其邏輯運算、順序控制、算數操作輸出PWM信號，控制電液比例閥的開度以及電磁換向閥開關量，來實現果園作業(yè)平臺的行駛和轉向以及工作臺的升降等操作；在遠程遙控工作模式下，無線遙控終端通過信號發(fā)射裝置和無線接收模塊給PLC發(fā)送指令，進而控制果園作業(yè)平臺的工作。
3.根據權利要求1所述的一種果園作業(yè)平臺的PLC控制系統(tǒng)，其特征在于:本發(fā)明通過PLC實現了對果園作業(yè)平臺的本地和遠程無線控制，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按要求調用子程序模塊，采集速度傳感器傳來的左右履帶速度信號和油缸位移傳感器傳來的油缸位置信號，通過邏輯運算、順序控制、算數操作輸出PWM信號，控制電磁閥組開閉，進而實現對果園作業(yè)平臺前進、后退、行駛速度、轉向以及工作臺的控制； 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程序設計采用結構化語句(ST語言)，設置子程序模塊，使程序執(zhí)行效率更高，也便于對不同程序模塊進行修改完善；所述的PLC控制程序主要完成系統(tǒng)參數初始化、傳感器的檢測數據的采集、旋鈕開關輸入信號的讀取以及對電磁閥組的輸出控制； 所述主程序模塊完成對各子程序功能模塊的調用及切換； 所述初始化模塊實現對系統(tǒng)各種參數的初始化處理，包括一些電磁閥組、開關旋鈕的初始化處理，若各硬件初始化參數正常，則繼續(xù)運行程序，否則調用故障診斷程序，報警急停; 所述傳感器控制模塊包括左右履帶速度檢測模塊和油缸位移檢測模塊，左右履帶速度檢測模塊實現對左右履帶速度檢測處理，通過讀取速度傳感器的輸入值，根據公式轉換，計算出左右履帶的實際速度；油缸位移檢測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)，用于檢測油缸的實際位置； 所述無線遙控控制模塊實現了通過無線遙控控制終端對于果園作業(yè)平臺的遠程無線控制，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)的檢測和準確平穩(wěn)控制實現了工作臺的升降控制，通過采集油缸位移傳感器輸入，以及本地控制面板或者遠程遙控終端所輸入的控制信息，調用PID控制模塊，計算輸出PWM信號，控制油缸升降比例閥和油缸升降換向閥來實現對工作臺升降速度、升降時間和升降位置的控制，根據作業(yè)要求，設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)的基礎程序模塊，通過左右履帶的速度控制可以實現果園作業(yè)平臺的前進、后退、轉向以及行走速度的控制，程序通過對控制指令進行判斷，若是轉向指令，讀取左右履帶速度傳感器采集的履帶實時速度和所要求轉向角度，經過數據處理后調用PID控制模塊，輸出控制電信號給左右馬達電液比例閥，實現果園作業(yè)平臺按要求轉向控制；若是前進、后退指令，程序根據控制指令輸入驅動相應的前進、后退電磁換向閥工作，對于前進、后退速度的控制，需要根據左右履帶速度傳感器的實時速度輸入和控制指令速度要求調用PID控制模塊，經過計算處理后輸出PWM信號給左右馬達電液比例閥以控制果園作業(yè)平臺按控制要求前進、后退； 所述變量泵控制模塊實現對變量泵流量輸出控制，當系統(tǒng)有前進、后退動作和油缸升降動作時，變量泵控制模塊控制變量泵的輸出量以滿足液壓系統(tǒng)對于流量的需求； 所述故障診斷模塊包括故障報警模塊和故障急停模塊，當程序初始化過程中和程序運行過程中，故障診斷模塊檢測到系統(tǒng)出現的異常時間超過限度或者各項指數異常超過安全范圍，就會啟動故障報警模塊和故障急停模塊，待故障排除后，恢復正常工作； 所述卸荷控制模塊實現對卸荷閥進行按要求按需求控制，當果園作業(yè)平臺前進、后退、轉向或者工作臺升降時，輸出控制信號使卸荷閥處于打開狀態(tài)，及時卸荷油液壓力，起到了回路控制作用，提高效率，保護變量泵； 所述PID控制模塊是控制系統(tǒng)核心計算模塊，以升降油缸控制為例，當PLC接收到來自本地控制面板或者無線遙控終端對于油缸升高或下降位置的控制信號時，油缸位移傳感器輸入油缸位置信號，兩者比較，如果偏差超過一定范圍，啟動PID算法，調節(jié)油缸電液比例閥開度，使偏差在該范圍內，啟動積分調節(jié)，直到偏差趨于為O ;當初始偏差較大時，比例環(huán)節(jié)(P)調節(jié)起主要作用，縮短響應時間；當達到一定范圍時，積分環(huán)節(jié)(I)和微分環(huán)節(jié)(D)起主要作用，使油缸準確、平穩(wěn)到達要求的位置，PID控制模塊與履帶控制模塊和升降油缸控制模塊相結合，實現果園作業(yè)平臺的行走控制和工作臺的準確、穩(wěn)定升降控制。
【文檔編號】G05B19/05GK104298165SQ201410503519
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月19日 優(yōu)先權日:2014年9月19日
【發(fā)明者】黨革榮, 石家慶, 陳軍, 虞雷, 梁琦 申請人:西北農林科技大學