基于PLC的小型糟辣椒制作设备的研究与设计.pdf

96 第 25 卷第 4 期遵义师范学院学报2023 年 8 月贵州优良的生态环境为有机、绿色辣椒的发展提供理想场所，辣椒已成为贵州省传统特色优势产业之一，近 3 年来，贵州省辣椒的种植面积保持在500 万亩以上1，2，国内的知名辣椒制成品大多出自贵州。贵州人几乎都喜欢食用糟辣椒，不管是在烹饪、火锅、干锅都离不开糟辣椒的身影，同时贵州人也非常喜欢自己亲自制作糟辣椒，其产量也在逐年递增3。调研发现，贵州地区糟辣椒加工过程如图 1 所示，存在以下问题：首先，由于采用人工加工，费时费力、成本高；其次，加工为敞开式，易受污染且刺鼻难受；再次，人工加工随意性大，品质不均匀；最后，糟辣椒加工好后，需添加盐、生姜、大蒜后人工搅拌，糟辣椒不均匀。为了解决上述问题，本文研究设计了一款全自动切割与搅拌糟辣椒制作设备，首先研究设计了糟辣椒设备的机械结构，其次进行设备的电气控制系统设计，并制作了样机。该设备能够很好解决人工加工糟辣椒时所遇到的困难，同时提高了糟辣椒的出产率、辣椒品质均匀性，降低了人工成本、缩短了加工时间，设备集辣椒打碎和搅拌于一体，克服了传统手工加工空气中的真菌及微生物污染糟辣椒的问题。收稿日期：2022-12-25基金项目：遵义市科技局、遵义师范学院联合科技研发基金项目(遵市科合 HZ 字 279 号、遵市科合 HZ 字202010 号、遵市科合HZ 字（2021）206 号、遵市科合 HZ 字 282 号）；遵义市创新人才团队培养计划项目（遵市科人才20212 号）；遵义师范学院学术新苗培养及创新探索专项项目(遵师 XM20201 号-10)；遵义市红花岗区科技计划项目(遵红科合师学202206 号)作者简介：朱正龙，男，贵州遵义人，遵义师范学院工学院副教授，工程师，硕士，主要从事机电液一体化的科研与教学工作。基于 PLC 的小型糟辣椒制作设备的研究与设计朱正龙，罗明猛，叶振环，张强，张南庆，刘小雍（遵义师范学院 工学院，贵州 遵义 563006）摘要：作者设计了一款家用小型糟辣椒制作设备；主要从两方面展开研究与设计，第一部分是机械结构的设计及相关原件选型；第二部分是电气控制系统设计，包括西门子 S7-200PLC 控制电路与控制程序。通过试验验证，所设计的糟辣椒加工设备能够很好地解决传统加工糟辣椒所遇到的加工时间长、取出费力、易污染、品质不均匀、刺鼻等问题。关键词：小型糟辣椒设备；PLC；变频器；传动系统中图分类号：TB4文献标识码：A文章编号：1009-3583（2023）-0096-03Research and Design of a Small Household Equipment forMaking Chopped Pepper Based on PLCZHU Zheng-long,LUO Ming-meng,YE Zheng-huan,ZHANG Qiang,ZHANG Nan-qing,LIU Xiao-yong（School of Engineering,Zunyi Normal University,Zunyi 563006,China）The author designed a small household equipment for making chopped pepper.This paper mainly conduct the research designfrom the following two aspects,the first is the design of mechanical structure and related parts selection,and the second is the electricalcontrol system design,including Siemens S7-200PLC control circuit and control program.Through the test,the designed equipment canwell solve the problems such as time-consuming,difficult to take out,easy to be polluted,uneven quality and pungent in traditional pro-cessing for making chopped pepper.small household equipment for making chopped pepper;PLC;frequency converter;transmission system第 25 卷第 4 期2023 年 8 月遵义师范学院学报Journal of Zunyi Normal UniversityVol.25,No.4Aug.2023 97 图 1 传统糟辣椒加工图1 机械结构设计小型糟辣椒设备机械结构设计过程为规划设计、方案设计、技术设计、施工设计、改进设计、定型设计几步，由切割辣椒的二级传动系统和均匀搅拌的三级传动系统组成，传送机构由皮带、皮带轮、直齿圆锥齿轮、相关的轴构成，实现对辣椒的切割和搅拌作用，执行机构包括三相异步电机、切割轴、切割刀具、搅拌轴、搅拌桨，设计的机械结构三维模型如图 2 所示。图 2 糟辣椒设备三维模型图1-上轴 2-直齿圆锥齿轮 1 3-轴承 4-固定切割轴边框 5-切割轴 6-主框架 7-切割刀具 8-固定切割轴边框 9-搅拌桨 10-搅拌轴 11-直齿圆锥齿轮 2 12-车轮 13-下轴 14-电机轴 15-大带轮轴 16-底板 17-电机 18-V 带 2 19-V 带 1 20-小带轮 21-大带轮 22-V 带 3 23-小带轮小型糟辣椒设备传动系统如图 3 所示，首先通过电机直接带动 V1 和 V3 转动，V1 大齿轮轴带动V2 转动，V1 轴带动圆锥齿轮 8 转动，然后啮合圆锥齿轮 7 转动实现对辣椒的切割，同时V2 带动V4 带动圆锥齿轮 5 和 6 啮合从而带动搅拌轴转动。2 小型糟辣椒设备控制系统设计2.1 控制系统硬件设计小型糟辣椒设备控制系统硬件主要包括西门子图 3 设备传动系统图S7-200 系列 CPU224PLC、MM420 变频器、220V 电源 750W 三相异步电动机，设计的电气控制电路图参考文献4，如图 4 所示，其中 SB1 为低速启动按钮，SB2为高速启动按钮，SB3接通为高速反转运行，SB4 为停止按钮，通过变频器内部参数分别设置低速、高速、反转频率，从而控制电动机的转速。图 4 设备电气控制电路图2.2 电气控制系统软件设计电气控制系统软件地址分配表如表 1 所示，其中，I0.0 为低速启动按钮、I0.1 为高速启动按钮、I0.2为高速反转按钮，I0.3 为停止按钮，Q0.0 接通为低速运行，Q0.0 与 Q0.1 同时接通为高速运行，Q0.0、Q0.1、Q0.2同时接通为高速反转运行；刚开始由于辣椒间空隙较多，首先进行低速切割，待空隙较少时再进行高速切割，为了使辣椒切割更加均匀，需要进行正、反交替切割。表 1I/O 地址分配表种类名称地址输入信号低速启动I0.0输入信号高速启动I0.1输入信号高速反转I0.2输入信号停止按钮I0.3输出信号低速正转Q0.0输出信号高速正转Q0.1输出信号反转Q0.2朱正龙等基于 PLC 的小型糟辣椒制作设备的研究与设计 98 第 25 卷第 4 期遵义师范学院学报2023 年 8 月设计的PLC控制程序参考文献 5，如图 5 所示，程序分析如下：按下启动按钮 I0.0，开始低速切割 5分钟，然后自动实现高速正向切割 10 分钟，再反向高速切割 10 分钟，待观察辣椒切割好后，按下停止按钮I0.3，设备停止工作，切割完成，实物如图6所示。图 5 梯形程序图3 结论(1)研究设计了一台小型家用全自动高效率的槽辣椒制作设备的机械结构、传动系统。(2)研究设计了小型槽辣椒制作设备的电气控制系统的控制器、变频器、电机选型，硬件接线图及控制程序。图 6实物图(3)解决目前市场上人工加工糟辣椒所遇到的加工时间长、取出费力、易污染、品质不均匀、刺鼻等问题。参考文献：1牟玉梅,毛妃凤,张绍刚.贵州省辣椒产业现状与发展建议J.中国蔬菜,2020(2):10-12.2沈瑾,赵毅,蔡学斌.贵州辣椒资源利用及加工产业发展策略J.农业工程技术(农产品加工),2007(12):48-53.3金学欢.贵州省辣椒产业发展研究D.贵阳：贵州大学,2018.4黄永红,刁小燕,项倩雯.电气控制与 PLC应用技术M.北京：机械工业出版社.2018.5向晓汉.西门子PLC高级应用实例精解M.北京：机械工业出版社.2019.（责任编辑：罗东升）（上接 83 页）2任雪婷.中美房地产广告的多模态话语分析D.西安：西安外国语大学,2017.3刘昕，李颖.房地产广告语篇中图像与观看者之间的互动意义J.沈阳农业大学学报(社会科学版),2012，14(1)：123-125.4Janich,nina.Werbesprache:ein ArbeitsbuchM.2.vollst.berarb.u.erw.Auf.,Tbingen:Narr,2001:89-125.5KRESS G，VAN LEEUWEN T.Reading Images:The Gram-mar of Visual Design(2nd ed.)M.London:Routledge，2006.6Halliday mak An introduction to functional GrammarMBeijing:Foreign Language Teaching and Research Press，2000.7李战子.多模式话语的社会符号学分析 J.外语研究，2003(5)：1-8.8张德禄,黄立鹤.多模态与外语教育研究M.上海：同济大学出版社，2018.9Axel Springer.Axel Springer Verlag AG EB/OL.(2021-09-01)2021-04-28.https:/www.immonet.de.10奚浦.住在德国J.上海房产，2015(8)：57-59.11叶胜年.中西文化比较教程M.上海：上海外语教育出版社，2010:18.12王志强.文化价值取向与文化行为方式中西文化价值和文化行为不同性探析J.德国研究，2007(1)：45-46.13王秀哲.美国、德国隐私权宪法保护比较研究J.政法学刊,2007(2)：71-73.14张晓晖.菩提树下的爱情论德语诗歌中的菩提树J.牡丹江大学学报,2008(5):50.15张晓晖.森林-德语诗歌之魂J河北理工大学学报(社会科学版)，2010（10）:184-185.16周宁宁：中德商业视频广告之比较：基于文化德民族性视角德个案研究 2011-2020D.杭州：浙江大学,2020：18-40.（责任编辑：罗智文）