[发明专利]一种果园作业平台的PLC控制系统

摘要

本发明涉及一种果园作业平台的PLC控制系统，该系统的PLC控制器内部存储有自定义控制逻辑程序，本地控制面板与PLC控制器相连用于实现对生产现场的运行监控和本地操控，无线遥控终端通过信号发射装置和无线接收模块与PLC控制器相连用于实现对于果园作业平台的远程无线遥控操作；传感器与PLC控制器相连用于检测左右履带行驶的速度和升降油缸的位置，监测系统的工作状态；电磁阀与PLC控制器连接用于控制左右驱动马达的转速和油缸的升降；报警系统与PLC控制器相连用于对系统故障进行检测判断，进行报警。本发明实现了对果园作业平台的电子控制，改变了传统的机械操作，减轻了劳动强度，提升了工作效率，增强了操作安全性。

主权项

1.一种果园作业平台的PLC控制系统，其特征在于：该系统包括PLC控制器、本地控制面板、无线遥控终端、传感器、电磁阀组、报警系统和电源模块；具体而言，PLC控制器内部存储有自定义控制逻辑程序；本地控制面板与PLC控制器相连用于实现对生产现场的运行监控和本地操控；无线遥控终端通过信号发射装置和无线接收模块与PLC控制器相连用于实现对于果园作业平台的无线遥控操作；传感器与PLC控制器相连用于检测左右履带行驶的速度和升降油缸的位置以及监测系统的工作状态；电磁阀组与PLC控制器连接用于控制左右驱动马达的转速和液压油缸的升降；报警系统与PLC控制器相连用于对系统故障进行检测判断，进行报警；电源模块与PLC控制器相连负责给PLC提供直流24V电源；系统采用高性能PLC为核心，采用本地操控和无线控制两种方式实现对果园作业平台的行驶、转向以及平台升降的控制；PLC的主要功能是采集传感器传来的信号，包括左右履带速度信号、油缸位置信号，接收面向用户的控制指令并通过PLC控制器内预先编制好的程序，执行其逻辑运算、顺序控制、算数操作输出PWM信号，控制电液比例阀的开度以及电磁换向阀开关量，实现果园作业平台的行驶和转向以及工作台的升降；所述PLC控制器包括主程序模块、初始化模块、传感器控制模块、无线遥控控制模块、油缸升降控制模块、履带速度控制模块、变量泵控制模块、故障诊断模块、卸荷控制模块和PID控制模块；所述传感器控制模块包括左右履带速度检测模块和油缸位移检测模块；左右履带速度检测模块实现对左右履带速度检测处理，通过读取速度传感器的输入值，根据公式转换，计算出左右履带的实际速度；所述本地控制面板，是人机交互的一种便捷方式，本地控制面板上设置有转向旋钮、速度旋钮、前进/后退按钮开关、油缸升降按钮开关和急停开关，用于工作过程中的实时控制，包括左右履带的速度控制，前进、后退、转向以及工作台的升降控制；所述无线遥控终端，是人机交互的另一种更为便捷的方式，无线遥控终端上设置有速度增减按键和模式切换按键以及急停开关，通过信号发射装置和无线接收模块与PLC控制器相连，完成对于工作台的远程实时操作；所述电磁阀组包括变量泵比例阀、左马达电液比例阀、右马达电液比例阀、左马达正反转换向阀、右马达正反转换向阀、卸荷阀、油缸升降换向阀和油缸升降比例阀，作为整个PLC控制系统的执行机构接收来自PLC控制器的控制信号，通过电磁阀组开闭实现对于果园作业平台的控制；所述报警系统配备报警灯和报警蜂鸣器与PLC控制器相连，声光报警系统不同指示灯表示系统的不同工作状态，可以及时提醒工作人员尽快采取相应措施，从而避免或减少危害带来的损失，提高安全性能；通过PLC实现了对果园作业平台的本地和远程无线控制，用户通过本地控制面板或者无线遥控终端向PLC发出控制指令，PLC按要求调用子程序模块，采集速度传感器传来的左右履带速度信号和油缸位移传感器传来的油缸位置信号，通过逻辑运算、顺序控制、算数操作输出PWM信号，控制电磁阀组开闲，进而实现对果园作业平台前进、后退、行驶速度、转向以及工作台的控制；PLC控制器包括主程序模块、初始化模块、传感器控制模块、无线遥控控制模块、油缸升降控制模块、履带速度控制模块、变量泵控制模块、故障诊断模块、卸荷控制模块和PID控制模块；PLC程序设计采用结构化语句，设置子程序模块，使程序执行效率更高，也便于对不同程序模块进行修改完善；所述的PLC控制程序主要完成系统参数初始化、传感器的检测数据的采集、旋钮开关输入信号的读取以及对电磁阀组的输出控制；所述主程序模块完成对各子程序功能模块的调用及切换；所述初始化模块实现对系统各种参数的初始化处理，包括一些电磁阀组、开关旋钮的初始化处理，若各硬件初始化参数正常，则继续运行程序，否则调用故障诊断程序，报警急停；油缸位移检测模块用于油缸升降控制模块的信息输入和故障诊断系统，用于检测油缸的实际位置；所述无线遥控控制模块实现了通过无线遥控控制终端对于果园作业平台的远程无线控制，无线控制范围距离为10m，无线遥控控制模块采用按键脉冲次数选择控制模式，用于选定模拟量增减按键工作模式和模拟量增减，程序中设定增量值便于控制；所述油缸升降控制模块是控制系统的基本功能模块，通过油缸升降状态的检测和准确平稳控制实现了工作台的升降控制，通过采集油缸位移传感器输入，以及本地控制面板或者远程遥控终端所输入的控制信息，调用PID控制模块，计算输出PWM信号，控制油缸升降比例阀和油缸升降换向阀来实现对工作台升降速度、升降时间和升降位置的控制，根据作业要求，设定油缸的最大工作行程为6m，即工作的最大升降高度为6m；所述履带速度控制模块是控制系统的基础程序模块，通过左右履带的速度控制可以实现果园作业平台的前进、后退、转向以及行走速度的控制，程序通过对控制指令进行判断，若是转向指令，读取左右履带速度传感器采集的履带实时速度和所要求转向角度，经过数据处理后调用PID控制模块，输出控制电信号给左右马达电液比例阀，实现果园作业平台按要求转向控制；若是前进、后退指令，程序根据控制指令输入驱动相应的前进、后退电磁换向阀工作，对于前进、后退速度的控制，需要根据左右履带速度传感器的实时速度输入和控制指令速度要求调用PID控制模块，经过计算处理后输出PWM信号给左右马达电液比例阀以控制果园作业平台按控制要求前进、后退；所述变量泵控制模块实现对变量泵流量输出控制，当系统有前进、后退动作和油缸升降动作时，变量泵控制模块控制变量泵的输出量以满足液压系统对于流量的需求；所述故障诊断模块包括故障报警模块和故障急停模块，当程序初始化过程中和程序运行过程中，故障诊断模块检测到系统出现的异常时间超过限度或者各项指数异常超过安全范围，就会启动故障报警模块和故障急停模块，待故障排除后，恢复正常工作；所述卸荷控制模块实现对卸荷阀进行按要求按需求控制，当果园作业平台前进、后退、转向或者工作台升降时，输出控制信号使卸荷阀处于打开状态，及时卸荷油液压力，起到了回路控制作用，提高效率，保护变量泵；所述PID控制模块是控制系统核心计算模块，以升降油缸控制为例，当PLC接收到来自本地控制面板或者无线遥控终端对于油缸升高或下降位置的控制信号时，油缸位移传感器输入油缸位置信号，两者比较，如果偏差超过一定范围，启动PID算法，调节油缸电液比例阀开度，使偏差在该范围内，启动积分调节，直到偏差趋于为0；当初始偏差较大时，比例环节调节起主要作用，缩短响应时间；当达到一定范围时，积分环节和微分环节起主要作用，使油缸准确、平稳到达要求的位置，PID控制模块与履带控制模块和升降油缸控制模块相结合，实现果园作业平台的行走控制和工作台的准确、稳定升降控制。