玉米秸秆圆捆打捆包膜机控制系统设计

玉米秸秆圆捆打捆包膜机控制系统设计

崔力韦;王家忠;邢雅周;郑玉忠

【摘要】Technology and equipment of curing silage collection is the key of silages' scale industrial utilization. In reference to this paper on the basis of a large number of literature, a new type of round baling and wrapping machine for maize silage was developed and according to the specific structure of the machine, a reasonable control system was designed. Using PLC based on the controller bus, with the sensor and inverter technology and using the friendly and easy human-machine interface of touch screen to monitoring the process of baling and wrapping. The results show that the baling and wrapping machine achieve the automation and efficiency and stable operation.%秸秆收集固化成型技术及装备是进行秸秆生物质规模化工业综合利用的关键.本研究在参考了大量国内外文献的基础上,研发了新型玉米秸秆圆捆打捆包膜机,并根据整机的具体结构设计了合理的控制方案.采用基于总线的PLC为控制器,配合传感器和变频调速技术,利用触摸屏友好方便的人机界面对打捆包膜过程实施监控,实现了打捆包膜机顺序动作自动化和高效、稳定的运行,极大提高了打捆包膜机的工作效率.

【期刊名称】《河北农业大学学报》

【年(卷),期】2011(034)005

【总页数】5页(P98-102)

【关键词】玉米秸秆;打捆;包膜;PLC;触摸屏

【作者】崔力韦;王家忠;邢雅周;郑玉忠

【作者单位】河北农业大学机电工程学院,河北保定071001;河北农业大学机电工程学院,河北保定071001;河北农业大学机电工程学院,河北保定071001;黄骅市职教中心,河北沧州061100

【正文语种】中文

【中图分类】TP13

据统计,全国每年大约有8亿t的玉米秸秆,其中有70%被农民丢弃或就地焚烧,这不但造成巨大的资源浪费,而且烟雾会影响周边公路交通甚至引起火灾,安全隐患严重[1]。将玉米秸秆综合利用,研发秸秆收集固化成型技术及装备是进行秸秆生物质规模化工业综合利用的关键。自主研发秸秆收集固化成型技术及装备已成为解决“三农”与环境问题,促进社会经济可持续发展的必然选择[2]。

目前玉米秸秆青储设备主要有窖储、方捆机和圆捆机3种形式。据研究,秸秆包贮比窖贮酸性小、氨气含量低、霉菌少、温度低,利于秸秆贮藏。相比而言,圆捆比方捆外形美观、密实度高、秸秆贮藏质量好、更加便于运输。圆捆打捆包膜机既能方便玉米秸秆的贮藏和运输又能为反刍牛、羊等动物提供优质饲料[3]。

在打捆机研制方面,国内外学者进行了大量研究。在国外,农作物秸秆收获机械已经有将近100年的发展历史,高密度、大型化是其重点发展方向[4]。目前国际上大型的设备制造商分别有德国CLAAS(克拉斯)公司、美国CNH(凯斯-纽荷兰)公司、美国 JOHNDEERE(约翰迪尔)公司、德国的krone和挪威的Orkel等,他们生产的装备种类齐全,配套性能高,可实现秸秆收获的全程机械化,但价格昂贵,如挪威Orkel 公司生产的MP2000打捆包膜机折合人民币200万元,目前我国农民的购买力很难

达到[5]。

我国秸秆收获机械的真正起步大约在2000年左右,主要以引进为主,从小方捆打捆

机开始,陆续研发了小圆捆打捆机、正牵引小方捆打捆机、侧牵引小方捆打捆机以

及二次压缩机等产品。

在打捆机控制系统方面,国外大多采用基于现场总线的PLC控制。典型机型有瑞典松德斯公司生产的KNSS650型打捆机和意大利达涅利公司生产的 LF型钢材打捆机,均采用西门子SIMATIC 6ES5-115U系列PLC进行控制,同时配合PC机用于现场监测控制,以保证整机稳定可靠运行;美国凯斯纽荷兰公司生产的BR6000系列圆捆打捆机采用基于CAN总线的PLC进行控制,适用于野外控制等环境复杂场合[6]。我国打捆机控制系统多采用单片机或电路板等。石家庄农机研究所研发的4QZ型打捆机和新疆机械研究院开发的牧神S170型打捆机采用单片机控制,并采用拖拉

机牵引;山东农业大学采用4路开关结合RS去抖电路进行控制,首创双绳同步缠绕

技术和装置,实现网格绕绳打捆,该控制系统合理并且具有创新性[7]。

总之,鉴于技术和投入成本的限制,我国的秸秆收集固化成型关键技术及装备,尤其是玉米秸秆收获技术及设备的自动化水平较低[8]。我国已经投入使用的打捆机大部

分采用机械直接压方捆,较多采用的单片机控制,工作效率和可靠性较之国外有很大

差距。

电子技术、计算机技术、PLC技术和单片机技术的发展为打捆包膜技术提供了有

利的技术基础[9]。在参考了国内外文献的基础上,本研究以粉碎的玉米秸秆为对象,参考国外先进机型设计理念,对玉米秸秆打捆包膜设备进行研究,开发出适合我国国

情的玉米秸秆打捆包膜机控制系统,大大提高了打包效率,保证了农时青贮的要求。

1 打捆包膜机的总体设计方案

玉米秸秆打捆包膜机整机由上料单元、打捆单元、包膜单元、底盘和控制单元等组成,如图1所示。