1、引言
隨著城市綠化水平的不斷提高，各個大中城市的林木保有量大大增加，而樹木修剪下來的樹枝、秋季到來時大量的枯樹枝、樹葉及樹根都需要處理，其工作量變得越來越大。同樣的問題在大型林場也普遍存在。
為此，國內外已經開發出了多種樹枝
粉碎機，如美國的Vermeer（威猛）樹枝粉碎機，日本的ZENOAH（小松）樹枝粉碎機，以及國內的維邦F1024樹枝粉碎機和北京市農業機械推廣總站開發的SFJ-8.0樹枝粉碎機等。這些粉碎機都能把一定尺寸的樹枝通過切斷、粉碎等過程加工成碎木屑或短小的枝條，既可作為肥料，又可用做板材的原料，還可以進行人造木炭加工等后處理。但這些設備自動化程度低，加工能力小，不適合于林場、園林局等需要大規模處理樹枝的部門。可編程序控制器( PLC)作為對傳統機械進行自動化改造的強有力手段，完全可以勝任這項工作。
2、粉碎機自動控制的要求
適應大量生產的樹枝粉碎機，由傳送帶上料并向投料箱投料（所投料已經過簡單的分揀、排列等處理）。集料槽接料并計量，人工包裝。
粉碎機的工作過程如圖1所示（1#為上料傳送帶電機，2#為集料槽液壓頂升電機）。
其自動控制要求如下：
(1)粉碎機主電機啟動2min后，上料傳送帶電機啟動（主電機需要空轉預熱），開始粉碎加工。集料槽接料。
(2)集料槽底部安裝的重量傳感器若檢測到重量已達包裝標準時，用蜂鳴器提示工人接料。5s后2#電機啟動，先將卸料口關閉，再將集料槽頂翻倒出碎料（均由2#電機驅動，兩個動作先后聯動），到達傾覆位置時，2#停機l0s，以便工人裝料。完成后復位（集料箱復位與卸料口的閉合也是先后聯動的），共計用時20s。
(3)按下停機按鈕時，上料傳送帶運轉l0s后（物料從送上傳送帶到進入投料口的時間為6s）停機。再經過35s（投料箱內物料全部粉碎完需要30s）后，粉碎機主電機停機。又經過10s，2#電機啟動，將集料箱內的物料倒出(工作過程如(2)中所述）。復位后2#停機。
(4)按下急停按鈕時，1#、2#電機及主電機都停機。
(5)粉碎機主電機要能單獨啟停和反轉，以便檢修。
(6)主電機嚴重過載，影響電機安全時，由PLC發出信號，切斷主電機電源和上料傳送帶電源。
3、主電機負載檢測功能
粉碎過程中，由于較粗的樹枝或較硬的異物卡住刀片，或者因投料量太大導致刀片咬死，就會發生過載。過載時間過長，電動機將從電網中吸收大量的有功功率，電流急劇增大，溫度隨之上升，高溫下電動機的絕緣便老化失效而燒毀。因此，在一般粉碎機主電機中都有過載保護裝置或自動調速系統。
通過監測電機電流的方法可以做到電機過載保護。如果采用PLC直接監測電機電流從而判斷是否過載的方案，則PLC需要模擬量輸入和處理模塊，價格會大大提高，勢必造成粉碎機成本高昂。因此，本設計中采用前置處理電路對電動機電流進行監測，通過一定的運算和判斷后，變成開關量信號后送入PLC，再由PLC控制電機停止。具體方法和步驟如下。
(l)由采樣互感器將電機電流轉換成0~SA交流信號，通過轉換變壓器轉換成0~ 15V交流電壓后經橋式整流電路變為直流電壓，再經過限流采樣和無感濾波，如圖2所示。
(2)信號送由運放UA組成的積分器積分，其輸出送由UD組成的比較器后送輸入電路。采用這樣的電路是基于以下思想：電機允許短時過載，不必馬上切斷電機電源，這樣可以充分利用電機的過載能力；只有當嚴重過載超過一定的時間（這個時間與電機具體參數有關，這里不再贅述）后，為了保護電機電樞不致溫升過高而燒毀，必須切斷電機電源。前置處理電路連續檢測主電機電流，將檢測到的電流變化經過積分等運算，在比較器內與一個預先設定好的值（該值由電機允許過載的最大電流及最長過載時間決定）比較，從而判斷電機的負載狀況是否處于危險狀態。如果超過被比較值，則發出封鎖信號。前置處理電路如圖3所示。
為防止整流二極管開路時變壓器B次級產生高壓，在B次級兩端裝入Rl電阻。Cl為電容濾波，R4為分壓取樣電阻，C2、R5、C3組成無感輸出濾波。
(3)由比較器送來的信號送輸入電路，由輸入電路將模擬信號轉換成開關量信號，再送入PLC，由PLC發出信號停機，輸入電路見圖4。
4、PLC選型與接線、編程
4.1PLC選型
本機需要6個按鈕：整機啟動、停機按鈕，主電機單獨啟動、停止：反轉按鈕，急停按鈕。另外，還需要兩個輸入點，一個用于輸入主電機負載檢測電路送來的過載控制信號，另一個用來接收重量傳感器的計量達標信號。所以，輸入點數總共為8個。
輸出點數為5，即1#電機、2#電機、主電機正、反轉接觸器，集料槽重量達標后蜂鳴器提示信號。
1/0點數總計為13個。
選用性價比很高的西門子S7-200系列PLC，CPU224。I/O點數為14/10。
4.2現場器件與PLC內部繼電器對照
現場器件與PLC內部繼電器對照如表1所示。
4.3 PLC與現場器件的實際連接
如圖4所示，由前置處理電路送來的電機過載封鎖信號經過三極管的功率放大后使繼電器Jl的觸點閉合，將一個開關量信號送入PLC，由PLC發出指令切斷主電機電源和上料傳送帶電機電源，實現過載保護。
4.4梯形圖
如圖5所示，圖中1M，2M，3M為中間繼電器。T×為定時器。
5、結束語
通過PLC對樹枝粉碎機進行改造，提高了它的自動化程度，同時又控制了成本，達到了自動化、大型化的目的。這種方式對其它農產品加工機械的改造也有一定的借鑒意義。
