随着城市绿化水平的不断提高，各个大中城市的林木保有量大大增加，而树木修剪下来的树枝、秋季到来时大量的枯树枝、树叶及树根都需要处理，其工作量变得越来越大。同样的问题在大型林场也普遍存在。
为此，国内外已经开发出了多种树枝粉碎机，如美国的Vermeer（威猛）树枝粉碎机，日本的ZENOAH（小松）树枝粉碎机，以及国内的维邦F1024树枝粉碎机和北京市农业机械推广总站开发的SFJ-8.0树枝粉碎机等。这些粉碎机都能把一定尺寸的树枝通过切断、粉碎等过程加工成碎木屑或短小的枝条，既可作为肥料，又可用做板材的原料，还可以进行人造木炭加工等后处理。但这些设备自动化程度低，加工能力小，不适合于林场、园林局等需要大规模处理树枝的部门。可编程序控制器( PLC)作为对传统机械进行自动化改造的强有力手段，完全可以胜任这项工作。
2、粉碎机自动控制的要求
适应大量生产的树枝粉碎机，由传送带上料并向投料箱投料（所投料已经过简单的分拣、排列等处理）。集料槽接料并计量，人工包装。
粉碎机的工作过程如图1所示（1#为上料传送带电机，2#为集料槽液压顶升电机）。
其自动控制要求如下：
(1)粉碎机主电机启动2min后，上料传送带电机启动（主电机需要空转预热），开始粉碎加工。集料槽接料。
(2)集料槽底部安装的重量传感器若检测到重量已达包装标准时，用蜂鸣器提示工人接料。5s后2#电机启动，先将卸料口关闭，再将集料槽顶翻倒出碎料（均由2#电机驱动，两个动作先后联动），到达倾覆位置时，2#停机l0s，以便工人装料。完成后复位（集料箱复位与卸料口的闭合也是先后联动的），共计用时20s。
(3)按下停机按钮时，上料传送带运转l0s后（物料从送上传送带到进入投料口的时间为6s）停机。再经过35s（投料箱内物料全部粉碎完需要30s）后，粉碎机主电机停机。又经过10s，2#电机启动，将集料箱内的物料倒出(工作过程如(2)中所述）。复位后2#停机。
(4)按下急停按钮时，1#、2#电机及主电机都停机。
(5)粉碎机主电机要能单独启停和反转，以便检修。
(6)主电机严重过载，影响电机安全时，由PLC发出信号，切断主电机电源和上料传送带电源。
3、主电机负载检测功能
粉碎过程中，由于较粗的树枝或较硬的异物卡住刀片，或者因投料量太大导致刀片咬死，就会发生过载。过载时间过长，电动机将从电网中吸收大量的有功功率，电流急剧增大，温度随之上升，高温下电动机的绝缘便老化失效而烧毁。因此，在一般粉碎机主电机中都有过载保护装置或自动调速系统。
通过监测电机电流的方法可以做到电机过载保护。如果采用PLC直接监测电机电流从而判断是否过载的方案，则PLC需要模拟量输入和处理模块，价格会大大提高，势必造成粉碎机成本高昂。因此，本设计中采用前置处理电路对电动机电流进行监测，通过一定的运算和判断后，变成开关量信号后送入PLC，再由PLC控制电机停止。具体方法和步骤如下。
(l)由采样互感器将电机电流转换成0~SA交流信号，通过转换变压器转换成0~ 15V交流电压后经桥式整流电路变为直流电压，再经过限流采样和无感滤波，如图2所示。
(2)信号送由运放UA组成的积分器积分，其输出送由UD组成的比较器后送输入电路。采用这样的电路是基于以下思想：电机允许短时过载，不必马上切断电机电源，这样可以充分利用电机的过载能力；只有当严重过载超过一定的时间（这个时间与电机具体参数有关，这里不再赘述）后，为了保护电机电枢不致温升过高而烧毁，必须切断电机电源。前置处理电路连续检测主电机电流，将检测到的电流变化经过积分等运算，在比较器内与一个预先设定好的值（该值由电机允许过载的最大电流及最长过载时间决定）比较，从而判断电机的负载状况是否处于危险状态。如果超过被比较值，则发出封锁信号。前置处理电路如图3所示。
为防止整流二极管开路时变压器B次级产生高压，在B次级两端装入Rl电阻。Cl为电容滤波，R4为分压取样电阻，C2、R5、C3组成无感输出滤波。
(3)由比较器送来的信号送输入电路，由输入电路将模拟信号转换成开关量信号，再送入PLC，由PLC发出信号停机，输入电路见图4。
4、PLC选型与接线、编程
4.1PLC选型
本机需要6个按钮：整机启动、停机按钮，主电机单独启动、停止：反转按钮，急停按钮。另外，还需要两个输入点，一个用于输入主电机负载检测电路送来的过载控制信号，另一个用来接收重量传感器的计量达标信号。所以，输入点数总共为8个。
输出点数为5，即1#电机、2#电机、主电机正、反转接触器，集料槽重量达标后蜂鸣器提示信号。
1/0点数总计为13个。
选用性价比很高的西门子S7-200系列PLC，CPU224。I/O点数为14/10。
4.2现场器件与PLC内部继电器对照
现场器件与PLC内部继电器对照如表1所示。
4.3 PLC与现场器件的实际连接
如图4所示，由前置处理电路送来的电机过载封锁信号经过三极管的功率放大后使继电器Jl的触点闭合，将一个开关量信号送入PLC，由PLC发出指令切断主电机电源和上料传送带电机电源，实现过载保护。
4.4梯形图
如图5所示，图中1M，2M，3M为中间继电器。T×为定时器。
5、结束语
通过PLC对树枝粉碎机进行改造，提高了它的自动化程度，同时又控制了成本，达到了自动化、大型化的目的。这种方式对其它农产品加工机械的改造也有一定的借鉴意义。
