論我國飼料加工企業電控系統的研發

洪小平

從理論上來說，任何場合用電都要通過電控系統，只不過有些場所的用電非常簡單（如居民用電），這時一般不用系統這種說法，其實，它可以看成是一種簡化的電控系統。從供電部門的角度來看，供電場所大致分為四大類，即工業用電、農業用電、商業用電、居民用電。這四大類用電場所，工業用電現今已達到用電總量的60%以上，隨著中國工業化程度的提高，這一比例還會增大。由于工業用電量大且用電設備復雜，所以電控系統在工業領域普遍采用，而且在許多工業類企業中常采用集中控制的方式（即采用中央控制室的模式）對電能加以集中控制。不過，值得注意的是，在某些簡單的用電場合，有時也會采用集中控制的方式，如許多較高檔的賓館，房間中所有的用電器開關及旋鈕都集中在床頭柜上，以便于使用者操作。一般來說，我們把用來輸送電能的線路叫一次線路，把控制電能輸送的電路叫二次線路，在商業用電及居民用電兩大場合，往往把控制電路直接安排在一次線路上。在這些場合就沒有二次線路的說法。例如，對一個照明燈的供電，作為控制電路的開關就直接接在供電線路（一次線路）上，而對于工業、農業用電，由于用電設備功率大且復雜，二次線路與一次線路是相互隔離的（如通過繼電器或接觸器的線圈與觸點進行隔離）。對于許多更復雜的工業場所，還得大量采用智能化控制方式，如利用電腦等電子線路對用電行為進行更復雜的控制，電子線路首先對二次線路進行控制，再由二次線路去控制一次線路對用電設備的供電，在這種情況下，我們可以定義控制二次線路的電子線路為三次線路。

1 普通電控系統的設計方法

對于工業供電，大致可分為兩種情況，即并聯式生產企業及串聯式生產企業。對于并聯式生產企業，由于其設備大都相同，且其間無相互關系，各自獨立運行，所以其供電類似于居民供電，很簡單，用不著專門的電控系統對其進行供電，例如：服裝廠、大部分機械廠等屬于這類企業。對于串聯式生產企業，由于其各個環節的供電有著復雜的關系，這時就需要專門的電控系統對其進行控制，大部分生產線屬于這種情況。生產線的直觀表達就是工藝流程圖。不同的工業企業有著完全不同的工藝流程圖，就是同一類生產企業，其工藝流程圖也會有些差別。那么，對于這些千差萬別的工藝流程圖，我們該如何為其設計出符合要求的電控系統呢？

一般來說，電控系統的電路設計可分三步進行：①獨立供電；②關系實現；③輔助電路。

1.1 獨立供電

在設計電控系統時，第一步就是給所有的用電器（如電動機或單臺機器設備）供上電，有時可能是自鎖式供電，有時可能是點動式供電。

1.2 關系實現

由于各設備在運行期間有著復雜的關系，例如：互鎖關系、前后相繼關系、順序或逆序運行關系等。這些關系理論上都可由與、或、非三種基本的邏輯關系設計出來，就當今來說，實現這些邏輯關系可采用的方案有三種，通過真實的連線來實現，通過PLC（可編程控制器）來實現，通過IPC（工業電腦）來實現。

1.3 輔助電路

應該說，以上兩步已完成了主體線路的設計，但對于一個實用而又好用的電控系統來說，還要求具有直觀的用戶界面，例如：某臺設備在運轉時應從控制柜上直觀地看得出來，這種功能就靠輔助電路來完成，指示燈電路就是非常常見的輔助電路。

以上談到的三點只包含了開關電路的設計，但在許多生產流水線上存在著數量不等的模擬量，例如：電子秤的讀數、溫度表的讀數等，都是模擬量。要實現這些模擬量與開關量的關系，一般要用到PLC或IPC，而且在許多場合還要實現更進一步的功能，如：記錄生產過程中的數據，并對數據進行各種處理或把數據發送到網上等。

2 我國飼料加工企業電控系統的歷史與現狀

在我國，飼料加工企業大致有30年的歷史了，早期飼料加工一般采用手動式分散控制，即各個工段獨立運行，相應的電控系統亦就近設置，比如：粉碎工段的粉碎機及相關設備就有一臺相應的控制柜控制其運行，而與其它工段無關，這種分散性的控制至今已很少見到，只是在一些小型飼料廠或很老的飼料廠里才有。

進入20世紀90年代，我國開始大量采用美式生產工藝，這時集中控制開始大量出現，并成為主流的電控方式，有的企業（特別是那時的國有飼料企業）為了采用所謂的世界上最先進的技術，高價引進了不少國外的全屏控制（全部采用IPC及PLC）電控系統，這些系統使用起來確實很方便，但維護成本十分高昂，不過那時飼料企業利潤很高，那樣的成本一般也能承擔。

進入21世紀后，由于飼料加工企業的持續快速增多，飼料企業的利潤迅速下降。至今，利潤普遍下降了九成甚至更多，飼料加工業從此進入了微利時代，有些飼料廠甚至虧損，在這種情況下，飼料企業的經營者就不得不精打細算，否則就有可能被淘汰出局，這時，企業用人成本、設備維護成本就顯得很突出，直接影響到企業的主要利潤，在這種情況下，企業用人（例如：電工）就只會選工資不很高的，有的飼料企業甚至配不起電工了，而由一些搞機修的人員兼任電工，在這種情況下，原先引進的電控系統幾乎無法維護，加之維修材料亦非常難以購置且價格昂貴，所以出現了大量企業后來逐漸取消當時引進的所謂全屏控制而改為現在的核心部分采用IPC控制（如：配料部分），而其它部分采用通用電路（而非PLC和IPC）進行控制，從而有效地解決了電控系統維護困難且價格昂貴的矛盾。

3 我國飼料加工企業電控系統研發的三大誤區

飼料加工企業屬于一種典型的生產線型工業企業，它具有工業企業的一些共同的特點，同時，它亦有其特殊性的一面，這就意味著所有工業電控技術有的可用于飼料加工業，有的則不適合飼料加工業，由于對我國飼料加工業特殊性的認識不足，而造成了許多飼料加工企業電控系統研發的誤區，給飼料廠家日后的生產活動造成了嚴重的困擾，我們在近幾年就經常碰到飼料加工企業需要我們幫他們整改掉以前系統缺陷的案例。對于這些年來我國飼料加工企業電控系統的缺陷，在此把它們歸納為主要的三大誤區，供有關設計人員及飼料加工企業的相關人員參考。

對于許多缺陷，往往是相對使用環境而言的，所以在確診缺陷之前，有必要先弄清我國現階段的飼料加工企業的“基本國情”。①用電環境方面，我國的用電環境相對來說不能令人滿意，電壓波動大，雜波率高，負荷變化激烈。②從業人員的水平普遍不是很高，大部分為高中畢業甚至更低學歷的水平，盡管現在高校畢業生非常多，但現在的大學生不愿從事艱苦的電工工作，再者他們在大學里其實根本也沒有學到什么真正的技術，水平往往還不如以前的高中甚至初中畢業的老電工。③電氣元、器件供應方面，在我國，電氣元器件還是以傳統的通用電氣元器件為主，而PLC等電子化的電氣設備購置非常不方便，一般到省城的特定地方才能購買到，且各PLC廠家由于其指令系統不同，所以PLC之間就沒有替代性，用戶往往就要“在一棵樹上吊死”，只有買原廠家的PLC或其升級產品，至于到縣城這一級區域，PLC幾乎就更是罕見，而通用的傳統電氣元器件在縣城里都隨處可見。基于以上我國的“基本國情”，筆者在此提出以下三大誤區。

3.1 全屏控制的誤區

所謂“全屏控制”，就是指對飼料生產的所有五大工段全部采用IPC及PLC控制的控制方式，此種方式表面上看起來先進，亦能迷惑許多不太精通電控技術的飼料企業業主，因為說起來好聽，看起來壯觀，只可惜在日后的使用過程中，逐步暴露出其不適應中國的缺陷來。拿粉碎工段來說，通過通用的電路就很容易實現一鍵式從后向前逆序啟動及一鍵式從前向后順序關閉，而全屏控制則是在電腦上用鼠標點擊一下相應的按鈕，再通過IPC把這一信號傳到PLC或端子板，再通過二次線路的繼電器去控制一次線路的接觸器，通過這層層關卡，最終實現了所謂的電腦全屏控制，由于控制環節的增加，故障出現的幾率就成倍增加，更為不幸的是，一旦全屏系統出現了問題，做維護工作的電工往往是束手無策，連手動生產都進行不了，只有等設備廠家的技術人員前來維修，這一等往往就是好幾天的時間，對于許多飼料企業來說，往往是等不起的，會造成很大的經濟損失。我們就經常碰到以前用全屏控制的飼料企業要我們幫他把以前的全屏控制改為通用控制方式的事情。對他們來說，這真是件不小的教訓，以至于許多飼料集團的技術主管發誓再也不會采納不成熟的某些全屏控制系統了。

3.2 PLC應用的誤區

PLC作為一種上世紀普遍采用的工業控制設備，其靈活可變的邏輯電路實現方式給汽車制造等行業帶來了不少的方便，因為只要改變PLC中固化的程序，就可以改變其邏輯電路，且不用重新接線，這對于許多經常要改變生產過程的工業企業確實是非常方便的。但是，飼料加工企業的工藝流程一旦設計完成之后就基本固定不變，加之有了電腦配料系統之后，只要改變配方就可以很方便地生產出符合用戶需求的任何飼料來，這樣一來，往往是PLC一旦用在了飼料加工企業的電控系統中，就從來沒有改變過其內部固化的程序，飼料廠家用于PLC編程的編程器亦沒有配備，因為一方面也沒有必要配，另一方面即使配了也無人會使用，或者當時的電工會用，由于人員的流動，后來接管的電工又不會用等。從理論上來說，如果某種邏輯電路長期不變，用PLC來實現其邏輯關系比用普通實物連線來實現其邏輯關系沒有任何優勢可言，不但沒有優勢，由于用電環境、電工水平及購置方便性等方面的原因，PLC反而存在許多劣勢，以至于最終成為一種缺陷。

3.3 系統軟件的誤區

在談到軟件，特別是作為系統軟件的操作系統，許多人都會跟著美國微軟公司的思路走，總是認為后來出現的操作系統比以前的要先進。

對于商業操作系統來說，這種看法基本上是正確的，但工業控制與商業應用有著本質的區別，其中最本質的區別就是工業控制對實時性要求很高，需要的是實時性很高的操作系統，Windows作為一款成功實用的商業操作系統，其性價比確實不錯，但Windows本質上不是實時操作系統，盡管它也不斷向實時方面努力，所以在使用Windows作為工業控制的系統軟件時就要充分認識到這一點，否則設計出來的電控系統就可能出現許多缺陷。但是，由于Windows有大量的其它系統軟件支持，特別是大量的數據庫系統的支持，所以其數據處理能力是非常強大的，相對而言，其實時控制能力就很不穩定，若要用Windows作為電控系統的系統軟件，就要揚長避短，反復權衡。當然，除Windows之外，還有許多專業的實時系統軟件可供選用，世界上許多一流的從事工業控制的公司，大都使用實時性好的工業操作系統，但其弱點是數據處理能力不夠強大和通用。

4 歷史設計缺陷的修正與未來電控系統的研發

過去十幾年間，由于各種原因而造成了一些存在設計缺陷的電控系統，對于這些有缺陷的電控系統的改造，一般需要做三方面的修正，首先是二次線路方面的重新設計、制作和安裝。由于某些存在缺陷的二次線路常采用PLC來實現其控制邏輯，而由于供電環境的不穩定，時常造成PLC的損壞或其內部固化程序的失效，一般的電工對此常常是束手無策，若改為用實物形態的繼電器、定時器、導線等來加以實現其等效的邏輯電路，電工就會感到得心應手，其元器件的購買也十分方便。其次是模擬屏的制作，凡存在缺陷的電控系統往往沒有模擬屏，一旦控制電腦發生問題，整條生產線就陷入了徹底的癱瘓，連手動生產都無法進行，這必將嚴重影響生產，對于這種系統，要為其增加模擬屏，其上以生產工藝流程圖為背景，配各種手動操作開關、按鈕及指示燈，形成完備的手動控制體系，即使用于自動控制的電腦由于某種原因而不能使用時，還能用手動的方法進行生產，在此期間從容地等待設計廠家來維修，基本上不影響生產。其三是安裝專用的電腦配料系統，對于飼料生產來說，控制難度最大且最復雜的工段就是配料與混合工段，其它工段都是由簡單的邏輯電路組成，所以在配料與混合工段采用技術先進的電腦配料系統是非常必要的，能使整條生產線的自動化程度恰到好處，整套系統簡潔明了，即便于生產，又便于維護。

對于未來我國飼料加工企業電控系統的設計工作，筆者認為要采用自動與手動并行的設計方式進行，即手動與自動都能獨立運行，即使自動控制系統由于某些原因而暫時不能使用，手動控制亦要能很好地工作，形成一種冗余控制機制，現在的復雜設備（例如：飛機、小汽車等）就是采用這種自動手動各自能獨立工作的冗余操控模式，這對于我們設計飼料加工企業的電控系統來說，是值得借鑒的。

[1]洪小平.論飼料加工企業電腦配料系統的研發[J].飼料工業,2005,26(15):57-59.

[2]撫州遠東智能科技有限公司技術部《技術工作大全》.