試析PLC技術(shù)下飼料生產(chǎn)線自動(dòng)化控制

姚若體

（廣西農(nóng)墾永新畜牧集團(tuán)西江有限公司廣西 貴港 537100）

試析PLC技術(shù)下飼料生產(chǎn)線自動(dòng)化控制

姚若體

（廣西農(nóng)墾永新畜牧集團(tuán)西江有限公司廣西 貴港 537100）

隨著科技的發(fā)展，目前在自動(dòng)化技術(shù)方面取得了很大的發(fā)展。自動(dòng)化技術(shù)具有智能化和靈活性強(qiáng)的特點(diǎn)。在相關(guān)行業(yè)得到了大量的應(yīng)用，受到人們的熱烈歡迎。在飼料生產(chǎn)線采用自動(dòng)化控制技術(shù)，可以大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，而且也可以大大降低人力的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約飼料加工生產(chǎn)成本。飼料的生產(chǎn)是一個(gè)多輸入、單輸出的系統(tǒng)，針對(duì)這種系統(tǒng)采用PLC技術(shù)來構(gòu)建自動(dòng)化控制系統(tǒng)是最好的控制方式。本文詳細(xì)的闡述了PLC技術(shù)下飼料生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，希望對(duì)相關(guān)的行業(yè)有一定的借鑒作用。

飼料生產(chǎn)；自動(dòng)化控制；配料系統(tǒng)

前言

目前，我國(guó)的畜牧業(yè)生產(chǎn)快速的發(fā)展，而畜牧業(yè)的生產(chǎn)需要大量的飼料，為了提高畜牧業(yè)生產(chǎn)的效率，就需要不斷的提高飼料的生產(chǎn)效率。當(dāng)前，我國(guó)的飼料生產(chǎn)企業(yè)雖然企業(yè)眾多，但大都生產(chǎn)規(guī)模比較小，科技實(shí)力不強(qiáng)，很多甚至沒有科研投入，更別說自動(dòng)化的生產(chǎn)技術(shù)。與國(guó)外的技術(shù)水平還是有很大的差距。針對(duì)這種情況，利用現(xiàn)在PLC控制技術(shù)提高我國(guó)的飼料生產(chǎn)的自動(dòng)化具有重大的意義。當(dāng)前的PLC技術(shù)發(fā)展迅速，非常適合飼料生產(chǎn)的多輸入、單輸出系統(tǒng)，因此PLC成為了很好的技術(shù)方案。

1 飼料生產(chǎn)系統(tǒng)概述

所謂的飼料生產(chǎn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)時(shí)的監(jiān)控管理系統(tǒng)，主要是完成飼料生產(chǎn)過程中對(duì)各種構(gòu)成飼料的原料按照一定的比例進(jìn)行配比和要求進(jìn)行混合，并制成具有營(yíng)養(yǎng)成份的飼料成品。這種自動(dòng)化控制系統(tǒng)在當(dāng)前的市場(chǎng)中具有廣闊的市場(chǎng)前景[1]。在我國(guó)當(dāng)前的飼料生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)主要有給料系統(tǒng)、稱量系統(tǒng)和配料控制系統(tǒng)等幾部分組成。其中，給料系統(tǒng)是將原料儲(chǔ)存機(jī)構(gòu)中的原料轉(zhuǎn)向稱重系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)，并且給料系統(tǒng)要能夠?qū)Σ煌脑线M(jìn)行分別，以便將不同的原料準(zhǔn)確的送給相應(yīng)的稱重系統(tǒng)。稱量部分是飼料生產(chǎn)中的重要一環(huán)，它決定著原來的配比，對(duì)飼料的生產(chǎn)質(zhì)量和效率有重要的影響[2]。控制系統(tǒng)是主要完成對(duì)飼料生產(chǎn)各個(gè)階段的遠(yuǎn)程控制，由各種儀表、可編程控制器和工控機(jī)等部分組成。

1.1 給料方式的選擇

在目前的飼料生產(chǎn)過程中，常采用的給料系統(tǒng)有：電磁給料系統(tǒng)、螺旋給料系統(tǒng)和料門給料系統(tǒng)等[3]。另外，有部分的企業(yè)也還采用傳送帶、真空抽吸和震動(dòng)給料的方式。其中，電磁給料的方式是利用的共振原理，這種方式具有省電、體積小和維護(hù)費(fèi)用低的特點(diǎn)，而且對(duì)料槽的磨損也很小。但這種方式的一個(gè)缺點(diǎn)是對(duì)設(shè)備的安全要求比較高。

1.2 稱重方式選擇

飼料的稱重系統(tǒng)主要是完成對(duì)飼料的配料，在飼料生產(chǎn)過程具有重要的作用，對(duì)飼料的品質(zhì)有重要的影響。目前常用的稱重方式有進(jìn)料式稱重和卸料式稱重，在工作模式上具有單斗單稱、多斗單稱和多斗多稱等。

1.3 飼料生產(chǎn)線的結(jié)構(gòu)

在我國(guó)目前的飼料生產(chǎn)線的結(jié)構(gòu)主要有四種：①采用固定式單組料斗秤機(jī)構(gòu)；②采用固定式多組料斗秤結(jié)構(gòu)；③采用移動(dòng)式料斗秤結(jié)構(gòu)；④采用稱重帶式輸送機(jī)的多組秤結(jié)構(gòu)。具體的飼料生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)控制過程如圖1所示。

2 PLC技術(shù)概述

PLC的全稱是可編程控制器，它是計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)綜合的控制器[4]。在工業(yè)中有大量的應(yīng)用，尤其是對(duì)多輸入、多輸出的控制系統(tǒng)。具有可靠性高、耐高溫和耐震動(dòng)的特點(diǎn)。另外，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和安裝都比較的方便，而且平時(shí)的維護(hù)也比較的方便。PLC主要的工作方式是順序掃描、不斷循環(huán)。首先用戶要編寫好相應(yīng)的程序，將程序存在相應(yīng)的存儲(chǔ)器內(nèi)，系統(tǒng)工作時(shí)，CPU按照程序的指令順序的操作。在PLC工作的過程中，是以掃描的方式對(duì)輸入端的狀態(tài)進(jìn)行采集，并進(jìn)行相應(yīng)的處理，最終來對(duì)負(fù)載進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。在對(duì)PLC控制系統(tǒng)的輸出方式進(jìn)行選擇的時(shí)候，要根據(jù)控制系統(tǒng)的整體規(guī)模來考慮。對(duì)于一些中小型的控制系統(tǒng)，一般控制的點(diǎn)數(shù)少，程序編寫簡(jiǎn)單，可以采用一次性的輸入輸出方式，采用這種方式的控制系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)。另外對(duì)控制點(diǎn)數(shù)較多的控制系統(tǒng)，由于程序比較復(fù)雜，所以常采用定期采集、定期輸出的方式，這樣可以較高的滿足實(shí)時(shí)性的要求。針對(duì)PLC技術(shù)下的飼料生成自動(dòng)化控制的一個(gè)典型的系統(tǒng)圖如圖2所示。

圖1 飼料的自動(dòng)化生產(chǎn)過程圖示

圖2 飼料自動(dòng)化生產(chǎn)的典型系統(tǒng)圖

在該系統(tǒng)中，對(duì)生產(chǎn)的監(jiān)控和管理是靠遠(yuǎn)程控制的計(jì)算機(jī)來完成的。控制計(jì)算機(jī)接收到車間的指令，來對(duì)飼料生產(chǎn)的個(gè)原料和配方、時(shí)間等進(jìn)行設(shè)置，并及時(shí)的將生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。對(duì)于原料的供給，主要靠PLC輸出的電流信號(hào)來改變電機(jī)的速度。

3 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

在飼料的生產(chǎn)過程中，可能會(huì)受到一些設(shè)備的干擾，所以為了提高系統(tǒng)的可靠性，一般采用的方案是用可靠性高的中央控制器和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用PLC和PC機(jī)組成下位機(jī)和上位機(jī)。上位機(jī)主要給操作人員提高一個(gè)可視化的人機(jī)界面，下位機(jī)主要對(duì)飼料生產(chǎn)的各種儀器進(jìn)行控制和監(jiān)測(cè)。比如可以采用SIMATIC S7-300的可編程控制器來控制設(shè)備，并通過現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)由PC機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。遠(yuǎn)程的控制計(jì)算機(jī)完成對(duì)整個(gè)生產(chǎn)的管理，例如對(duì)原料和配方的設(shè)定。這個(gè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要有稱重系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、給料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和配料控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等。

3.1 計(jì)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在飼料的生產(chǎn)過程中，主要包含了兩方面的內(nèi)容：①利用自動(dòng)化的儀表完成對(duì)生產(chǎn)中的一些變化物理量的控制，是生產(chǎn)過程處于最好的狀態(tài)。比如在配料的混合中，可以通過一些智能的稱量裝置按照預(yù)設(shè)的要求自動(dòng)的對(duì)原料進(jìn)行配比。②一些電動(dòng)機(jī)和電磁閥機(jī)構(gòu)的控制，要正確的對(duì)這些機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，是飼料的生產(chǎn)達(dá)到特定的工業(yè)要求。傳統(tǒng)的配料采用的是皮帶秤來完成對(duì)原料的計(jì)量，各種配料經(jīng)過皮帶秤來進(jìn)行稱量，在皮帶的相應(yīng)位置裝有重力和速度檢測(cè)的傳感器，通過對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)的采集來計(jì)算出給料的量。同時(shí)，還可以在整個(gè)控制系統(tǒng)中加入PID調(diào)節(jié)器，可以使系統(tǒng)按照閉環(huán)的方式進(jìn)行控制，這樣可以提高系統(tǒng)的控制精度。采用重力和速度檢測(cè)的傳感器來完成對(duì)配料的量的計(jì)算比較復(fù)雜，而且精度也不高，實(shí)時(shí)性不好。如果直接電子秤來完成對(duì)配料的稱重具有更好的優(yōu)勢(shì)。電子秤主要有重量傳感器和放大、濾波電路、模式轉(zhuǎn)換模塊以及微處理器等構(gòu)成。電子秤可以同時(shí)對(duì)重量、電池電壓和溫度進(jìn)行測(cè)量，并且可以用軟件來補(bǔ)償傳感器的一些漂移，所以硬件成本低。并且電子秤可以實(shí)現(xiàn)多機(jī)總線聯(lián)網(wǎng)，因此只用一個(gè)計(jì)算機(jī)就可以完成對(duì)幾十臺(tái)電子秤的數(shù)據(jù)采集。而且電子秤的精度高，抗干擾力強(qiáng)，讀數(shù)穩(wěn)定。

3.2 PLC的子系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

PLC是安裝在飼料的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的，可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過程中的各種參數(shù)進(jìn)行處理，并通過相應(yīng)的總線接口傳給PC機(jī)，由PC機(jī)進(jìn)行處理后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的生產(chǎn)。完成這個(gè)過程離不開PLC的子系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，這子系統(tǒng)包括供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、PLC、總線通信和顯示模塊設(shè)計(jì)等。為了完成一個(gè)PLC的控制系統(tǒng)，首先要明白系統(tǒng)所要完成的功能和要求，需要整個(gè)系統(tǒng)的方框圖的具體描述以及對(duì)PLC的I/O的闡述等。PLC是安裝在相應(yīng)的PLC柜內(nèi)的，通過自身的I/O模塊來接受外部的輸入信號(hào)，來根據(jù)程序的指令來輸出相應(yīng)的信號(hào)，來達(dá)到對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的控制。

4 PLC軟件的設(shè)計(jì)

可編程控制器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)決定了程序的設(shè)計(jì)方法，常用的PLC程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)有順序控制結(jié)構(gòu)、循環(huán)控制結(jié)構(gòu)、判斷分支結(jié)構(gòu)和中端控制結(jié)構(gòu)等。這些結(jié)構(gòu)因控制功能的不同對(duì)系統(tǒng)的內(nèi)部電路和編程思路也有一定的影響。整個(gè)PLC的程序是由若干的程序模塊組成的。這些模塊主要有以下的一些構(gòu)成：①系統(tǒng)工作狀態(tài)的識(shí)別和程序初始化模塊；②設(shè)備控制操作程序庫(kù)；③流程控制啟停操作模塊；④設(shè)備輸入狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊和設(shè)備故障報(bào)警以及顯示模塊；⑤通信和數(shù)據(jù)采集模塊。

程序的整個(gè)流程是先由現(xiàn)場(chǎng)的計(jì)算機(jī)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，然后根據(jù)系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的參數(shù)來啟動(dòng)控制器和相應(yīng)的傳感器。然后檢查原料倉(cāng)中是否有料，如果沒有料或者料量不足則進(jìn)行下料操作。同時(shí)由電子秤對(duì)原料進(jìn)行稱重和計(jì)量，然后將計(jì)量的數(shù)據(jù)發(fā)送到可編程控制器CPU，CPU得到實(shí)時(shí)的測(cè)量數(shù)據(jù)，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，并按照配料的設(shè)定比例進(jìn)行配料。在配料的過程中，為了提高系統(tǒng)的可靠度，采用PID控制策略進(jìn)行調(diào)節(jié)。PID的輸入偏差是根據(jù)實(shí)際的給料流量和設(shè)定的流量進(jìn)行比較所得。最終通過對(duì)相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行改變來控制電機(jī)的速度，來實(shí)現(xiàn)對(duì)飼料生產(chǎn)的自動(dòng)化控制。

5 結(jié)語(yǔ)

總之，實(shí)現(xiàn)飼料生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制對(duì)于我國(guó)的農(nóng)業(yè)發(fā)展具有一定的促進(jìn)作用。而當(dāng)前PLC技術(shù)是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的最佳選擇。在PLC技術(shù)下的飼料生產(chǎn)線自動(dòng)化控制具有很大的應(yīng)用前景，但是具體的采用何種的控制方案來實(shí)現(xiàn)對(duì)配料的微機(jī)化控制，以提高配料的精度是要重點(diǎn)考慮的問題。另外，也要強(qiáng)化對(duì)飼料生產(chǎn)的整體控制和管理，如果可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的生產(chǎn)管理將最好。

[1]曹康，李秀剛.現(xiàn)代飼料加工自動(dòng)化和數(shù)字化控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)（續(xù)前）[J].糧食與飼料工業(yè)，2014（3）：38～41.

[2]蘇和，韓治平，浩紅軍，等.牧畜飼料加工過程中的自動(dòng)化控制與管理[J].內(nèi)蒙古師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)漢文版），2014（5）：568～572.

[3]陳孝照.水產(chǎn)配合飼料廠計(jì)算機(jī)自動(dòng)配料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].機(jī)電技術(shù)，2015（4）：15～18.

[4]潘芳偉，潘攀，張鎮(zhèn)，等.生豬養(yǎng)殖自動(dòng)化供料系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].科技信息，2016（10）：65.

S816

A

1004-7344（2016）16-0213-02

2016-4-29

姚若體（1975-），男，助理畜牧師，大專，主要從事飼料廠管理工作。