基于PLC的投飼機控制系統設計

李昕宇 劉群銘 劉利 史穎剛

摘? ?要：為了提高投餌機的投飼精度和飼料利用率，文章設計了一種基于PLC的移動式餌料自動投飼控制系統，包括系統工作流程圖、系統控制所需觸點、外部接線電路、電路保護設計圖和順序功能圖。結合傳感器信息、觸點信號的開關信息，并通過調節步進電機轉速來控制投飼量，可使系統按照預先設定的程序，實現網箱養殖魚池的定時、定量的精確投飼，應用前景較好。

關鍵詞：水產養殖;自動投飼;餌料;可編程邏輯控制器;順序功能圖

自動投餌機是網箱水產養殖必備設備[1]，目前的投餌機在進行投喂餌料作業時，基本根據經驗，采用人工操作的方法，存在撒料不均勻、計量不準確和喂料不準時等缺點[2]。投餌機的自動化程度不高、適應力差等不足，限制了水產養殖的規模化、自動化、智能化發展[3]。本文針對現有的自動投飼設備，設計了一套基于可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）的移動式自動投飼控制系統[4]。

1? ? 系統整體設計

自動投飼控制系統主要分為行走系統、投飼裝置、上料裝置、控制系統等部分，自動投飼機的整體布局如圖1所示，結構示意如圖2所示。

1.魚池;2.投餌機;3.上料裝置;4.軌道

1.連接裝置;2.料倉;3.定量下料機構;

4.拋料機構;5.箱體;6.步進電機

魚池上方架設軌道，每個魚池正上方設置對應的定位識別點，當投飼機沿軌道行走到識別點時，PLC接收信號，控制完成相應投飼動作。系統通過調節步進電機的轉速來控制投飼量，從而實現對該魚池的定量精確投飼。該自動投飼系統，能一次自動完成多個魚池或其中任意魚池的定時、定量精確投飼。根據系統功能和控制要求，設計系統運動過程，如圖3所示。

PLC控制器隨車行走，觸碰開關固定在小車上，對應碰撞點裝在軌道上，按下“開始”按鈕后，系統內裝有的重量傳感器自動檢測飼料箱內質量，根據飼料剩余量，判斷是否補充飼料。飼料充足的投飼機，在行走過程中，碰觸到投飼限位開關，觸碰開關發出信號，計數器C0加1，C0>C1（初始為0），則投飼機停止行走，進行投飼。投飼結束，投飼機繼續前進，到下一投飼點進行投飼。系統對限位開關信號與投飼次數均有計數，避免了投飼機補充完飼料后在重復位置投飼。通過重力傳感器判斷料箱內飼料重量，當箱內質量小于預設值時，投飼機前行，不響應觸碰開關。投飼機回到上料點后進行上料，同時，C1置零。投飼次數達到預設值時，表明該系統已完成預設投飼點的投飼工作，投飼機停靠在預設的停靠點，停止工作。

2? ? 外部電路接線

選取型號FX2N-2AD的PLC進行控制系統設計。因小車行走過程中存在慣性，不會在碰到開關時立刻停止，而PLC的掃描頻率很高，故將系統開始工作信號X1、投飼預設點碰觸開關X2、上料預設點碰觸開關X3以及停靠預設點的碰觸開關X4的信號，均視為一個短暫的高電平，即按鈕類型輸入，同時，還有重量傳感器產生的電壓信號，經放大后通過特殊模塊輸入PLC。輸出信號Y1，Y2，Y3為接觸器類型，判斷開關控制電機是否進行工作。

根據上述分析，投飼系統的PLC控制器需要的輸入/輸出（Input/Output，I/O）點數如表1所示，其外部接線示意如圖4所示。其中，右半部分為電路保護設計，在Y4處串入一個電機、保險電阻、接觸器KM，并設置了緊急停止按鈕。

3? ? 程序設計

當PLC模塊通電時，按下按鈕X001，M20置位激活，隨后M21置位，M20復位。行走小車從上次工作停靠位置開始前進，同時，檢測飼料箱內質量是否小于預設下限值。當行走小車內飼料箱的飼料重量小于或等于預設下限值時，M0激活，當小車行走到上料限位點X003時，M23激活置位，M21復位。同時，開始檢測飼料箱內質量，當行走小車飼料箱內質量達到預設值上限時，M5動作，跳回M21，小車繼續工作。

通過對比C0與C1大小，來判斷是否投飼，當C0大于C1時，M10激活動作，M24置位激活，M22復位。M22置位時，投飼電機Y003開始工作，計時器開始計時，C1計數器得電計數。計時滿足時程序跳回M21，M21激活置位，M22復位。M21激活時T0置零，用于下次投飼計時。若C0不大于C1，M11或者M12激活，則直接跳回M21，小車繼續前進。

當一次投飼結束，且C1計數已滿足預設時，小車前進過程中到達停靠限位點X004時，C1和X004同時滿足，程序跳回M0，小車停止工作，一次完整的投飼任務完成。其中，關于上料機構順序控制功能圖各個觸點的解釋如表1所示。上料機構執行連續工作方式時的順序功能如圖5所示。

4? ? 結語

本文設計了基于PLC的餌料自動投飼控制系統，通過紐扣式微型荷重傳感器，檢測飼料信息，實現及時上料和準確計量。通過觸點信號的開關，來控制投飼、上料、停靠，實現了移動式精確投飼，可用一臺投飼機完成多個網箱的投飼工作，從而提高了投飼效率，降低了勞動力和養殖生產成本。系統也可以結合傳感器檢測、圖像處理等多種技術，實現智能化和遠程控制，具有廣闊的應用前景。