計算機技術在水產配合飼料廠自動配料系統設計中的應用

蒙振海，張欽鋒

（廣西城市職業大學，廣西崇左 532200）

飼料生產是我國的重要工業之一，與種植業、養殖業等密切相關，在國民經濟發展中發揮著積極作用。水產配合飼料為水產養殖提供基礎，水產養殖產品的質量受水產配合飼料的直接影響。配料工序是水產配合飼料廠的重要工序之一。隨著現代科學技術的發展，芯片及工業器件等的改進，促進高精度自動控制系統的研究和發展。我國明確要求水產配合飼料廠必須使用計算機自動配料系統。一些水產配合飼料廠生產規模小，使用人工手動配料方式，導致配料錯誤率高，工作環境惡劣，人工勞動強度大，影響水產配合飼料的質量。尤其是一些特種水產動物，對配合飼料的要求更高。水產配合飼料廠需改進配料系統技術，設計自動控制配料系統，實現產品追溯、配料控制、配方設置等，提升水產配合飼料廠的產品質量及生產效率。

1 水產配合飼料廠配料系統工藝流程

1.1 自動配料系統工藝流程圖 本研究選取某水產配合飼料廠，應用計算機技術設計其自動配料系統。該水產配合飼料廠主要生產的水產配合飼料，為甲魚粉狀特種飼料。根據農業部許可生產要求及水產配合飼料廠的產品配方特點，其自動配料系統工藝流程圖如下圖。

1.2 水產配合飼料廠自動配料系統總體結構水產配合飼料廠的飼料自動配料系統主要包括顯示器、工控機、稱重系統、可編程控制器、配料秤斗等，如圖2所示。飼料自動配料系統工作時，將各種飼料原料投入相應的配料倉體，主要經過旋轉分配器、刮板輸送1、刮板輸送2、投料口等。在此過程中，稱重傳感器發揮模擬信號的作用。然后稱重儀表開始A/D 轉換，形成具體的重量值。主要通過RS232通訊口，該數值被工控機直接讀取。在自動配料時，根據已經加載運行的配方數據，工控機中的組態軟件會依次下達指令給可編程邏輯控制器（PLC）。按配方的進料順序指示操作，使PLC輸出控制，攪拌配料。工控機可以從稱重儀表中讀取配料重量作為實際加料的重量值（倪瑞等，2019）。同時也會對比已經加載運行的配方，比較慢加料量、設定值、提前量等。轉換比較結果，向PLC傳達控制信號。PLC控制變頻器會控制運行，或者調整對應倉的飼料配料絞龍及運行速度（王均斌，2019）。使每種飼料原料的重量都能達到精確控制，保證生產質量。完成所有的自動配料過程，將開秤斗的氣動閥門打開，使配合料進入混合機內混合，主要通過初清篩、刮板輸送4、提升機2等。秤斗上的重量顯示為零時，自動將氣動閥門關閉。接著混合機計時，開始混合原料，直到設定的時間。根據飼料生產的需要，混合機開門或關門可以延緩一段時間手動放料，也可以將其自動放料進入下一個工序。

2 水產配合飼料廠自動配料系統硬件設計

2.1 自動配料系統硬件器件選型

2.1.1 可編程序控制器（PLC） 本次研究設計使用PLC，選取臺達PLC。結合其長期使用情況，顯示臺達PLC的性價比比較高，并且有Moubus通訊便利指令。本次研究自動配料系統開關量為輸入輸出信號。基于被控對象的輸入、輸出口（I/O），選取 DVP32XP200R擴展機，臺達DVP60ES200R，方便接線和安裝，符合使用需要。

2.1.2 稱重儀表與稱重傳感器。稱重是飼料配制的重要內容，控制稱重精度直接關系飼料產品質量。水產配合飼料廠自動配料系統需合理選取稱重儀表與稱重傳感器。稱重儀表與稱重傳感器的靈敏度、精度影響系統控制的精度及配料的精度。使用梅特勒-托利多的產品作為本次研究系統的稱重傳感器和顯示儀表。該產品具有穩定的性能，且精度高，稱重速度快。不受現場環境的干擾，該產品的稱量信號能順利遠距離傳遞。其顯示儀表使用壽命長，可靠性高，控制功能好。秤斗重量大約500 kg，正常配料重量1000 kg。本次研究設計使用的稱重傳感器為3個1000 kg量程。使用壓式稱重傳感器符合安裝位置的條件要求。通過RS232與工控機傳輸稱重重量信號的通訊。IND320L稱重儀表有標準RS232通訊口，并且經濟實惠。

2.1.3 工控機。本次研究的水產配合飼料廠自動配料系統主要應用計算機技術，因此計算機是核心部件之一。自動配料系統的計算機比一般計算機有更高的要求，要求穩定性強，并且標準RS232通訊口不少于2個（石文豪，2018）。本次設計選取研華ID510系列工控機，一個標準RS232通訊口與稱重儀表通訊，另一個與PLC通訊。

2.2 自動配料系統電路設計 本次研究的自動配料系統的配料電路如圖3所示。PLC的RS485控制通訊。PLC輸出口控制變頻器的運行。上位機設置變頻器的頻率。每個倉體的配料絞龍由一臺變頻器控制。

3 水產配合飼料廠自動配料系統的軟件設計

3.1 工控機軟件設計 水產配合飼料廠自動配料系統的工控機軟件選取昆侖通態組態軟件，包括配方管理、設備連接、記錄處理、畫面創建等。組態系統需與PLC交換數據，從而監控PLC。編輯寫腳本程序，在工控機硬盤中設定存儲水產配合飼料的配方設定值、原料名稱、慢加料量、進料順序、頻率等（蔡軍虎，2018）。在顯示表格中讀取配方名稱及對應參數。將需要交換的PLC參數地址輸入到設備窗口連接項內。從而能修改、編輯、加載水產配合飼料的配方。編輯運行策略工具箱的腳本程序可以保存配料結果數據，提前關閉送料，判斷慢加頻率、快加頻率，判斷進料順序等。

3.2 PLC軟件設計 在自動配料系統PLC軟件設計中，開關信號是PLC的控制對象，依據飼料生產工藝控制電機、閥門等。被控對象I/O口的功能分配見表1。應用步進點轉移處理進行自動配料控制。依據工控機中的進料順序、配方參數控制各料倉原料。本次自動配料系統對變頻器的頻率設置使用RS485通訊，可滿足不同送料速度及不同原料用量、不同原料比重等需求。通過各配料倉的慢加頻率、快加頻率設置送料速度（胡瑞玲，2018）。PLC提供快加頻率值進行配料，達到設定的慢加料量，改變為慢加頻率值，通過變頻器實現其過程。PLC 輸出控制停止變頻器，為加料量達到提前量，應關閉對應倉配料絞龍。秤斗和配料絞龍有空中料柱的存在，為評估重量是否超出誤差允許，需停止2 s（吳峰等，2018）。如果超出范圍可以調控慢加頻率值及提前量大小，使其在誤差允許值內。

4 自動配料系統在實際水產配合飼料生產的應用效果

使用本次研究設計的自動配料系統可以發現，在生產過程中，通過對提前量、慢加頻率的調節，能控制±0.3%FS的動態精度。一次配料時間大約為4 min。在飼料配方打印窗口中輸入具體日期可以查詢水產配合飼料廠某日的配料數據實際情況。該日生產的甲魚飼料情況，所有的配方名稱都會顯示。并且能產生相應的文檔，如表2所示。

應用本次研究設計的自動配料系統，水產配合飼料廠的配料動態精度大約為±0.3%FS，反映了其具有較高的配料精度，能滿足水產配合飼料廠對精度的要求。計算機自動配料系統能有效提升水產配合飼料廠的自動化程度，生產控制精度，減少漏投、錯投等問題。自動配料系統運行可靠，可以改善人工工作環境，減輕勞動強度，提高飼料生產效率。同時，自動配料系統能自動記錄配料過程，明確相應的數據信息，方便質量追溯。并且能監控自動配料過程，保證水產配合飼料的產品質量。

表1 PLC輸入/輸出口功能分配表

表2 某日水產配合飼料廠配料數據及統計

5 結語

本次研究設計的自動配料系統應用計算機技術，實現水產配合飼料配料的自動化，保證了配料的精度。自動配料系統有利于減少人為因素的影響，可自動控制配料生產過程，實現配料質量的準確性、穩定性。從而提升飼料生產效率和質量，提升企業生產效益。