PLC技術在飼料生產自動化中的應用分析

郭升 張珂

摘要：飼料業是農業、養殖種植業、畜牧業、農副產品加工業等多個產業的聯結樞紐，非常重要。飼料行業以前采用手工，無法精確控制生產流程，生產模式效率低下，產品質量無保證，嚴重制約了行業生產，如何改進傳統生產模式提高效率，是當前亟待解決的問題。

關鍵詞：PLC技術;飼料生產;自動化應用

1、飼料生產自動化系統設計

1.1自動化生產線簡介

本文以改造A飼料公司生產線為背景，進行系統研究和實踐，實現了以PLC為核心，以計算機、變頻器、傳感器等為元件的自動化系統。控制系統結合了計算機存儲優勢和PLC控制優勢，利用上下位機進行分布控制穩定性很高，有效避免了計算機集中控制帶來的不穩定因素。上位機采用人機觸摸屏，通過簡單的計算機操作就能完成配方參數、配料時間、設備運行等操作，對生產進行實時監測控制，實時模擬設備運行狀態，由工控機在后臺進行實時存儲產工藝數據、配方參數等關鍵數據。下位機選用Siemens公司的S7系列，其簡單的維護性使得基層單位在使用中更加得心應手。

1.2系統設計方案

1.2.1通過計算機實現配料、負荷和相關工藝參數的自動設定，全面控制生產工況，按工段實現開機、聯鎖和解鎖等控制功能。

1.2.2根據用戶需求，隨時切換展示生產狀況，例如粉碎系統中的粉碎電流、配料系統中的取料時間等關鍵參數，以及氣門的實時位置、樣倉的料位等，都要通過數值和模擬形態進行反映。

1.2.3為保護生產線的安全，設置報警功能，在傳感器收集到報警信號時，顯示屏第一時間彈出報警信息，包括報警的生產工段、具體設備及異常參數等，同時還會出現紅色預警等顯著顏色變化。

1.3控制系統子系統設計

控制系統在多數情況下是多輸入多輸出系統，如果能夠用精準數學模型表達控制要求，就能夠設計出準確的控制系統。不過，飼料生產線的動態特性難以求出，難以求出數學模型，因此只能以實際試驗來分析各個工段設備的特性。

如：配料系統。配料控制模塊包括配料模塊、小料模塊和液體模塊，作為控制系統的核心部分，主要用于完成生產、管理以及其他的特殊功能。配料控制中，首先上位機根據生產工藝流程，發出配方、工藝參數的指令，下位機PLC接受指令后，啟動配料生產，同時檢測配料的稱重信號。稱重之后，打開秤斗門進行放料，放完之后檢測余料。當檢測結果低于限制值則關閉門，超過限制值則啟動報警。在配料工作沒有達到配方參數之前，繼續配料，直到結束。生產過程由PLC控制設備，工控機監控PLC的運行整體流程，實時存儲生產數據。

2、硬件和軟件設計

控制的核心是A/D轉換，因為在靈活性和可靠性上，對于連續變量，需要采用模數進行采集，而計算機只能采集數量，因此需要專用設備進行轉換。對于智能設備來說，有內置的監控單元可以采集相關模擬量，非對于智能設備，必須增加專用數據采集器轉換為所需的電量信號。本文首先采集壓力、速度等物理量，轉換為模電信號、數字量，由計算機來分析計算，處理結果再轉換為模擬電信號輸出到執行設備，進行實時監控。

2.1硬件設計

硬件設計分為頂層設計和底層設計。底層設計中在現場用PLC進行信號測量和采集，計算出相關控制參數。頂層設計以觸摸屏作為控制手段，進行監測。

2.1.1PLC

本文選擇西門子S7S7-300作為下位機，具有快速數據處理能力和高速計算能力。

2.1.2人機觸摸屏

本文選擇MT500系列與現場PLC開展通訊，除了普通的觸摸屏功能外，還具有數據轉換、配方設置、在線模擬、窗口移動和切換的功能。

2.1.3變頻器

為了匹配西門子PLC來有效控制喂料器的速度，本文選擇西門子Micro-laster420變頻器。該變頻器無故障工作時間大于50萬小時，具有恒定轉矩、內置PI、遠程控制等功能。

PIDPID控制器是目前最成熟的控制器，根據比例、積分和微分3種規律，可以構成P、PI、PID三種。

2.2軟件設計控制系統包括系統自帶軟件和應用軟件兩類。自帶軟件的核心是操作系統，由生產廠家編制。應用軟件是工程師根據生產線需求編寫的程序，用于指揮生產設備滿足各類的工藝要求。系統自帶軟件又分為組態軟件和定制軟件兩部分。組態軟件控制著傳感器、數據采集等多個重要裝置，定制軟件滿足客戶的各類需求。某一種產品無法囊括全部用戶的要求，用戶需求多樣化的特點使得“組態”和“定制”缺一不可。

組態軟件最初是單一管理，逐步向大數據處理發展。早期的硬件系統非常依賴組態軟件，隨著技術的發展，部分軟件已經實現了與硬件的分離。對于組態軟件，越來越多的用戶重視其實時數據監測的作用，高性能計算機使得實施數據傳輸更加快捷，能夠讓用戶根據實際數據實時分析，為指揮、決策提供了一手的重要資料。

結束語

綜上所述，飼料工業是農業、畜牧業產業鏈條中的關鍵一環，為進一步優化飼料生產資源配置，提高生產效率，必須持續提升飼料生產自動化水平。當前，是繼電器控制半自動化、PLC控制全自動化等多種控制方式并行，但是繼電器控制存在較多的缺陷，PLC技術要明顯優于繼電器控制，因此以PLC為主的自動化建設已經成為主流趨勢。

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[3]何武林.基于PLC的飼料生產過程自動控制系統設計[J].中國飼料，2019（02）：90-93.

作者簡介：1.郭升（1999.02-），男，漢族，河南南陽人，本科，河南工學院電氣工程與自動化學院學生。研究方向：自動化

2.張珂（1999.05-），男，漢族，河南新鄉人，本科，河南工學院電氣工程與自動化學院學生。研究方向：自動化