基于PLC的飼料生產線控制系統研究

陳創業 陳立濤 陳蕊 胡天讓 張旭紅 李先山 孔祥

摘? 要：現階段飼料生產方式主要采用繼電的控制形式。通過繼電器、接觸器以及按鈕開關對生產設備進行控制和操作，設備之間并不具備關聯控制的功能性，這種形式屬于半自動化的生產形式，存在著較多的問題。如繼電器的控制裝置需要占用較大的空間，電氣柜的尺寸往往較大，一旦設備出現問題和故障極容易對其他設備造成影響，無法進行有效的自動控制。原料的各種比例需要人工配比，在質量上很難得到統一和保障。可編程邏輯控制器（programmable logic controller，PLC）技術被廣泛應用在各行各業，飼料生產線控制系統自動化發展是行業的必然發展趨勢，提高飼料生產線自動化管理水平能夠有效降低人工成本，提高工作效率。本文對飼料生產線的PLC自動控制系統的設計進行了闡述。

關鍵詞：PLC自動控制系統;飼料生產線;平臺設計研究

基金項目：武威市2021年度市列科技計劃項目（WW2101007）

作者簡介：陳創業（1989— ），男，碩士研究生，工程師，研究方向為電氣自動化

我國的飼料行業進入了快速發展的階段，生產技術也在不斷創新突破。自動化技術的快速發展有效提高了飼料生產設備的工作效率，也大幅度地提高了產品的生產質量。我國飼料生產行業未來必然朝著智能化自動化的方向發展，飼料行業的發展也能夠帶動我國農村經濟的快速發展，對我國的食品安全也能夠起到直接的影響，因此對可編程邏輯控制器（programmable logic controller，PLC）自動化控制系統在飼料生產線中的應用研究具有重要的現實意義，能夠為我國的經濟發展起到推動的作用。

1? 飼料生產系統設計

1.1 飼料生產控制程序流程

飼料生產線控制系統中采用可編程控制器系統（圖1），現階段，在設計各類PLC控制系統的程序時，通常存在控制結構的選擇問題，不同的生產需求采用適用的控制結構，不同的結構程序也會對系統的電路組成和編程差異性產生一定的影響。循環控制系統的程序結構通常為模塊式的結構，由多個程序塊進行組織串聯，每個程序塊分別進行某個功能的控制。飼料生產控制系統程序流程CPU運行時從起點開始，各個執行的程序塊依次傳達指令，一直到程序的終點，構成整個運行周期，并進行重復的循環執行。

1.2 PID控制設計

飼料生產線中采用比例積分微分 （proportional-integral-derivative，PID）控制算法，通過數字調節器對輸出與輸入之間的關系進行協調，具體公式為：

式中Kp為比例系數，Ti為時間常數，Td微分時間常數。

飼料生產線自動控制系統中原料的下料重量需要根據實際情況進行系統的調整，在原料從料倉進入配料倉的過程中，對下料的重量進行系統的規范，這也會直接影響飼料生產的質量。眾多因素會影響動態稱重的精度，除了電子皮帶秤的安裝位置和自身的質量因素以外，飼料生產過程中的內外環境也會產生影響，不同的飼料在配比、電機的開倉位置、流量的速度等都會帶來一定的影響。為提高飼料稱重的精度，可以采用雙速變徑變距螺旋加料機以微調點動、先快后慢的模式來進行飼料的進給。通過PID控制算法對全動態的加料快慢、點動下料控制進行設置，這樣能夠有效降低稱量精度受到空中落料的影響，具體控制流程如圖2所示。

1.3 PLC數據采集

飼料生產控制系統的數據采集可以分為PLC數據采集和配料倉的電子秤數字信號采集。生產現場的控制系統能夠將數據進行合并后統一儲存，后期進行統一的拆包和顯示，通過網絡的數據傳輸系統將數據信息傳送給遠程控制系統。生產現場采用計算機控制系統連接PLC通訊，對各個艙門實現開關的自動化控制。通過計算機協議與PLC控制器進行通信串聯，通過串口發送命令格式給PLC控制系統進行操作執行，再通過串口對信息進行反饋。在設計飼料生產線的遠程控制系統時，為達到統一控制操作的目標，下料的過程中可以由計算機與PLC進行實時數據交換。技術人員也要在生產現場對PLC的內存數據進行實時采集，以此為基礎對PLC的控制指令進行及時的調整。

2? 飼料生產監控管理平臺設計

2.1 構建監控管理系統網絡

通過分析飼料生產工藝和控制系統，結合系統的經濟性、可靠性、適用性等實際需求，在設計飼料生產線進行自動化控制系統時，可以采用大型的動態模擬系統，采用調度顯示盤連接地面總站和飼料生產線中的多個分站，通過各類傳感器對多個飼料生產臺進行控制。大型的模擬調度顯示盤組成內容包括CPU、I/O模塊、網絡通訊模塊、不間斷電源柜（uninterruptible power system，UPS）等。網絡通訊模塊的功能性在于連接大型動態模擬系統和帶式輸送運輸系統。飼料的生產監管主站內容包括中心控制柜、中心控制站、工業控制計算機等。中心控制柜的功能為控制和監控主機的控制器，在飼料生產過程中對生產設備發出操作指令，各個生產分站根據指令操控飼料生產設備，通過控制現場的系統將操作指令發送給PLC系統，對各個飼料生產分站的監測數據進行反饋，最后通過局域網對不同生產現場進行信息傳送。生產過程中可以通過控制系統對各個分站進行自動管理，將工藝參數、控制參數發送到PLC系統中，并顯示到動態顯示設備上。在飼料生產過程中，一旦出現故障或者緊急問題，都可以通過PLC系統進行自檢和警告。設備出現故障時，報警裝置會通過遠程系統進行報警，同時通過指示燈和聲音進行報警。中心控制臺可以通過控制開關滿足生產過程中的各種功能需求，并設置故障提醒功能。工業控制計算機可以生成并打印生產報表，也可以顯示電機電流和皮帶的運行速度，實時監控現場各個設備的運行情況。

2.2 系統功能模塊設計

PLC控制系統既能控制現場，也可以通過協議與生產現場的控制系統進行通信，接收生產現場的控制系統傳輸的信號指令，采集數據信息，并將采集到的信號輸送給生產現場的控制系統，生產現場的控制系統通過局域網控制遠程設備。遠程控制系統可以保存和顯示現場系統傳輸過來的生產數據，并以這些數據為基礎進行控制指令的發送，通過局域網傳輸給生產現場的控制系統，進而達到控制生產設備的目的。在設計系統時，全部采用WIN系統進行操控，配備測控軟件、遠程控制數據庫服務器，通過軟件登錄等身份驗證確保信息安全，保存并調取生產過程中的各項數據。通過PLC自定義數據通信協議傳輸數據，采用編程技術進行遠程控制系統與現場控制系統的通信連接，確保數據的準確性和傳輸的有效性。遠程控制系統管理功能模塊主要包括用戶的信息管理、控制參數的管理和設置、生產過程的管理和設置、數據的統計與分析以及數據的存儲和備份等。

2.3 數據庫設計

PLC自動控制系統可設置數據庫模塊，對飼料生產過程中的相關信息數據進行存儲，用以后期的分析、利用，從而更新和完善生產系統。操作人員可以通過工號或者口令登錄系統，成功后可以設置生產工藝參數。生產前要確定生產的設計配方，對原料入庫進行準確有效的記錄。在生產過程中，操作人員要進行配方選擇、生產批次以及工藝的統一，系統每進行一次生產就要更新數據庫，將原料的消耗記錄和配方產品的記錄、生產的批次等輸入數據庫。本批次的生產結束后，操作人員需要對產品的原料庫存、原料入庫、原料消耗、生產工藝、生產批次等情況進行入檔、統計、查詢和分析。飼料生產線自動控制系統均采用大型數據庫技術對生產數據進行管理和維護，數據的穩定性和安全性對企業的發展有著重要的意義。通過良好的結構和明確的關系能夠更好地構建數據結構，進而達到充分利用數據的目的。通過對數據的分析和利用，為企業發展決策提供有效參考。

3? 小結

本文通過對飼料生產線的控制系統進行闡述，優化和完善了飼料生產自動化系統，以PLC自動控制功能為核心技術，設計飼料生產監控平臺。通過研究可以得出，PLC自動控制系統具有較為全面的功能性、較高的穩定性、較低的成本、較高的生產效率以及較強的開發性、可拓展性和工程實用性。PLC飼料生產控制系統不僅能夠應用于飼料廠的生產技術轉型和革新，也可以舉一反三地推廣到醫藥、食品加工以及建筑材料生產等行業中，能夠達到較高的生產效率和質量。

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