論我國飼料加工企業(yè)電控系統(tǒng)的研發(fā)

洪小平

從理論上來說，任何場合用電都要通過電控系統(tǒng)，只不過有些場所的用電非常簡單（如居民用電），這時(shí)一般不用系統(tǒng)這種說法，其實(shí)，它可以看成是一種簡化的電控系統(tǒng)。從供電部門的角度來看，供電場所大致分為四大類，即工業(yè)用電、農(nóng)業(yè)用電、商業(yè)用電、居民用電。這四大類用電場所，工業(yè)用電現(xiàn)今已達(dá)到用電總量的60%以上，隨著中國工業(yè)化程度的提高，這一比例還會增大。由于工業(yè)用電量大且用電設(shè)備復(fù)雜，所以電控系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域普遍采用，而且在許多工業(yè)類企業(yè)中常采用集中控制的方式（即采用中央控制室的模式）對電能加以集中控制。不過，值得注意的是，在某些簡單的用電場合，有時(shí)也會采用集中控制的方式，如許多較高檔的賓館，房間中所有的用電器開關(guān)及旋鈕都集中在床頭柜上，以便于使用者操作。一般來說，我們把用來輸送電能的線路叫一次線路，把控制電能輸送的電路叫二次線路，在商業(yè)用電及居民用電兩大場合，往往把控制電路直接安排在一次線路上。在這些場合就沒有二次線路的說法。例如，對一個(gè)照明燈的供電，作為控制電路的開關(guān)就直接接在供電線路（一次線路）上，而對于工業(yè)、農(nóng)業(yè)用電，由于用電設(shè)備功率大且復(fù)雜，二次線路與一次線路是相互隔離的（如通過繼電器或接觸器的線圈與觸點(diǎn)進(jìn)行隔離）。對于許多更復(fù)雜的工業(yè)場所，還得大量采用智能化控制方式，如利用電腦等電子線路對用電行為進(jìn)行更復(fù)雜的控制，電子線路首先對二次線路進(jìn)行控制，再由二次線路去控制一次線路對用電設(shè)備的供電，在這種情況下，我們可以定義控制二次線路的電子線路為三次線路。

1 普通電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法

對于工業(yè)供電，大致可分為兩種情況，即并聯(lián)式生產(chǎn)企業(yè)及串聯(lián)式生產(chǎn)企業(yè)。對于并聯(lián)式生產(chǎn)企業(yè)，由于其設(shè)備大都相同，且其間無相互關(guān)系，各自獨(dú)立運(yùn)行，所以其供電類似于居民供電，很簡單，用不著專門的電控系統(tǒng)對其進(jìn)行供電，例如：服裝廠、大部分機(jī)械廠等屬于這類企業(yè)。對于串聯(lián)式生產(chǎn)企業(yè)，由于其各個(gè)環(huán)節(jié)的供電有著復(fù)雜的關(guān)系，這時(shí)就需要專門的電控系統(tǒng)對其進(jìn)行控制，大部分生產(chǎn)線屬于這種情況。生產(chǎn)線的直觀表達(dá)就是工藝流程圖。不同的工業(yè)企業(yè)有著完全不同的工藝流程圖，就是同一類生產(chǎn)企業(yè)，其工藝流程圖也會有些差別。那么，對于這些千差萬別的工藝流程圖，我們該如何為其設(shè)計(jì)出符合要求的電控系統(tǒng)呢？

一般來說，電控系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)可分三步進(jìn)行：①獨(dú)立供電；②關(guān)系實(shí)現(xiàn)；③輔助電路。

1.1 獨(dú)立供電

在設(shè)計(jì)電控系統(tǒng)時(shí)，第一步就是給所有的用電器（如電動(dòng)機(jī)或單臺機(jī)器設(shè)備）供上電，有時(shí)可能是自鎖式供電，有時(shí)可能是點(diǎn)動(dòng)式供電。

1.2 關(guān)系實(shí)現(xiàn)

由于各設(shè)備在運(yùn)行期間有著復(fù)雜的關(guān)系，例如：互鎖關(guān)系、前后相繼關(guān)系、順序或逆序運(yùn)行關(guān)系等。這些關(guān)系理論上都可由與、或、非三種基本的邏輯關(guān)系設(shè)計(jì)出來，就當(dāng)今來說，實(shí)現(xiàn)這些邏輯關(guān)系可采用的方案有三種，通過真實(shí)的連線來實(shí)現(xiàn)，通過PLC（可編程控制器）來實(shí)現(xiàn)，通過IPC（工業(yè)電腦）來實(shí)現(xiàn)。

1.3 輔助電路

應(yīng)該說，以上兩步已完成了主體線路的設(shè)計(jì)，但對于一個(gè)實(shí)用而又好用的電控系統(tǒng)來說，還要求具有直觀的用戶界面，例如：某臺設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)從控制柜上直觀地看得出來，這種功能就靠輔助電路來完成，指示燈電路就是非常常見的輔助電路。

以上談到的三點(diǎn)只包含了開關(guān)電路的設(shè)計(jì)，但在許多生產(chǎn)流水線上存在著數(shù)量不等的模擬量，例如：電子秤的讀數(shù)、溫度表的讀數(shù)等，都是模擬量。要實(shí)現(xiàn)這些模擬量與開關(guān)量的關(guān)系，一般要用到PLC或IPC，而且在許多場合還要實(shí)現(xiàn)更進(jìn)一步的功能，如：記錄生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行各種處理或把數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)上等。

2 我國飼料加工企業(yè)電控系統(tǒng)的歷史與現(xiàn)狀

在我國，飼料加工企業(yè)大致有30年的歷史了，早期飼料加工一般采用手動(dòng)式分散控制，即各個(gè)工段獨(dú)立運(yùn)行，相應(yīng)的電控系統(tǒng)亦就近設(shè)置，比如：粉碎工段的粉碎機(jī)及相關(guān)設(shè)備就有一臺相應(yīng)的控制柜控制其運(yùn)行，而與其它工段無關(guān)，這種分散性的控制至今已很少見到，只是在一些小型飼料廠或很老的飼料廠里才有。

進(jìn)入20世紀(jì)90年代，我國開始大量采用美式生產(chǎn)工藝，這時(shí)集中控制開始大量出現(xiàn)，并成為主流的電控方式，有的企業(yè)（特別是那時(shí)的國有飼料企業(yè)）為了采用所謂的世界上最先進(jìn)的技術(shù)，高價(jià)引進(jìn)了不少國外的全屏控制（全部采用IPC及PLC）電控系統(tǒng)，這些系統(tǒng)使用起來確實(shí)很方便，但維護(hù)成本十分高昂，不過那時(shí)飼料企業(yè)利潤很高，那樣的成本一般也能承擔(dān)。

進(jìn)入21世紀(jì)后，由于飼料加工企業(yè)的持續(xù)快速增多，飼料企業(yè)的利潤迅速下降。至今，利潤普遍下降了九成甚至更多，飼料加工業(yè)從此進(jìn)入了微利時(shí)代，有些飼料廠甚至虧損，在這種情況下，飼料企業(yè)的經(jīng)營者就不得不精打細(xì)算，否則就有可能被淘汰出局，這時(shí)，企業(yè)用人成本、設(shè)備維護(hù)成本就顯得很突出，直接影響到企業(yè)的主要利潤，在這種情況下，企業(yè)用人（例如：電工）就只會選工資不很高的，有的飼料企業(yè)甚至配不起電工了，而由一些搞機(jī)修的人員兼任電工，在這種情況下，原先引進(jìn)的電控系統(tǒng)幾乎無法維護(hù)，加之維修材料亦非常難以購置且價(jià)格昂貴，所以出現(xiàn)了大量企業(yè)后來逐漸取消當(dāng)時(shí)引進(jìn)的所謂全屏控制而改為現(xiàn)在的核心部分采用IPC控制（如：配料部分），而其它部分采用通用電路（而非PLC和IPC）進(jìn)行控制，從而有效地解決了電控系統(tǒng)維護(hù)困難且價(jià)格昂貴的矛盾。

3 我國飼料加工企業(yè)電控系統(tǒng)研發(fā)的三大誤區(qū)

飼料加工企業(yè)屬于一種典型的生產(chǎn)線型工業(yè)企業(yè)，它具有工業(yè)企業(yè)的一些共同的特點(diǎn)，同時(shí)，它亦有其特殊性的一面，這就意味著所有工業(yè)電控技術(shù)有的可用于飼料加工業(yè)，有的則不適合飼料加工業(yè)，由于對我國飼料加工業(yè)特殊性的認(rèn)識不足，而造成了許多飼料加工企業(yè)電控系統(tǒng)研發(fā)的誤區(qū)，給飼料廠家日后的生產(chǎn)活動(dòng)造成了嚴(yán)重的困擾，我們在近幾年就經(jīng)常碰到飼料加工企業(yè)需要我們幫他們整改掉以前系統(tǒng)缺陷的案例。對于這些年來我國飼料加工企業(yè)電控系統(tǒng)的缺陷，在此把它們歸納為主要的三大誤區(qū)，供有關(guān)設(shè)計(jì)人員及飼料加工企業(yè)的相關(guān)人員參考。

對于許多缺陷，往往是相對使用環(huán)境而言的，所以在確診缺陷之前，有必要先弄清我國現(xiàn)階段的飼料加工企業(yè)的“基本國情”。①用電環(huán)境方面，我國的用電環(huán)境相對來說不能令人滿意，電壓波動(dòng)大，雜波率高，負(fù)荷變化激烈。②從業(yè)人員的水平普遍不是很高，大部分為高中畢業(yè)甚至更低學(xué)歷的水平，盡管現(xiàn)在高校畢業(yè)生非常多，但現(xiàn)在的大學(xué)生不愿從事艱苦的電工工作，再者他們在大學(xué)里其實(shí)根本也沒有學(xué)到什么真正的技術(shù)，水平往往還不如以前的高中甚至初中畢業(yè)的老電工。③電氣元、器件供應(yīng)方面，在我國，電氣元器件還是以傳統(tǒng)的通用電氣元器件為主，而PLC等電子化的電氣設(shè)備購置非常不方便，一般到省城的特定地方才能購買到，且各PLC廠家由于其指令系統(tǒng)不同，所以PLC之間就沒有替代性，用戶往往就要“在一棵樹上吊死”，只有買原廠家的PLC或其升級產(chǎn)品，至于到縣城這一級區(qū)域，PLC幾乎就更是罕見，而通用的傳統(tǒng)電氣元器件在縣城里都隨處可見?；谝陨衔覈摹盎緡椤?，筆者在此提出以下三大誤區(qū)。

3.1 全屏控制的誤區(qū)

所謂“全屏控制”，就是指對飼料生產(chǎn)的所有五大工段全部采用IPC及PLC控制的控制方式，此種方式表面上看起來先進(jìn)，亦能迷惑許多不太精通電控技術(shù)的飼料企業(yè)業(yè)主，因?yàn)檎f起來好聽，看起來壯觀，只可惜在日后的使用過程中，逐步暴露出其不適應(yīng)中國的缺陷來。拿粉碎工段來說，通過通用的電路就很容易實(shí)現(xiàn)一鍵式從后向前逆序啟動(dòng)及一鍵式從前向后順序關(guān)閉，而全屏控制則是在電腦上用鼠標(biāo)點(diǎn)擊一下相應(yīng)的按鈕，再通過IPC把這一信號傳到PLC或端子板，再通過二次線路的繼電器去控制一次線路的接觸器，通過這層層關(guān)卡，最終實(shí)現(xiàn)了所謂的電腦全屏控制，由于控制環(huán)節(jié)的增加，故障出現(xiàn)的幾率就成倍增加，更為不幸的是，一旦全屏系統(tǒng)出現(xiàn)了問題，做維護(hù)工作的電工往往是束手無策，連手動(dòng)生產(chǎn)都進(jìn)行不了，只有等設(shè)備廠家的技術(shù)人員前來維修，這一等往往就是好幾天的時(shí)間，對于許多飼料企業(yè)來說，往往是等不起的，會造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。我們就經(jīng)常碰到以前用全屏控制的飼料企業(yè)要我們幫他把以前的全屏控制改為通用控制方式的事情。對他們來說，這真是件不小的教訓(xùn)，以至于許多飼料集團(tuán)的技術(shù)主管發(fā)誓再也不會采納不成熟的某些全屏控制系統(tǒng)了。

3.2 PLC應(yīng)用的誤區(qū)

PLC作為一種上世紀(jì)普遍采用的工業(yè)控制設(shè)備，其靈活可變的邏輯電路實(shí)現(xiàn)方式給汽車制造等行業(yè)帶來了不少的方便，因?yàn)橹灰淖働LC中固化的程序，就可以改變其邏輯電路，且不用重新接線，這對于許多經(jīng)常要改變生產(chǎn)過程的工業(yè)企業(yè)確實(shí)是非常方便的。但是，飼料加工企業(yè)的工藝流程一旦設(shè)計(jì)完成之后就基本固定不變，加之有了電腦配料系統(tǒng)之后，只要改變配方就可以很方便地生產(chǎn)出符合用戶需求的任何飼料來，這樣一來，往往是PLC一旦用在了飼料加工企業(yè)的電控系統(tǒng)中，就從來沒有改變過其內(nèi)部固化的程序，飼料廠家用于PLC編程的編程器亦沒有配備，因?yàn)橐环矫嬉矝]有必要配，另一方面即使配了也無人會使用，或者當(dāng)時(shí)的電工會用，由于人員的流動(dòng)，后來接管的電工又不會用等。從理論上來說，如果某種邏輯電路長期不變，用PLC來實(shí)現(xiàn)其邏輯關(guān)系比用普通實(shí)物連線來實(shí)現(xiàn)其邏輯關(guān)系沒有任何優(yōu)勢可言，不但沒有優(yōu)勢，由于用電環(huán)境、電工水平及購置方便性等方面的原因，PLC反而存在許多劣勢，以至于最終成為一種缺陷。

3.3 系統(tǒng)軟件的誤區(qū)

在談到軟件，特別是作為系統(tǒng)軟件的操作系統(tǒng)，許多人都會跟著美國微軟公司的思路走，總是認(rèn)為后來出現(xiàn)的操作系統(tǒng)比以前的要先進(jìn)。

對于商業(yè)操作系統(tǒng)來說，這種看法基本上是正確的，但工業(yè)控制與商業(yè)應(yīng)用有著本質(zhì)的區(qū)別，其中最本質(zhì)的區(qū)別就是工業(yè)控制對實(shí)時(shí)性要求很高，需要的是實(shí)時(shí)性很高的操作系統(tǒng)，Windows作為一款成功實(shí)用的商業(yè)操作系統(tǒng)，其性價(jià)比確實(shí)不錯(cuò)，但Windows本質(zhì)上不是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，盡管它也不斷向?qū)崟r(shí)方面努力，所以在使用Windows作為工業(yè)控制的系統(tǒng)軟件時(shí)就要充分認(rèn)識到這一點(diǎn)，否則設(shè)計(jì)出來的電控系統(tǒng)就可能出現(xiàn)許多缺陷。但是，由于Windows有大量的其它系統(tǒng)軟件支持，特別是大量的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的支持，所以其數(shù)據(jù)處理能力是非常強(qiáng)大的，相對而言，其實(shí)時(shí)控制能力就很不穩(wěn)定，若要用Windows作為電控系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件，就要揚(yáng)長避短，反復(fù)權(quán)衡。當(dāng)然，除Windows之外，還有許多專業(yè)的實(shí)時(shí)系統(tǒng)軟件可供選用，世界上許多一流的從事工業(yè)控制的公司，大都使用實(shí)時(shí)性好的工業(yè)操作系統(tǒng)，但其弱點(diǎn)是數(shù)據(jù)處理能力不夠強(qiáng)大和通用。

4 歷史設(shè)計(jì)缺陷的修正與未來電控系統(tǒng)的研發(fā)

過去十幾年間，由于各種原因而造成了一些存在設(shè)計(jì)缺陷的電控系統(tǒng)，對于這些有缺陷的電控系統(tǒng)的改造，一般需要做三方面的修正，首先是二次線路方面的重新設(shè)計(jì)、制作和安裝。由于某些存在缺陷的二次線路常采用PLC來實(shí)現(xiàn)其控制邏輯，而由于供電環(huán)境的不穩(wěn)定，時(shí)常造成PLC的損壞或其內(nèi)部固化程序的失效，一般的電工對此常常是束手無策，若改為用實(shí)物形態(tài)的繼電器、定時(shí)器、導(dǎo)線等來加以實(shí)現(xiàn)其等效的邏輯電路，電工就會感到得心應(yīng)手，其元器件的購買也十分方便。其次是模擬屏的制作，凡存在缺陷的電控系統(tǒng)往往沒有模擬屏，一旦控制電腦發(fā)生問題，整條生產(chǎn)線就陷入了徹底的癱瘓，連手動(dòng)生產(chǎn)都無法進(jìn)行，這必將嚴(yán)重影響生產(chǎn)，對于這種系統(tǒng)，要為其增加模擬屏，其上以生產(chǎn)工藝流程圖為背景，配各種手動(dòng)操作開關(guān)、按鈕及指示燈，形成完備的手動(dòng)控制體系，即使用于自動(dòng)控制的電腦由于某種原因而不能使用時(shí)，還能用手動(dòng)的方法進(jìn)行生產(chǎn)，在此期間從容地等待設(shè)計(jì)廠家來維修，基本上不影響生產(chǎn)。其三是安裝專用的電腦配料系統(tǒng)，對于飼料生產(chǎn)來說，控制難度最大且最復(fù)雜的工段就是配料與混合工段，其它工段都是由簡單的邏輯電路組成，所以在配料與混合工段采用技術(shù)先進(jìn)的電腦配料系統(tǒng)是非常必要的，能使整條生產(chǎn)線的自動(dòng)化程度恰到好處，整套系統(tǒng)簡潔明了，即便于生產(chǎn)，又便于維護(hù)。

對于未來我國飼料加工企業(yè)電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作，筆者認(rèn)為要采用自動(dòng)與手動(dòng)并行的設(shè)計(jì)方式進(jìn)行，即手動(dòng)與自動(dòng)都能獨(dú)立運(yùn)行，即使自動(dòng)控制系統(tǒng)由于某些原因而暫時(shí)不能使用，手動(dòng)控制亦要能很好地工作，形成一種冗余控制機(jī)制，現(xiàn)在的復(fù)雜設(shè)備（例如：飛機(jī)、小汽車等）就是采用這種自動(dòng)手動(dòng)各自能獨(dú)立工作的冗余操控模式，這對于我們設(shè)計(jì)飼料加工企業(yè)的電控系統(tǒng)來說，是值得借鑒的。

[1]洪小平.論飼料加工企業(yè)電腦配料系統(tǒng)的研發(fā)[J].飼料工業(yè),2005,26(15):57-59.

[2]撫州遠(yuǎn)東智能科技有限公司技術(shù)部《技術(shù)工作大全》.