試析PLC技術下飼料生產(chǎn)線自動化控制

姚若體

（廣西農(nóng)墾永新畜牧集團西江有限公司廣西 貴港 537100）

試析PLC技術下飼料生產(chǎn)線自動化控制

姚若體

（廣西農(nóng)墾永新畜牧集團西江有限公司廣西 貴港 537100）

隨著科技的發(fā)展，目前在自動化技術方面取得了很大的發(fā)展。自動化技術具有智能化和靈活性強的特點。在相關行業(yè)得到了大量的應用，受到人們的熱烈歡迎。在飼料生產(chǎn)線采用自動化控制技術，可以大大提高產(chǎn)品的質量和生產(chǎn)效率，而且也可以大大降低人力的勞動強度，節(jié)約飼料加工生產(chǎn)成本。飼料的生產(chǎn)是一個多輸入、單輸出的系統(tǒng)，針對這種系統(tǒng)采用PLC技術來構建自動化控制系統(tǒng)是最好的控制方式。本文詳細的闡述了PLC技術下飼料生產(chǎn)線的自動化控制系統(tǒng)，希望對相關的行業(yè)有一定的借鑒作用。

飼料生產(chǎn)；自動化控制；配料系統(tǒng)

前言

目前，我國的畜牧業(yè)生產(chǎn)快速的發(fā)展，而畜牧業(yè)的生產(chǎn)需要大量的飼料，為了提高畜牧業(yè)生產(chǎn)的效率，就需要不斷的提高飼料的生產(chǎn)效率。當前，我國的飼料生產(chǎn)企業(yè)雖然企業(yè)眾多，但大都生產(chǎn)規(guī)模比較小，科技實力不強，很多甚至沒有科研投入，更別說自動化的生產(chǎn)技術。與國外的技術水平還是有很大的差距。針對這種情況，利用現(xiàn)在PLC控制技術提高我國的飼料生產(chǎn)的自動化具有重大的意義。當前的PLC技術發(fā)展迅速，非常適合飼料生產(chǎn)的多輸入、單輸出系統(tǒng)，因此PLC成為了很好的技術方案。

1 飼料生產(chǎn)系統(tǒng)概述

所謂的飼料生產(chǎn)自動化控制系統(tǒng)是一個實時的監(jiān)控管理系統(tǒng)，主要是完成飼料生產(chǎn)過程中對各種構成飼料的原料按照一定的比例進行配比和要求進行混合，并制成具有營養(yǎng)成份的飼料成品。這種自動化控制系統(tǒng)在當前的市場中具有廣闊的市場前景[1]。在我國當前的飼料生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)主要有給料系統(tǒng)、稱量系統(tǒng)和配料控制系統(tǒng)等幾部分組成。其中，給料系統(tǒng)是將原料儲存機構中的原料轉向稱重系統(tǒng)的機構，并且給料系統(tǒng)要能夠對不同的原料進行分別，以便將不同的原料準確的送給相應的稱重系統(tǒng)。稱量部分是飼料生產(chǎn)中的重要一環(huán)，它決定著原來的配比，對飼料的生產(chǎn)質量和效率有重要的影響[2]?？刂葡到y(tǒng)是主要完成對飼料生產(chǎn)各個階段的遠程控制，由各種儀表、可編程控制器和工控機等部分組成。

1.1 給料方式的選擇

在目前的飼料生產(chǎn)過程中，常采用的給料系統(tǒng)有：電磁給料系統(tǒng)、螺旋給料系統(tǒng)和料門給料系統(tǒng)等[3]。另外，有部分的企業(yè)也還采用傳送帶、真空抽吸和震動給料的方式。其中，電磁給料的方式是利用的共振原理，這種方式具有省電、體積小和維護費用低的特點，而且對料槽的磨損也很小。但這種方式的一個缺點是對設備的安全要求比較高。

1.2 稱重方式選擇

飼料的稱重系統(tǒng)主要是完成對飼料的配料，在飼料生產(chǎn)過程具有重要的作用，對飼料的品質有重要的影響。目前常用的稱重方式有進料式稱重和卸料式稱重，在工作模式上具有單斗單稱、多斗單稱和多斗多稱等。

1.3 飼料生產(chǎn)線的結構

在我國目前的飼料生產(chǎn)線的結構主要有四種：①采用固定式單組料斗秤機構；②采用固定式多組料斗秤結構；③采用移動式料斗秤結構；④采用稱重帶式輸送機的多組秤結構。具體的飼料生產(chǎn)自動化系統(tǒng)控制過程如圖1所示。

2 PLC技術概述

PLC的全稱是可編程控制器，它是計算機技術和自動化技術綜合的控制器[4]。在工業(yè)中有大量的應用，尤其是對多輸入、多輸出的控制系統(tǒng)。具有可靠性高、耐高溫和耐震動的特點。另外，該系統(tǒng)的設計和安裝都比較的方便，而且平時的維護也比較的方便。PLC主要的工作方式是順序掃描、不斷循環(huán)。首先用戶要編寫好相應的程序，將程序存在相應的存儲器內，系統(tǒng)工作時，CPU按照程序的指令順序的操作。在PLC工作的過程中，是以掃描的方式對輸入端的狀態(tài)進行采集，并進行相應的處理，最終來對負載進行驅動。在對PLC控制系統(tǒng)的輸出方式進行選擇的時候，要根據(jù)控制系統(tǒng)的整體規(guī)模來考慮。對于一些中小型的控制系統(tǒng)，一般控制的點數(shù)少，程序編寫簡單，可以采用一次性的輸入輸出方式，采用這種方式的控制系統(tǒng)抗干擾能力強。另外對控制點數(shù)較多的控制系統(tǒng)，由于程序比較復雜，所以常采用定期采集、定期輸出的方式，這樣可以較高的滿足實時性的要求。針對PLC技術下的飼料生成自動化控制的一個典型的系統(tǒng)圖如圖2所示。

圖1 飼料的自動化生產(chǎn)過程圖示

圖2 飼料自動化生產(chǎn)的典型系統(tǒng)圖

在該系統(tǒng)中，對生產(chǎn)的監(jiān)控和管理是靠遠程控制的計算機來完成的。控制計算機接收到車間的指令，來對飼料生產(chǎn)的個原料和配方、時間等進行設置，并及時的將生產(chǎn)現(xiàn)場的各種數(shù)據(jù)進行存儲。對于原料的供給，主要靠PLC輸出的電流信號來改變電機的速度。

3 系統(tǒng)的硬件構成

在飼料的生產(chǎn)過程中，可能會受到一些設備的干擾，所以為了提高系統(tǒng)的可靠性，一般采用的方案是用可靠性高的中央控制器和現(xiàn)場總線技術。計算機控制系統(tǒng)采用PLC和PC機組成下位機和上位機。上位機主要給操作人員提高一個可視化的人機界面，下位機主要對飼料生產(chǎn)的各種儀器進行控制和監(jiān)測。比如可以采用SIMATIC S7-300的可編程控制器來控制設備，并通過現(xiàn)場總線技術由PC機進行監(jiān)控。遠程的控制計算機完成對整個生產(chǎn)的管理，例如對原料和配方的設定。這個控制系統(tǒng)的設計主要有稱重系統(tǒng)的設計、給料系統(tǒng)的設計、生產(chǎn)線結構的設計和配料控制系統(tǒng)的設計等。

3.1 計量系統(tǒng)的設計

在飼料的生產(chǎn)過程中，主要包含了兩方面的內容：①利用自動化的儀表完成對生產(chǎn)中的一些變化物理量的控制，是生產(chǎn)過程處于最好的狀態(tài)。比如在配料的混合中，可以通過一些智能的稱量裝置按照預設的要求自動的對原料進行配比。②一些電動機和電磁閥機構的控制，要正確的對這些機構進行控制，是飼料的生產(chǎn)達到特定的工業(yè)要求。傳統(tǒng)的配料采用的是皮帶秤來完成對原料的計量，各種配料經(jīng)過皮帶秤來進行稱量，在皮帶的相應位置裝有重力和速度檢測的傳感器，通過對相應數(shù)據(jù)的采集來計算出給料的量。同時，還可以在整個控制系統(tǒng)中加入PID調節(jié)器，可以使系統(tǒng)按照閉環(huán)的方式進行控制，這樣可以提高系統(tǒng)的控制精度。采用重力和速度檢測的傳感器來完成對配料的量的計算比較復雜，而且精度也不高，實時性不好。如果直接電子秤來完成對配料的稱重具有更好的優(yōu)勢。電子秤主要有重量傳感器和放大、濾波電路、模式轉換模塊以及微處理器等構成。電子秤可以同時對重量、電池電壓和溫度進行測量，并且可以用軟件來補償傳感器的一些漂移，所以硬件成本低。并且電子秤可以實現(xiàn)多機總線聯(lián)網(wǎng)，因此只用一個計算機就可以完成對幾十臺電子秤的數(shù)據(jù)采集。而且電子秤的精度高，抗干擾力強，讀數(shù)穩(wěn)定。

3.2 PLC的子系統(tǒng)硬件設計

PLC是安裝在飼料的生產(chǎn)現(xiàn)場的，可以對現(xiàn)場生產(chǎn)過程中的各種參數(shù)進行處理，并通過相應的總線接口傳給PC機，由PC機進行處理后對現(xiàn)場的生產(chǎn)進行控制，以實現(xiàn)自動化的生產(chǎn)。完成這個過程離不開PLC的子系統(tǒng)硬件設計，這子系統(tǒng)包括供電系統(tǒng)設計、PLC、總線通信和顯示模塊設計等。為了完成一個PLC的控制系統(tǒng)，首先要明白系統(tǒng)所要完成的功能和要求，需要整個系統(tǒng)的方框圖的具體描述以及對PLC的I/O的闡述等。PLC是安裝在相應的PLC柜內的，通過自身的I/O模塊來接受外部的輸入信號，來根據(jù)程序的指令來輸出相應的信號，來達到對現(xiàn)場生產(chǎn)的控制。

4 PLC軟件的設計

可編程控制器的系統(tǒng)結構決定了程序的設計方法，常用的PLC程序設計結構有順序控制結構、循環(huán)控制結構、判斷分支結構和中端控制結構等。這些結構因控制功能的不同對系統(tǒng)的內部電路和編程思路也有一定的影響。整個PLC的程序是由若干的程序模塊組成的。這些模塊主要有以下的一些構成：①系統(tǒng)工作狀態(tài)的識別和程序初始化模塊；②設備控制操作程序庫；③流程控制啟停操作模塊；④設備輸入狀態(tài)監(jiān)測模塊和設備故障報警以及顯示模塊；⑤通信和數(shù)據(jù)采集模塊。

程序的整個流程是先由現(xiàn)場的計算機對系統(tǒng)進行初始化，然后根據(jù)系統(tǒng)預先設定的參數(shù)來啟動控制器和相應的傳感器。然后檢查原料倉中是否有料，如果沒有料或者料量不足則進行下料操作。同時由電子秤對原料進行稱重和計量，然后將計量的數(shù)據(jù)發(fā)送到可編程控制器CPU，CPU得到實時的測量數(shù)據(jù)，然后對數(shù)據(jù)進行計算，并按照配料的設定比例進行配料。在配料的過程中，為了提高系統(tǒng)的可靠度，采用PID控制策略進行調節(jié)。PID的輸入偏差是根據(jù)實際的給料流量和設定的流量進行比較所得。最終通過對相應的參數(shù)進行改變來控制電機的速度，來實現(xiàn)對飼料生產(chǎn)的自動化控制。

5 結語

總之，實現(xiàn)飼料生產(chǎn)線的自動化控制對于我國的農(nóng)業(yè)發(fā)展具有一定的促進作用。而當前PLC技術是實現(xiàn)這一目標的最佳選擇。在PLC技術下的飼料生產(chǎn)線自動化控制具有很大的應用前景，但是具體的采用何種的控制方案來實現(xiàn)對配料的微機化控制，以提高配料的精度是要重點考慮的問題。另外，也要強化對飼料生產(chǎn)的整體控制和管理，如果可以實現(xiàn)網(wǎng)絡化的生產(chǎn)管理將最好。

[1]曹康，李秀剛.現(xiàn)代飼料加工自動化和數(shù)字化控制技術的發(fā)展趨勢（續(xù)前）[J].糧食與飼料工業(yè)，2014（3）：38～41.

[2]蘇和，韓治平，浩紅軍，等.牧畜飼料加工過程中的自動化控制與管理[J].內蒙古師范大學學報（自然科學漢文版），2014（5）：568～572.

[3]陳孝照.水產(chǎn)配合飼料廠計算機自動配料系統(tǒng)的設計[J].機電技術，2015（4）：15～18.

[4]潘芳偉，潘攀，張鎮(zhèn)，等.生豬養(yǎng)殖自動化供料系統(tǒng)的優(yōu)化設計[J].科技信息，2016（10）：65.

S816

A

1004-7344（2016）16-0213-02

2016-4-29

姚若體（1975-），男，助理畜牧師，大專，主要從事飼料廠管理工作。