基于PLC的投飼機控制系統(tǒng)設(shè)計

李昕宇 劉群銘 劉利 史穎剛

摘? ?要：為了提高投餌機的投飼精度和飼料利用率，文章設(shè)計了一種基于PLC的移動式餌料自動投飼控制系統(tǒng)，包括系統(tǒng)工作流程圖、系統(tǒng)控制所需觸點、外部接線電路、電路保護設(shè)計圖和順序功能圖。結(jié)合傳感器信息、觸點信號的開關(guān)信息，并通過調(diào)節(jié)步進電機轉(zhuǎn)速來控制投飼量，可使系統(tǒng)按照預(yù)先設(shè)定的程序，實現(xiàn)網(wǎng)箱養(yǎng)殖魚池的定時、定量的精確投飼，應(yīng)用前景較好。

關(guān)鍵詞：水產(chǎn)養(yǎng)殖;自動投飼;餌料;可編程邏輯控制器;順序功能圖

自動投餌機是網(wǎng)箱水產(chǎn)養(yǎng)殖必備設(shè)備[1]，目前的投餌機在進行投喂餌料作業(yè)時，基本根據(jù)經(jīng)驗，采用人工操作的方法，存在撒料不均勻、計量不準(zhǔn)確和喂料不準(zhǔn)時等缺點[2]。投餌機的自動化程度不高、適應(yīng)力差等不足，限制了水產(chǎn)養(yǎng)殖的規(guī)模化、自動化、智能化發(fā)展[3]。本文針對現(xiàn)有的自動投飼設(shè)備，設(shè)計了一套基于可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）的移動式自動投飼控制系統(tǒng)[4]。

1? ? 系統(tǒng)整體設(shè)計

自動投飼控制系統(tǒng)主要分為行走系統(tǒng)、投飼裝置、上料裝置、控制系統(tǒng)等部分，自動投飼機的整體布局如圖1所示，結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。

1.魚池;2.投餌機;3.上料裝置;4.軌道

1.連接裝置;2.料倉;3.定量下料機構(gòu);

4.拋料機構(gòu);5.箱體;6.步進電機

魚池上方架設(shè)軌道，每個魚池正上方設(shè)置對應(yīng)的定位識別點，當(dāng)投飼機沿軌道行走到識別點時，PLC接收信號，控制完成相應(yīng)投飼動作。系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)步進電機的轉(zhuǎn)速來控制投飼量，從而實現(xiàn)對該魚池的定量精確投飼。該自動投飼系統(tǒng)，能一次自動完成多個魚池或其中任意魚池的定時、定量精確投飼。根據(jù)系統(tǒng)功能和控制要求，設(shè)計系統(tǒng)運動過程，如圖3所示。

PLC控制器隨車行走，觸碰開關(guān)固定在小車上，對應(yīng)碰撞點裝在軌道上，按下“開始”按鈕后，系統(tǒng)內(nèi)裝有的重量傳感器自動檢測飼料箱內(nèi)質(zhì)量，根據(jù)飼料剩余量，判斷是否補充飼料。飼料充足的投飼機，在行走過程中，碰觸到投飼限位開關(guān)，觸碰開關(guān)發(fā)出信號，計數(shù)器C0加1，C0>C1（初始為0），則投飼機停止行走，進行投飼。投飼結(jié)束，投飼機繼續(xù)前進，到下一投飼點進行投飼。系統(tǒng)對限位開關(guān)信號與投飼次數(shù)均有計數(shù)，避免了投飼機補充完飼料后在重復(fù)位置投飼。通過重力傳感器判斷料箱內(nèi)飼料重量，當(dāng)箱內(nèi)質(zhì)量小于預(yù)設(shè)值時，投飼機前行，不響應(yīng)觸碰開關(guān)。投飼機回到上料點后進行上料，同時，C1置零。投飼次數(shù)達到預(yù)設(shè)值時，表明該系統(tǒng)已完成預(yù)設(shè)投飼點的投飼工作，投飼機?？吭陬A(yù)設(shè)的?？奎c，停止工作。

2? ? 外部電路接線

選取型號FX2N-2AD的PLC進行控制系統(tǒng)設(shè)計。因小車行走過程中存在慣性，不會在碰到開關(guān)時立刻停止，而PLC的掃描頻率很高，故將系統(tǒng)開始工作信號X1、投飼預(yù)設(shè)點碰觸開關(guān)X2、上料預(yù)設(shè)點碰觸開關(guān)X3以及?？款A(yù)設(shè)點的碰觸開關(guān)X4的信號，均視為一個短暫的高電平，即按鈕類型輸入，同時，還有重量傳感器產(chǎn)生的電壓信號，經(jīng)放大后通過特殊模塊輸入PLC。輸出信號Y1，Y2，Y3為接觸器類型，判斷開關(guān)控制電機是否進行工作。

根據(jù)上述分析，投飼系統(tǒng)的PLC控制器需要的輸入/輸出（Input/Output，I/O）點數(shù)如表1所示，其外部接線示意如圖4所示。其中，右半部分為電路保護設(shè)計，在Y4處串入一個電機、保險電阻、接觸器KM，并設(shè)置了緊急停止按鈕。

3? ? 程序設(shè)計

當(dāng)PLC模塊通電時，按下按鈕X001，M20置位激活，隨后M21置位，M20復(fù)位。行走小車從上次工作?？课恢瞄_始前進，同時，檢測飼料箱內(nèi)質(zhì)量是否小于預(yù)設(shè)下限值。當(dāng)行走小車內(nèi)飼料箱的飼料重量小于或等于預(yù)設(shè)下限值時，M0激活，當(dāng)小車行走到上料限位點X003時，M23激活置位，M21復(fù)位。同時，開始檢測飼料箱內(nèi)質(zhì)量，當(dāng)行走小車飼料箱內(nèi)質(zhì)量達到預(yù)設(shè)值上限時，M5動作，跳回M21，小車?yán)^續(xù)工作。

通過對比C0與C1大小，來判斷是否投飼，當(dāng)C0大于C1時，M10激活動作，M24置位激活，M22復(fù)位。M22置位時，投飼電機Y003開始工作，計時器開始計時，C1計數(shù)器得電計數(shù)。計時滿足時程序跳回M21，M21激活置位，M22復(fù)位。M21激活時T0置零，用于下次投飼計時。若C0不大于C1，M11或者M12激活，則直接跳回M21，小車?yán)^續(xù)前進。

當(dāng)一次投飼結(jié)束，且C1計數(shù)已滿足預(yù)設(shè)時，小車前進過程中到達停靠限位點X004時，C1和X004同時滿足，程序跳回M0，小車停止工作，一次完整的投飼任務(wù)完成。其中，關(guān)于上料機構(gòu)順序控制功能圖各個觸點的解釋如表1所示。上料機構(gòu)執(zhí)行連續(xù)工作方式時的順序功能如圖5所示。

4? ? 結(jié)語

本文設(shè)計了基于PLC的餌料自動投飼控制系統(tǒng)，通過紐扣式微型荷重傳感器，檢測飼料信息，實現(xiàn)及時上料和準(zhǔn)確計量。通過觸點信號的開關(guān)，來控制投飼、上料、?？?，實現(xiàn)了移動式精確投飼，可用一臺投飼機完成多個網(wǎng)箱的投飼工作，從而提高了投飼效率，降低了勞動力和養(yǎng)殖生產(chǎn)成本。系統(tǒng)也可以結(jié)合傳感器檢測、圖像處理等多種技術(shù)，實現(xiàn)智能化和遠程控制，具有廣闊的應(yīng)用前景。