計(jì)算機(jī)技術(shù)在水產(chǎn)配合飼料廠自動配料系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

蒙振海，張欽鋒

（廣西城市職業(yè)大學(xué)，廣西崇左 532200）

飼料生產(chǎn)是我國的重要工業(yè)之一，與種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)等密切相關(guān)，在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著積極作用。水產(chǎn)配合飼料為水產(chǎn)養(yǎng)殖提供基礎(chǔ)，水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)品的質(zhì)量受水產(chǎn)配合飼料的直接影響。配料工序是水產(chǎn)配合飼料廠的重要工序之一。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，芯片及工業(yè)器件等的改進(jìn)，促進(jìn)高精度自動控制系統(tǒng)的研究和發(fā)展。我國明確要求水產(chǎn)配合飼料廠必須使用計(jì)算機(jī)自動配料系統(tǒng)。一些水產(chǎn)配合飼料廠生產(chǎn)規(guī)模小，使用人工手動配料方式，導(dǎo)致配料錯誤率高，工作環(huán)境惡劣，人工勞動強(qiáng)度大，影響水產(chǎn)配合飼料的質(zhì)量。尤其是一些特種水產(chǎn)動物，對配合飼料的要求更高。水產(chǎn)配合飼料廠需改進(jìn)配料系統(tǒng)技術(shù)，設(shè)計(jì)自動控制配料系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品追溯、配料控制、配方設(shè)置等，提升水產(chǎn)配合飼料廠的產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率。

1 水產(chǎn)配合飼料廠配料系統(tǒng)工藝流程

1.1 自動配料系統(tǒng)工藝流程圖 本研究選取某水產(chǎn)配合飼料廠，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)其自動配料系統(tǒng)。該水產(chǎn)配合飼料廠主要生產(chǎn)的水產(chǎn)配合飼料，為甲魚粉狀特種飼料。根據(jù)農(nóng)業(yè)部許可生產(chǎn)要求及水產(chǎn)配合飼料廠的產(chǎn)品配方特點(diǎn)，其自動配料系統(tǒng)工藝流程圖如下圖。

1.2 水產(chǎn)配合飼料廠自動配料系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)水產(chǎn)配合飼料廠的飼料自動配料系統(tǒng)主要包括顯示器、工控機(jī)、稱重系統(tǒng)、可編程控制器、配料秤斗等，如圖2所示。飼料自動配料系統(tǒng)工作時，將各種飼料原料投入相應(yīng)的配料倉體，主要經(jīng)過旋轉(zhuǎn)分配器、刮板輸送1、刮板輸送2、投料口等。在此過程中，稱重傳感器發(fā)揮模擬信號的作用。然后稱重儀表開始A/D 轉(zhuǎn)換，形成具體的重量值。主要通過RS232通訊口，該數(shù)值被工控機(jī)直接讀取。在自動配料時，根據(jù)已經(jīng)加載運(yùn)行的配方數(shù)據(jù)，工控機(jī)中的組態(tài)軟件會依次下達(dá)指令給可編程邏輯控制器（PLC）。按配方的進(jìn)料順序指示操作，使PLC輸出控制，攪拌配料。工控機(jī)可以從稱重儀表中讀取配料重量作為實(shí)際加料的重量值（倪瑞等，2019）。同時也會對比已經(jīng)加載運(yùn)行的配方，比較慢加料量、設(shè)定值、提前量等。轉(zhuǎn)換比較結(jié)果，向PLC傳達(dá)控制信號。PLC控制變頻器會控制運(yùn)行，或者調(diào)整對應(yīng)倉的飼料配料絞龍及運(yùn)行速度（王均斌，2019）。使每種飼料原料的重量都能達(dá)到精確控制，保證生產(chǎn)質(zhì)量。完成所有的自動配料過程，將開秤斗的氣動閥門打開，使配合料進(jìn)入混合機(jī)內(nèi)混合，主要通過初清篩、刮板輸送4、提升機(jī)2等。秤斗上的重量顯示為零時，自動將氣動閥門關(guān)閉。接著混合機(jī)計(jì)時，開始混合原料，直到設(shè)定的時間。根據(jù)飼料生產(chǎn)的需要，混合機(jī)開門或關(guān)門可以延緩一段時間手動放料，也可以將其自動放料進(jìn)入下一個工序。

2 水產(chǎn)配合飼料廠自動配料系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 自動配料系統(tǒng)硬件器件選型

2.1.1 可編程序控制器（PLC） 本次研究設(shè)計(jì)使用PLC，選取臺達(dá)PLC。結(jié)合其長期使用情況，顯示臺達(dá)PLC的性價比比較高，并且有Moubus通訊便利指令。本次研究自動配料系統(tǒng)開關(guān)量為輸入輸出信號?；诒豢貙ο蟮妮斎搿⑤敵隹冢↖/O），選取 DVP32XP200R擴(kuò)展機(jī)，臺達(dá)DVP60ES200R，方便接線和安裝，符合使用需要。

2.1.2 稱重儀表與稱重傳感器。稱重是飼料配制的重要內(nèi)容，控制稱重精度直接關(guān)系飼料產(chǎn)品質(zhì)量。水產(chǎn)配合飼料廠自動配料系統(tǒng)需合理選取稱重儀表與稱重傳感器。稱重儀表與稱重傳感器的靈敏度、精度影響系統(tǒng)控制的精度及配料的精度。使用梅特勒-托利多的產(chǎn)品作為本次研究系統(tǒng)的稱重傳感器和顯示儀表。該產(chǎn)品具有穩(wěn)定的性能，且精度高，稱重速度快。不受現(xiàn)場環(huán)境的干擾，該產(chǎn)品的稱量信號能順利遠(yuǎn)距離傳遞。其顯示儀表使用壽命長，可靠性高，控制功能好。秤斗重量大約500 kg，正常配料重量1000 kg。本次研究設(shè)計(jì)使用的稱重傳感器為3個1000 kg量程。使用壓式稱重傳感器符合安裝位置的條件要求。通過RS232與工控機(jī)傳輸稱重重量信號的通訊。IND320L稱重儀表有標(biāo)準(zhǔn)RS232通訊口，并且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

2.1.3 工控機(jī)。本次研究的水產(chǎn)配合飼料廠自動配料系統(tǒng)主要應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，因此計(jì)算機(jī)是核心部件之一。自動配料系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)比一般計(jì)算機(jī)有更高的要求，要求穩(wěn)定性強(qiáng)，并且標(biāo)準(zhǔn)RS232通訊口不少于2個（石文豪，2018）。本次設(shè)計(jì)選取研華ID510系列工控機(jī)，一個標(biāo)準(zhǔn)RS232通訊口與稱重儀表通訊，另一個與PLC通訊。

2.2 自動配料系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 本次研究的自動配料系統(tǒng)的配料電路如圖3所示。PLC的RS485控制通訊。PLC輸出口控制變頻器的運(yùn)行。上位機(jī)設(shè)置變頻器的頻率。每個倉體的配料絞龍由一臺變頻器控制。

3 水產(chǎn)配合飼料廠自動配料系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

3.1 工控機(jī)軟件設(shè)計(jì) 水產(chǎn)配合飼料廠自動配料系統(tǒng)的工控機(jī)軟件選取昆侖通態(tài)組態(tài)軟件，包括配方管理、設(shè)備連接、記錄處理、畫面創(chuàng)建等。組態(tài)系統(tǒng)需與PLC交換數(shù)據(jù)，從而監(jiān)控PLC。編輯寫腳本程序，在工控機(jī)硬盤中設(shè)定存儲水產(chǎn)配合飼料的配方設(shè)定值、原料名稱、慢加料量、進(jìn)料順序、頻率等（蔡軍虎，2018）。在顯示表格中讀取配方名稱及對應(yīng)參數(shù)。將需要交換的PLC參數(shù)地址輸入到設(shè)備窗口連接項(xiàng)內(nèi)。從而能修改、編輯、加載水產(chǎn)配合飼料的配方。編輯運(yùn)行策略工具箱的腳本程序可以保存配料結(jié)果數(shù)據(jù)，提前關(guān)閉送料，判斷慢加頻率、快加頻率，判斷進(jìn)料順序等。

3.2 PLC軟件設(shè)計(jì) 在自動配料系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計(jì)中，開關(guān)信號是PLC的控制對象，依據(jù)飼料生產(chǎn)工藝控制電機(jī)、閥門等。被控對象I/O口的功能分配見表1。應(yīng)用步進(jìn)點(diǎn)轉(zhuǎn)移處理進(jìn)行自動配料控制。依據(jù)工控機(jī)中的進(jìn)料順序、配方參數(shù)控制各料倉原料。本次自動配料系統(tǒng)對變頻器的頻率設(shè)置使用RS485通訊，可滿足不同送料速度及不同原料用量、不同原料比重等需求。通過各配料倉的慢加頻率、快加頻率設(shè)置送料速度（胡瑞玲，2018）。PLC提供快加頻率值進(jìn)行配料，達(dá)到設(shè)定的慢加料量，改變?yōu)槁宇l率值，通過變頻器實(shí)現(xiàn)其過程。PLC 輸出控制停止變頻器，為加料量達(dá)到提前量，應(yīng)關(guān)閉對應(yīng)倉配料絞龍。秤斗和配料絞龍有空中料柱的存在，為評估重量是否超出誤差允許，需停止2 s（吳峰等，2018）。如果超出范圍可以調(diào)控慢加頻率值及提前量大小，使其在誤差允許值內(nèi)。

4 自動配料系統(tǒng)在實(shí)際水產(chǎn)配合飼料生產(chǎn)的應(yīng)用效果

使用本次研究設(shè)計(jì)的自動配料系統(tǒng)可以發(fā)現(xiàn)，在生產(chǎn)過程中，通過對提前量、慢加頻率的調(diào)節(jié)，能控制±0.3%FS的動態(tài)精度。一次配料時間大約為4 min。在飼料配方打印窗口中輸入具體日期可以查詢水產(chǎn)配合飼料廠某日的配料數(shù)據(jù)實(shí)際情況。該日生產(chǎn)的甲魚飼料情況，所有的配方名稱都會顯示。并且能產(chǎn)生相應(yīng)的文檔，如表2所示。

應(yīng)用本次研究設(shè)計(jì)的自動配料系統(tǒng)，水產(chǎn)配合飼料廠的配料動態(tài)精度大約為±0.3%FS，反映了其具有較高的配料精度，能滿足水產(chǎn)配合飼料廠對精度的要求。計(jì)算機(jī)自動配料系統(tǒng)能有效提升水產(chǎn)配合飼料廠的自動化程度，生產(chǎn)控制精度，減少漏投、錯投等問題。自動配料系統(tǒng)運(yùn)行可靠，可以改善人工工作環(huán)境，減輕勞動強(qiáng)度，提高飼料生產(chǎn)效率。同時，自動配料系統(tǒng)能自動記錄配料過程，明確相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，方便質(zhì)量追溯。并且能監(jiān)控自動配料過程，保證水產(chǎn)配合飼料的產(chǎn)品質(zhì)量。

表1 PLC輸入/輸出口功能分配表

表2 某日水產(chǎn)配合飼料廠配料數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)

5 結(jié)語

本次研究設(shè)計(jì)的自動配料系統(tǒng)應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)配合飼料配料的自動化，保證了配料的精度。自動配料系統(tǒng)有利于減少人為因素的影響，可自動控制配料生產(chǎn)過程，實(shí)現(xiàn)配料質(zhì)量的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性。從而提升飼料生產(chǎn)效率和質(zhì)量，提升企業(yè)生產(chǎn)效益。