飼料配制的計(jì)算機(jī)屏上控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

張欽鋒,蒙振海

(廣西城市職業(yè)大學(xué),廣西崇左 532200)

飼料產(chǎn)業(yè)為養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展提供重要支撐，飼料產(chǎn)品直接關(guān)系著養(yǎng)殖業(yè)的品質(zhì)。飼料企業(yè)生產(chǎn)多種類、充足的飼料，滿足養(yǎng)殖業(yè)的需求，促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。傳統(tǒng)的飼料生產(chǎn)模式主要是簡單的電器控制，或者是手工作業(yè)生產(chǎn)，不能精確控制飼料配制數(shù)量，無法保證產(chǎn)品的質(zhì)量，并且生產(chǎn)效率低下，制約飼料行業(yè)的發(fā)展。飼料行業(yè)需要提升自動(dòng)化程度，提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量?，F(xiàn)代技術(shù)更新非?？欤暳掀髽I(yè)要合理的更新生產(chǎn)技術(shù)、生產(chǎn)設(shè)備，提升智能化生產(chǎn)水平。在改進(jìn)飼料配制技術(shù)過程中生產(chǎn)監(jiān)控十分重要，能科學(xué)控制飼料配料稱量，整體提高自動(dòng)化控制水平，降低生產(chǎn)成本，提高效率和質(zhì)量?，F(xiàn)代化飼料生產(chǎn)中，自動(dòng)配料稱量系統(tǒng)是重要的生產(chǎn)手段，本文對(duì)飼料配制自動(dòng)配料稱量系統(tǒng)進(jìn)行探討，分析計(jì)算機(jī)屏上控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的計(jì)量，配制符合要求的飼料。

1 典型飼料生產(chǎn)工藝流程

在飼料生產(chǎn)過程中，飼料機(jī)械成套機(jī)電設(shè)備包括多個(gè)工段的相應(yīng)機(jī)械設(shè)備，如制粒與擠壓、配料與混合、清理與粉碎、貯存與輸送等。另外有蒸汽系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、中央監(jiān)控系統(tǒng)等。根據(jù)飼料組成成分及應(yīng)用特點(diǎn)可以分為濃縮飼料生產(chǎn)線、混合飼料生產(chǎn)線、全價(jià)配合飼料生產(chǎn)線等（李光輝，2019）。提高飼料產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段之一就是改進(jìn)生產(chǎn)工藝，優(yōu)化生產(chǎn)加工流程。隨著飼料科技、動(dòng)物營養(yǎng)的進(jìn)步，在飼料加工中已應(yīng)用一些比較先進(jìn)的加工技術(shù)，提高飼料飼用價(jià)值。如果飼料加工處理不當(dāng)，會(huì)影響營養(yǎng)價(jià)值，降低飼料品質(zhì)，導(dǎo)致變質(zhì)（倪瑞等，2019）。先進(jìn)的飼料生產(chǎn)工藝有利于飼料工業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。以配合飼料生產(chǎn)線為例，原料從接收與貯存到粉碎系統(tǒng)，然后是配料系統(tǒng)，混合系統(tǒng)，制粒系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，供氣、除塵系統(tǒng)，最后進(jìn)行成品計(jì)量和包裝系統(tǒng)。

2 飼料配料控制系統(tǒng)及稱量模式

目前，家禽牲畜普遍采用圈養(yǎng)方式，實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)。規(guī)模化養(yǎng)殖需要大量的成品飼料?，F(xiàn)代配合飼料的生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，從每小時(shí)2 t 到每小時(shí)30 t。配合飼料的原料有許多，如蛋白粉、豆粕、麥麩、玉米、菜籽粕、添加劑等。在生產(chǎn)過程中需要根據(jù)配方的規(guī)定，在最短時(shí)間內(nèi)將一定質(zhì)量的各種原料投入計(jì)量斗。這一工序?qū)τ?jì)量的要求很高，人力作業(yè)很難做到快速又準(zhǔn)，并且可能出現(xiàn)人體危害（陳華等，2017）。飼料生產(chǎn)企業(yè)大多采用自動(dòng)配料稱量系統(tǒng)，提升原料質(zhì)量的智能化水平，從而提升生產(chǎn)效率。同時(shí)也可以降低生產(chǎn)成本，保證產(chǎn)品品質(zhì)，減少粉塵對(duì)人體健康的危害。本次研究選取新型PCS-1000 型自動(dòng)配料控制系統(tǒng)，能儲(chǔ)存近千種配料配方，控制20 多種配料稱量。經(jīng)邏輯電路解碼，繼電器控制輸出控制手動(dòng)加料，稱料斗的卸料，慢速加料等?？梢酝饨哟蛴C(jī)，同期打印物料消耗報(bào)告及各類生產(chǎn)報(bào)告。在飼料生產(chǎn)自動(dòng)配料稱量系統(tǒng)中，自動(dòng)配料控制器能滿足需求。

根據(jù)配合飼料生產(chǎn)線的實(shí)際情況，有兩種配料稱量模式，可以使用兩個(gè)計(jì)量斗稱量8 ～12 種飼料原料，在一個(gè)混合機(jī)內(nèi)卸料。也可以使用一個(gè)計(jì)量斗，稱量12 ～16 種飼料原料，然后卸料。綜合飼料生產(chǎn)廠家的情況，每家生產(chǎn)廠的原料種數(shù)、生產(chǎn)配方有一定的差異。但總體上有類似的生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)模式。大部分使用斗式提升機(jī)，提升原料到高處的螺旋輸送機(jī)。工藝生產(chǎn)流程大致類似（王小陽，2017）。原料稱量方式基本相同。經(jīng)電控旋轉(zhuǎn)分配器，將原料向高層各個(gè)貯料倉分配輸送。按配方規(guī)定，根據(jù)配料控制器的指令，按照設(shè)定的質(zhì)量和順序，螺旋輸送機(jī)會(huì)向各個(gè)貯料倉定量計(jì)量下料。完成配料后，卸料門由計(jì)量斗自動(dòng)打開?；旌蠙C(jī)會(huì)儲(chǔ)存這些混合配料進(jìn)行攪拌。同時(shí)根據(jù)規(guī)定注入油脂，均勻攪拌，送入壓料成型工序。在配制過程中，使用倒置圓錐體斗結(jié)構(gòu)，計(jì)量斗容納1000 ～4000 kg 原料。

使用壓式受力的稱量傳感器，防止在受料時(shí)計(jì)量斗擺動(dòng)，影響質(zhì)量準(zhǔn)確性。如果使用拉式受力的稱量傳感器，需要加裝萬向關(guān)節(jié)軸承在傳感器兩端上。并且要防止計(jì)量斗的水平晃動(dòng)，需要將水平拉桿安置在計(jì)量斗中。在飼料配制過程中，計(jì)量的物料主要是松散的粉粒原料。在卸料過程中，由于計(jì)量斗的限制，原料會(huì)堆積成小丘，影響實(shí)際的容納質(zhì)量。因此，在設(shè)計(jì)計(jì)量斗容積時(shí)，需要考慮能充分容納原料。根據(jù)顆粒大小、原料密度乘上1 個(gè)系數(shù)作為計(jì)量斗的容積（李惠，2019）。原料卸料時(shí)需能自由迅速下落，提高效率。計(jì)量斗卸料口的錐度是關(guān)鍵部位，需要合理設(shè)計(jì)，保證原料的速度和質(zhì)量。如由于重力作用，干性原料在下落時(shí)可能形成漏斗狀、拱橋狀等在錐部部位，對(duì)下落干凈程度、正常流動(dòng)速度造成不利影響。從而很難進(jìn)行一次性的精確計(jì)量。綜合考慮實(shí)際經(jīng)驗(yàn)及理論計(jì)算結(jié)果，通常卸料口的錐角不超過60°。在設(shè)計(jì)時(shí)也要考慮內(nèi)壁堆積堵塞問題。一些吸濕原料會(huì)影響卸料速度和計(jì)量精度。為消除堵塞問題，使計(jì)量斗達(dá)到最佳的工作狀態(tài)，可以在外加倉壁安裝振動(dòng)器，設(shè)置在計(jì)量斗倉壁外即可。通過強(qiáng)迫震動(dòng)避免堆積堵塞的問題。設(shè)置三角形破拱結(jié)構(gòu)，用于卸料口上端，幫助加快原料下落。在飼料配制過程中，計(jì)量斗的上方通常有12 ～25 種原料，其中一些原料堵塞計(jì)量斗錐部。螺旋輸送機(jī)下料口的原料，出現(xiàn)較大的單位密度（李靈，2019）。需要在生產(chǎn)過程中精確計(jì)量，合理布置各個(gè)下料位置，避免在計(jì)量斗錐部堵塞。

3 飼料自動(dòng)配料控制系統(tǒng)組成

3.1 整體框架 飼料自動(dòng)配料控制系統(tǒng)整體框架如下。

3.2 稱質(zhì)量傳感器 在飼料自動(dòng)配料控制系統(tǒng)中，使用電阻應(yīng)變式稱質(zhì)量傳感器，符合飼料配料生產(chǎn)的實(shí)際狀況。根據(jù)金屬彈性體受力的彈性形變情況，所受力越大，變形力越大。電阻應(yīng)變計(jì)集中于稱質(zhì)量傳感器表面應(yīng)力，組成惠斯頓測(cè)量電橋，賦于激勵(lì)電壓，使重力轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。

3.3 稱質(zhì)量儀表 自動(dòng)配料稱質(zhì)量儀表具有控制功能，實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化智能化。稱質(zhì)量儀表的儀表等級(jí)是Ⅲ級(jí)。A/D 取樣速度為高于100 次/s。儀表內(nèi)部分辨率為4×105。非線性修正范圍為0.01 ～0.1 F.S。輸入信號(hào)范圍為0.01 ～33 mV。貯存溫度：（25±55）℃。激勵(lì)電流：≥250 mA。激勵(lì)電壓DC ：15 V，1%。相對(duì)濕度：＜90%R.H。使用溫度：（0±40）℃。質(zhì)量：＜4 kg。消耗功率：＜35 W。稱質(zhì)量儀表的前面板不僅可以顯示資料數(shù)字，稱質(zhì)量，并且可以設(shè)置時(shí)間。傳感器插座、電源插座在稱質(zhì)量儀表后面板，同時(shí)有兩個(gè)繼電器輸出端子，一個(gè)BCD 輸出口，兩個(gè)RS232輸出口，能直接連接計(jì)算機(jī)或邏輯控制器。稱質(zhì)量儀表的操作方便，功能齊全，且可靠性、穩(wěn)定性比較高。稱質(zhì)量傳感器中的電信號(hào)，由雙微處理器CPU 處理，經(jīng)過模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換。其ROM 容量、RAM 容量都達(dá)到8M。在大屏幕中，顯示輸出質(zhì)量信號(hào)，包括飼料輸入配方的資料及配方質(zhì)量。輸出數(shù)據(jù)信號(hào)連接控制信號(hào)，能自動(dòng)化和智能化控制配料飼料的稱質(zhì)量。

3.4 配料控制系統(tǒng) 強(qiáng)電執(zhí)行元件、變頻控制器、可編程序控制器是配料控制系統(tǒng)的組成部分?？刂破鲀?nèi)的邏輯指令，指示可編程控制器，控制變頻調(diào)速，調(diào)節(jié)飼料配制的加料速度。并可以根據(jù)指令實(shí)現(xiàn)高低限位報(bào)警，延時(shí)控制，手動(dòng)添加輔助原料及開關(guān)斗、卸料閘門等。

飼料配料控制系統(tǒng)在工作時(shí)電子秤內(nèi)是經(jīng)過配料倉依次加料的飼料混合料。在傳感器中有重力作用。由此，在供橋電壓的激勵(lì)下，傳感器轉(zhuǎn)換載荷，使其成為電壓信號(hào)。經(jīng)接線盒，將電壓信號(hào)向稱質(zhì)量儀表中輸入，再次轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。從而向轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸入，顯示最終結(jié)果。接口電路轉(zhuǎn)換稱質(zhì)量信號(hào)，會(huì)送入可編程控制器（PLC）。根據(jù)選定的配方比例，PLC 將接收到的計(jì)量結(jié)果依次控制配料運(yùn)作，直到達(dá)到配方的數(shù)值設(shè)定。符合要求后，PLC 會(huì)指令秤門打開放料。當(dāng)完成放料后，秤門根據(jù)質(zhì)量顯示自動(dòng)關(guān)閉。開始下一輪的自動(dòng)配料。在此過程中，打開放料后，會(huì)自動(dòng)提示人工加料。直到所有飼料原料配料完成，混合機(jī)開始計(jì)時(shí)攪拌。設(shè)置規(guī)定的時(shí)間，在混合時(shí)間的50%時(shí)停止，然后打開噴油泵，噴入油脂。完成后，混合機(jī)繼續(xù)計(jì)時(shí)運(yùn)作。直到規(guī)定時(shí)間將混合好的物料放至過渡倉。

飼料配制過程中需要更改參數(shù)、更改配方等操作。通過稱質(zhì)量儀上的面板按鍵調(diào)校稱質(zhì)量的準(zhǔn)確度，根據(jù)需要設(shè)定參數(shù)。在計(jì)算機(jī)屏上可以自動(dòng)操作、手動(dòng)操作、更改參數(shù)、選擇配方等。對(duì)于外部設(shè)備的輸出信號(hào)，通常是各行程開關(guān)或料位計(jì)，由PLC 控制進(jìn)行各種操作。PLC 系統(tǒng)負(fù)責(zé)配方的儲(chǔ)存、更改、配料的自動(dòng)循環(huán)等。稱質(zhì)量儀系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制飼料的配料精度。

3.5 計(jì)算機(jī)屏上控制系統(tǒng) 在飼料企業(yè)生產(chǎn)控制室內(nèi)，安裝計(jì)算機(jī)屏上控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各種飼料配制操作。飼料生產(chǎn)工藝的全過程控制、監(jiān)視等都由計(jì)算機(jī)屏上控制操作系統(tǒng)完成。通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)集中控制，手動(dòng)集中控制，指示配料混合系統(tǒng)、粉碎系統(tǒng)、原料輸送系統(tǒng)等。同時(shí)在計(jì)算機(jī)屏上控制系統(tǒng)中能了解飼料生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行情況。

計(jì)算機(jī)屏上控制系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際要求，任意設(shè)定飼料的加料次序。通常是先加大宗料，然后是量小的物料。設(shè)置油脂添加量、秤關(guān)門值、混合出料時(shí)間參數(shù)等，實(shí)現(xiàn)各種生產(chǎn)操作。并且可以進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整，設(shè)定與修改配方、各種參數(shù)等。顯示配料檢驗(yàn)單方式，保持?jǐn)嚯姅?shù)據(jù)，校準(zhǔn)按鍵質(zhì)量?？蓪?shí)現(xiàn)12 ～25 種配料種類。最大稱量質(zhì)量1000 ～4000 kg，存儲(chǔ)近千種配方。計(jì)算機(jī)屏上控制系統(tǒng)能進(jìn)行配料報(bào)告、物料消耗報(bào)告、配方和物料控制數(shù)據(jù)表等的編印。該系統(tǒng)的報(bào)表編印功能比較完善，為飼料生產(chǎn)管理和決策提供參考。計(jì)算機(jī)屏上控制系統(tǒng)的報(bào)表編印功能、控制功能、多種配料功能，有利于現(xiàn)代化飼料企業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)。

4 結(jié)語

隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來越激烈，飼料企業(yè)對(duì)生產(chǎn)成本、生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)效率提出更高的要求。飼料生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，現(xiàn)代市場(chǎng)需要飼料生產(chǎn)的自動(dòng)化、智能化模式，充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，滿足市場(chǎng)的需求。飼料自動(dòng)配料控制系統(tǒng)包括配料控制器、稱質(zhì)量儀表、稱質(zhì)量傳感器等，具有多功能、智能化、全自動(dòng)的特點(diǎn)，有利于促進(jìn)飼料的生產(chǎn)。