PLC技術(shù)在飼料生產(chǎn)自動(dòng)化中的應(yīng)用分析

郭升 張珂

摘要：飼料業(yè)是農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖種植業(yè)、畜牧業(yè)、農(nóng)副產(chǎn)品加工業(yè)等多個(gè)產(chǎn)業(yè)的聯(lián)結(jié)樞紐，非常重要。飼料行業(yè)以前采用手工，無(wú)法精確控制生產(chǎn)流程，生產(chǎn)模式效率低下，產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)保證，嚴(yán)重制約了行業(yè)生產(chǎn)，如何改進(jìn)傳統(tǒng)生產(chǎn)模式提高效率，是當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：PLC技術(shù);飼料生產(chǎn);自動(dòng)化應(yīng)用

1、飼料生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1自動(dòng)化生產(chǎn)線簡(jiǎn)介

本文以改造A飼料公司生產(chǎn)線為背景，進(jìn)行系統(tǒng)研究和實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了以PLC為核心，以計(jì)算機(jī)、變頻器、傳感器等為元件的自動(dòng)化系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)結(jié)合了計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)優(yōu)勢(shì)和PLC控制優(yōu)勢(shì)，利用上下位機(jī)進(jìn)行分布控制穩(wěn)定性很高，有效避免了計(jì)算機(jī)集中控制帶來(lái)的不穩(wěn)定因素。上位機(jī)采用人機(jī)觸摸屏，通過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)操作就能完成配方參數(shù)、配料時(shí)間、設(shè)備運(yùn)行等操作，對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制，實(shí)時(shí)模擬設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，由工控機(jī)在后臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)、配方參數(shù)等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。下位機(jī)選用Siemens公司的S7系列，其簡(jiǎn)單的維護(hù)性使得基層單位在使用中更加得心應(yīng)手。

1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1.2.1通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)配料、負(fù)荷和相關(guān)工藝參數(shù)的自動(dòng)設(shè)定，全面控制生產(chǎn)工況，按工段實(shí)現(xiàn)開(kāi)機(jī)、聯(lián)鎖和解鎖等控制功能。

1.2.2根據(jù)用戶需求，隨時(shí)切換展示生產(chǎn)狀況，例如粉碎系統(tǒng)中的粉碎電流、配料系統(tǒng)中的取料時(shí)間等關(guān)鍵參數(shù)，以及氣門(mén)的實(shí)時(shí)位置、樣倉(cāng)的料位等，都要通過(guò)數(shù)值和模擬形態(tài)進(jìn)行反映。

1.2.3為保護(hù)生產(chǎn)線的安全，設(shè)置報(bào)警功能，在傳感器收集到報(bào)警信號(hào)時(shí)，顯示屏第一時(shí)間彈出報(bào)警信息，包括報(bào)警的生產(chǎn)工段、具體設(shè)備及異常參數(shù)等，同時(shí)還會(huì)出現(xiàn)紅色預(yù)警等顯著顏色變化。

1.3控制系統(tǒng)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)在多數(shù)情況下是多輸入多輸出系統(tǒng)，如果能夠用精準(zhǔn)數(shù)學(xué)模型表達(dá)控制要求，就能夠設(shè)計(jì)出準(zhǔn)確的控制系統(tǒng)。不過(guò)，飼料生產(chǎn)線的動(dòng)態(tài)特性難以求出，難以求出數(shù)學(xué)模型，因此只能以實(shí)際試驗(yàn)來(lái)分析各個(gè)工段設(shè)備的特性。

如：配料系統(tǒng)。配料控制模塊包括配料模塊、小料模塊和液體模塊，作為控制系統(tǒng)的核心部分，主要用于完成生產(chǎn)、管理以及其他的特殊功能。配料控制中，首先上位機(jī)根據(jù)生產(chǎn)工藝流程，發(fā)出配方、工藝參數(shù)的指令，下位機(jī)PLC接受指令后，啟動(dòng)配料生產(chǎn)，同時(shí)檢測(cè)配料的稱重信號(hào)。稱重之后，打開(kāi)秤斗門(mén)進(jìn)行放料，放完之后檢測(cè)余料。當(dāng)檢測(cè)結(jié)果低于限制值則關(guān)閉門(mén)，超過(guò)限制值則啟動(dòng)報(bào)警。在配料工作沒(méi)有達(dá)到配方參數(shù)之前，繼續(xù)配料，直到結(jié)束。生產(chǎn)過(guò)程由PLC控制設(shè)備，工控機(jī)監(jiān)控PLC的運(yùn)行整體流程，實(shí)時(shí)存儲(chǔ)生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

2、硬件和軟件設(shè)計(jì)

控制的核心是A/D轉(zhuǎn)換，因?yàn)樵陟`活性和可靠性上，對(duì)于連續(xù)變量，需要采用模數(shù)進(jìn)行采集，而計(jì)算機(jī)只能采集數(shù)量，因此需要專用設(shè)備進(jìn)行轉(zhuǎn)換。對(duì)于智能設(shè)備來(lái)說(shuō)，有內(nèi)置的監(jiān)控單元可以采集相關(guān)模擬量，非對(duì)于智能設(shè)備，必須增加專用數(shù)據(jù)采集器轉(zhuǎn)換為所需的電量信號(hào)。本文首先采集壓力、速度等物理量，轉(zhuǎn)換為模電信號(hào)、數(shù)字量，由計(jì)算機(jī)來(lái)分析計(jì)算，處理結(jié)果再轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào)輸出到執(zhí)行設(shè)備，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2.1硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)分為頂層設(shè)計(jì)和底層設(shè)計(jì)。底層設(shè)計(jì)中在現(xiàn)場(chǎng)用PLC進(jìn)行信號(hào)測(cè)量和采集，計(jì)算出相關(guān)控制參數(shù)。頂層設(shè)計(jì)以觸摸屏作為控制手段，進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2.1.1PLC

本文選擇西門(mén)子S7S7-300作為下位機(jī)，具有快速數(shù)據(jù)處理能力和高速計(jì)算能力。

2.1.2人機(jī)觸摸屏

本文選擇MT500系列與現(xiàn)場(chǎng)PLC開(kāi)展通訊，除了普通的觸摸屏功能外，還具有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、配方設(shè)置、在線模擬、窗口移動(dòng)和切換的功能。

2.1.3變頻器

為了匹配西門(mén)子PLC來(lái)有效控制喂料器的速度，本文選擇西門(mén)子Micro-laster420變頻器。該變頻器無(wú)故障工作時(shí)間大于50萬(wàn)小時(shí)，具有恒定轉(zhuǎn)矩、內(nèi)置PI、遠(yuǎn)程控制等功能。

PIDPID控制器是目前最成熟的控制器，根據(jù)比例、積分和微分3種規(guī)律，可以構(gòu)成P、PI、PID三種。

2.2軟件設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)包括系統(tǒng)自帶軟件和應(yīng)用軟件兩類。自帶軟件的核心是操作系統(tǒng)，由生產(chǎn)廠家編制。應(yīng)用軟件是工程師根據(jù)生產(chǎn)線需求編寫(xiě)的程序，用于指揮生產(chǎn)設(shè)備滿足各類的工藝要求。系統(tǒng)自帶軟件又分為組態(tài)軟件和定制軟件兩部分。組態(tài)軟件控制著傳感器、數(shù)據(jù)采集等多個(gè)重要裝置，定制軟件滿足客戶的各類需求。某一種產(chǎn)品無(wú)法囊括全部用戶的要求，用戶需求多樣化的特點(diǎn)使得“組態(tài)”和“定制”缺一不可。

組態(tài)軟件最初是單一管理，逐步向大數(shù)據(jù)處理發(fā)展。早期的硬件系統(tǒng)非常依賴組態(tài)軟件，隨著技術(shù)的發(fā)展，部分軟件已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了與硬件的分離。對(duì)于組態(tài)軟件，越來(lái)越多的用戶重視其實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的作用，高性能計(jì)算機(jī)使得實(shí)施數(shù)據(jù)傳輸更加快捷，能夠讓用戶根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析，為指揮、決策提供了一手的重要資料。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，飼料工業(yè)是農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈條中的關(guān)鍵一環(huán)，為進(jìn)一步優(yōu)化飼料生產(chǎn)資源配置，提高生產(chǎn)效率，必須持續(xù)提升飼料生產(chǎn)自動(dòng)化水平。當(dāng)前，是繼電器控制半自動(dòng)化、PLC控制全自動(dòng)化等多種控制方式并行，但是繼電器控制存在較多的缺陷，PLC技術(shù)要明顯優(yōu)于繼電器控制，因此以PLC為主的自動(dòng)化建設(shè)已經(jīng)成為主流趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：1.郭升（1999.02-），男，漢族，河南南陽(yáng)人，本科，河南工學(xué)院電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院學(xué)生。研究方向：自動(dòng)化

2.張珂（1999.05-），男，漢族，河南新鄉(xiāng)人，本科，河南工學(xué)院電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院學(xué)生。研究方向：自動(dòng)化