精準(zhǔn)飼喂控制系統(tǒng)

[摘" " 要]使用觸摸屏、PLC、變頻器、交流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動器等設(shè)備，組成精準(zhǔn)飼喂控制系統(tǒng)。通過觸摸屏控制PLC，簡化系統(tǒng)的硬件要求和遠(yuǎn)程控制難度，操作方便。系統(tǒng)具有高度的可靠性和實(shí)用性，極大地提高了供料質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)控制和精準(zhǔn)落料，有效降低了飼料的消耗。

[關(guān)鍵詞]精準(zhǔn)飼喂;控制系統(tǒng);步進(jìn)電機(jī);PLC;變頻器

[中圖分類號]TP23 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

1 精準(zhǔn)飼喂控制系統(tǒng)概述

在現(xiàn)代化養(yǎng)殖行業(yè)中，自動供料必不可少。一般情況下，養(yǎng)雞供料系統(tǒng)分為鏈?zhǔn)焦┝舷到y(tǒng)、播種機(jī)供料系統(tǒng)和行車供料系統(tǒng)。這3種供料系統(tǒng)會造成飼料在食槽中堆積，供料不均，行車卡頓，導(dǎo)致部分雞有食，部分雞無食。由于育雛是幼雞，雞小吃的食也少，食槽內(nèi)所剩飼料也多，造成食物堆積更多，在每個(gè)時(shí)間段相差很大。如果長期不清理，飼料會出現(xiàn)發(fā)霉泡水現(xiàn)象。因此在供料系統(tǒng)中需要采用精準(zhǔn)調(diào)整方案。采用觸摸屏、臺達(dá)變頻器、三菱PLC、億星混合式步進(jìn)電機(jī)和普菲德DSP數(shù)字式電機(jī)驅(qū)動器等自動化設(shè)備，可使供料系統(tǒng)在最佳狀態(tài)下運(yùn)行。精準(zhǔn)飼喂系統(tǒng)的特點(diǎn)是高效節(jié)能，運(yùn)行精度高，防止拉倒雞籠。相比于普通鏈?zhǔn)焦┝?、播種機(jī)供料和行車供料，其節(jié)能效果顯著，對于養(yǎng)殖行業(yè)是一個(gè)新的突破。

2 硬件介紹

2.1 精準(zhǔn)飼喂系統(tǒng)的硬件

（1）觸摸屏。它是一種感應(yīng)式液晶顯示裝置，當(dāng)觸碰到屏幕上的圖形按鈕時(shí)，屏幕上的觸覺反饋系統(tǒng)便根據(jù)事先編制的程序去驅(qū)動各種連接裝置。觸摸屏可以代替機(jī)械式的按鈕面板，借助液晶顯示畫面的影音效果給人以更直觀的感受。

（2）PLC。PLC全稱可編程邏輯控制器，它采用可編程的存儲器存儲內(nèi)部程序，執(zhí)行定時(shí)邏輯運(yùn)算、順序控制、算術(shù)和計(jì)數(shù)操作等面向用戶的指令，通過數(shù)字量或模擬量輸入/輸出控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC是在繼電器順序控制的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的以微處理器為核心的通用自動控制裝置，它是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)。

（3）變頻器。應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，是通過改變電機(jī)的工作電源頻率來控制交流電機(jī)的電力控制設(shè)備。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅(qū)動元件、檢測單元和微處理單元組成。通過改變電源的頻率來達(dá)到改變電源電壓的目的，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來提供其所需的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的。變頻器還有很多保護(hù)功能，如過流、過壓和過載保護(hù)等。

（4）驅(qū)動器。驅(qū)動器是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要是提高步進(jìn)電機(jī)的精確率。當(dāng)驅(qū)動器接收到1個(gè)脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動1個(gè)固定的角度（步距角）。

（5）步進(jìn)電機(jī)?；旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī)綜合了永磁式步進(jìn)電機(jī)和反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相、三相和五相，兩相步進(jìn)角一般為1.8°?；旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子本身具有磁性，因此在同樣的定子電流下產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要大于反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，且步距角通常也較小。本項(xiàng)目選用的步進(jìn)電機(jī)機(jī)身長113mm，扭矩3.6N·m，額定電流4A。

2.2 供料系統(tǒng)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

供料系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

（1） MT4434T步科監(jiān)控屏。主要用于對各項(xiàng)任務(wù)監(jiān)控、設(shè)置參數(shù)和控制操作。

（2）FX2N32MT PLC。取代繼電器，執(zhí)行邏輯、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，建立柔性的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。

（3）前端限位器。主要用于行車返回定位控制。

（4）后端限位器。主要用于行車前行定位控制。

（5）行車三相電機(jī)。主要用于行車前行、返回主動力源。

（6）三層步進(jìn)電機(jī)。主要用于各層落料的精度控制。

3 硬件設(shè)計(jì)

3.1 主電路

控制系統(tǒng)的主電路如圖2所示，其中，QS1是控制系統(tǒng)的總電源開關(guān)，QS2是行車和變頻器的電源開關(guān)，F(xiàn)R是行車過熱保護(hù)的熱繼電器。

3.2 I/O分配

控制系統(tǒng)I/O地址分配，見表1。

3.3 外部接線

PLC與變頻器的接線如圖3所示，可以直觀反映PLC的外部連線情況。

3.4 變頻器參數(shù)設(shè)置

對變頻器的初始值進(jìn)行合理設(shè)置（見表2），這樣可以更好地保護(hù)設(shè)備。

3.5 觸摸屏設(shè)置

上海步科MT4434T觸摸屏通過通信線采集現(xiàn)場設(shè)備的信號，并記錄和顯示在屏幕上，具有報(bào)警、信息報(bào)表和畫面動畫顯示等多種功能。在觸摸屏畫面可以手動啟停行車和步進(jìn)電機(jī)，自動啟?？刂葡到y(tǒng)，設(shè)定變頻器的輸出頻率，顯示當(dāng)前工作狀態(tài)以及數(shù)值大小。觸摸屏畫面如圖4所示。

觸摸屏與PLC和變頻器實(shí)現(xiàn)連接后，可以通過觸摸屏直接對PLC、變頻器進(jìn)行操作，無需外部按鈕或開關(guān)，方便快捷。設(shè)定好行車運(yùn)行速度后，點(diǎn)擊“行車前行啟動”系統(tǒng)，觸摸屏?xí)詣影l(fā)出命令，控制PLC啟動變頻器M11系統(tǒng)。在觸摸屏上點(diǎn)擊“行車返回啟動”系統(tǒng)，觸摸屏?xí)詣影l(fā)出命令，控制PLC啟動變頻器M12系統(tǒng)。在觸摸屏上也可以實(shí)時(shí)監(jiān)控，如中途需要停止，也可以按屏幕上停止按鈕。

分層設(shè)置界面如圖5所示，其中，清零按鈕可以清除當(dāng)前使用脈沖數(shù)。

4 PLC程序設(shè)計(jì)

（1） 行車梯形圖。如圖6所示，當(dāng)行車需要前行供料時(shí)，按下前行啟動按鈕M0，系統(tǒng)置位Y003，系統(tǒng)輸出去變頻器M11，行車開始向前進(jìn)行走。當(dāng)后端碰到X6，系統(tǒng)復(fù)位Y3，行車停止工作;當(dāng)行車需要返回供料時(shí)，按下前行啟動按鈕M1，系統(tǒng)置位Y4，系統(tǒng)輸出去變頻器M12，行車開始向后行走，當(dāng)后端碰到X5，系統(tǒng)復(fù)位Y4，行車停止工作。在供料過程中需要停止時(shí)，可按M30，復(fù)位Y3或Y4，行車停止工作。M2為設(shè)定行程距離，假設(shè)1m需要2000個(gè)脈沖。將設(shè)定的行程距離乘以2000傳送到D120中備用。

（2）分層設(shè)置梯形圖。如圖7所示，Y3（行車前行）、Y4（行車返回）、M3為一層空欄/存欄選擇。若供料時(shí)這一層沒有雞時(shí)，步進(jìn)電機(jī)不轉(zhuǎn)動，飼料不會落下。[DMUL D120 D130 D320]中，D120為雞舍長度，D130為電機(jī)設(shè)置脈沖數(shù)，D320為總脈沖數(shù)，功能是雞舍長度乘以當(dāng)前使用總脈沖數(shù)。選擇存欄時(shí)開始計(jì)算。[PLSY D130 D320 Y0]為步進(jìn)電機(jī)脈沖啟動。步進(jìn)電機(jī)的步距角為1.8°。細(xì)分為200個(gè)脈沖為1轉(zhuǎn)，D320為總脈沖數(shù)，輸出給Y0，以此達(dá)到供料精準(zhǔn)度。

5 結(jié)束語

在現(xiàn)代化養(yǎng)殖系統(tǒng)中，精準(zhǔn)飼喂系統(tǒng)可以根據(jù)用戶不同養(yǎng)殖時(shí)間段的供料情況，如幼苗段、青年段、成年段，使用脈沖量控制落料量。這樣不僅可以節(jié)約飼料，還可以緩解飼養(yǎng)員的壓力，減少不必要的事故，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖戶安心、放心、省心管理。

作者簡介

馮小龍（1977—），男，河北滄州人，本科，電工中級技師，主要研究方向?yàn)殡姎庾詣踊?、畜牧行業(yè)自動化、機(jī)械自動化等。