姚若體

（廣西農(nóng)墾永新畜牧集團西江有限公司廣西 貴港 537100）

試析PLC技術(shù)下飼料生產(chǎn)線自動化控制

姚若體

（廣西農(nóng)墾永新畜牧集團西江有限公司廣西 貴港 537100）

隨著科技的發(fā)展，目前在自動化技術(shù)方面取得了很大的發(fā)展。自動化技術(shù)具有智能化和靈活性強的特點。在相關(guān)行業(yè)得到了大量的應(yīng)用，受到人們的熱烈歡迎。在飼料生產(chǎn)線采用自動化控制技術(shù)，可以大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，而且也可以大大降低人力的勞動強度，節(jié)約飼料加工生產(chǎn)成本。飼料的生產(chǎn)是一個多輸入、單輸出的系統(tǒng)，針對這種系統(tǒng)采用PLC技術(shù)來構(gòu)建自動化控制系統(tǒng)是最好的控制方式。本文詳細的闡述了PLC技術(shù)下飼料生產(chǎn)線的自動化控制系統(tǒng)，希望對相關(guān)的行業(yè)有一定的借鑒作用。

飼料生產(chǎn)；自動化控制；配料系統(tǒng)

前言

目前，我國的畜牧業(yè)生產(chǎn)快速的發(fā)展，而畜牧業(yè)的生產(chǎn)需要大量的飼料，為了提高畜牧業(yè)生產(chǎn)的效率，就需要不斷的提高飼料的生產(chǎn)效率。當(dāng)前，我國的飼料生產(chǎn)企業(yè)雖然企業(yè)眾多，但大都生產(chǎn)規(guī)模比較小，科技實力不強，很多甚至沒有科研投入，更別說自動化的生產(chǎn)技術(shù)。與國外的技術(shù)水平還是有很大的差距。針對這種情況，利用現(xiàn)在PLC控制技術(shù)提高我國的飼料生產(chǎn)的自動化具有重大的意義。當(dāng)前的PLC技術(shù)發(fā)展迅速，非常適合飼料生產(chǎn)的多輸入、單輸出系統(tǒng)，因此PLC成為了很好的技術(shù)方案。

1 飼料生產(chǎn)系統(tǒng)概述

所謂的飼料生產(chǎn)自動化控制系統(tǒng)是一個實時的監(jiān)控管理系統(tǒng)，主要是完成飼料生產(chǎn)過程中對各種構(gòu)成飼料的原料按照一定的比例進行配比和要求進行混合，并制成具有營養(yǎng)成份的飼料成品。這種自動化控制系統(tǒng)在當(dāng)前的市場中具有廣闊的市場前景[1]。在我國當(dāng)前的飼料生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)主要有給料系統(tǒng)、稱量系統(tǒng)和配料控制系統(tǒng)等幾部分組成。其中，給料系統(tǒng)是將原料儲存機構(gòu)中的原料轉(zhuǎn)向稱重系統(tǒng)的機構(gòu)，并且給料系統(tǒng)要能夠?qū)Σ煌脑线M行分別，以便將不同的原料準(zhǔn)確的送給相應(yīng)的稱重系統(tǒng)。稱量部分是飼料生產(chǎn)中的重要一環(huán)，它決定著原來的配比，對飼料的生產(chǎn)質(zhì)量和效率有重要的影響[2]?？刂葡到y(tǒng)是主要完成對飼料生產(chǎn)各個階段的遠程控制，由各種儀表、可編程控制器和工控機等部分組成。

1.1 給料方式的選擇

在目前的飼料生產(chǎn)過程中，常采用的給料系統(tǒng)有：電磁給料系統(tǒng)、螺旋給料系統(tǒng)和料門給料系統(tǒng)等[3]。另外，有部分的企業(yè)也還采用傳送帶、真空抽吸和震動給料的方式。其中，電磁給料的方式是利用的共振原理，這種方式具有省電、體積小和維護費用低的特點，而且對料槽的磨損也很小。但這種方式的一個缺點是對設(shè)備的安全要求比較高。

1.2 稱重方式選擇

飼料的稱重系統(tǒng)主要是完成對飼料的配料，在飼料生產(chǎn)過程具有重要的作用，對飼料的品質(zhì)有重要的影響。目前常用的稱重方式有進料式稱重和卸料式稱重，在工作模式上具有單斗單稱、多斗單稱和多斗多稱等。

1.3 飼料生產(chǎn)線的結(jié)構(gòu)

在我國目前的飼料生產(chǎn)線的結(jié)構(gòu)主要有四種：①采用固定式單組料斗秤機構(gòu)；②采用固定式多組料斗秤結(jié)構(gòu)；③采用移動式料斗秤結(jié)構(gòu)；④采用稱重帶式輸送機的多組秤結(jié)構(gòu)。具體的飼料生產(chǎn)自動化系統(tǒng)控制過程如圖1所示。

2 PLC技術(shù)概述

PLC的全稱是可編程控制器，它是計算機技術(shù)和自動化技術(shù)綜合的控制器[4]。在工業(yè)中有大量的應(yīng)用，尤其是對多輸入、多輸出的控制系統(tǒng)。具有可靠性高、耐高溫和耐震動的特點。另外，該系統(tǒng)的設(shè)計和安裝都比較的方便，而且平時的維護也比較的方便。PLC主要的工作方式是順序掃描、不斷循環(huán)。首先用戶要編寫好相應(yīng)的程序，將程序存在相應(yīng)的存儲器內(nèi)，系統(tǒng)工作時，CPU按照程序的指令順序的操作。在PLC工作的過程中，是以掃描的方式對輸入端的狀態(tài)進行采集，并進行相應(yīng)的處理，最終來對負載進行驅(qū)動。在對PLC控制系統(tǒng)的輸出方式進行選擇的時候，要根據(jù)控制系統(tǒng)的整體規(guī)模來考慮。對于一些中小型的控制系統(tǒng)，一般控制的點數(shù)少，程序編寫簡單，可以采用一次性的輸入輸出方式，采用這種方式的控制系統(tǒng)抗干擾能力強。另外對控制點數(shù)較多的控制系統(tǒng)，由于程序比較復(fù)雜，所以常采用定期采集、定期輸出的方式，這樣可以較高的滿足實時性的要求。針對PLC技術(shù)下的飼料生成自動化控制的一個典型的系統(tǒng)圖如圖2所示。

圖1 飼料的自動化生產(chǎn)過程圖示

圖2 飼料自動化生產(chǎn)的典型系統(tǒng)圖

在該系統(tǒng)中，對生產(chǎn)的監(jiān)控和管理是靠遠程控制的計算機來完成的?？刂朴嬎銠C接收到車間的指令，來對飼料生產(chǎn)的個原料和配方、時間等進行設(shè)置，并及時的將生產(chǎn)現(xiàn)場的各種數(shù)據(jù)進行存儲。對于原料的供給，主要靠PLC輸出的電流信號來改變電機的速度。

3 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

在飼料的生產(chǎn)過程中，可能會受到一些設(shè)備的干擾，所以為了提高系統(tǒng)的可靠性，一般采用的方案是用可靠性高的中央控制器和現(xiàn)場總線技術(shù)。計算機控制系統(tǒng)采用PLC和PC機組成下位機和上位機。上位機主要給操作人員提高一個可視化的人機界面，下位機主要對飼料生產(chǎn)的各種儀器進行控制和監(jiān)測。比如可以采用SIMATIC S7-300的可編程控制器來控制設(shè)備，并通過現(xiàn)場總線技術(shù)由PC機進行監(jiān)控。遠程的控制計算機完成對整個生產(chǎn)的管理，例如對原料和配方的設(shè)定。這個控制系統(tǒng)的設(shè)計主要有稱重系統(tǒng)的設(shè)計、給料系統(tǒng)的設(shè)計、生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)的設(shè)計和配料控制系統(tǒng)的設(shè)計等。

3.1 計量系統(tǒng)的設(shè)計

在飼料的生產(chǎn)過程中，主要包含了兩方面的內(nèi)容：①利用自動化的儀表完成對生產(chǎn)中的一些變化物理量的控制，是生產(chǎn)過程處于最好的狀態(tài)。比如在配料的混合中，可以通過一些智能的稱量裝置按照預(yù)設(shè)的要求自動的對原料進行配比。②一些電動機和電磁閥機構(gòu)的控制，要正確的對這些機構(gòu)進行控制，是飼料的生產(chǎn)達到特定的工業(yè)要求。傳統(tǒng)的配料采用的是皮帶秤來完成對原料的計量，各種配料經(jīng)過皮帶秤來進行稱量，在皮帶的相應(yīng)位置裝有重力和速度檢測的傳感器，通過對相應(yīng)數(shù)據(jù)的采集來計算出給料的量。同時，還可以在整個控制系統(tǒng)中加入PID調(diào)節(jié)器，可以使系統(tǒng)按照閉環(huán)的方式進行控制，這樣可以提高系統(tǒng)的控制精度。采用重力和速度檢測的傳感器來完成對配料的量的計算比較復(fù)雜，而且精度也不高，實時性不好。如果直接電子秤來完成對配料的稱重具有更好的優(yōu)勢。電子秤主要有重量傳感器和放大、濾波電路、模式轉(zhuǎn)換模塊以及微處理器等構(gòu)成。電子秤可以同時對重量、電池電壓和溫度進行測量，并且可以用軟件來補償傳感器的一些漂移，所以硬件成本低。并且電子秤可以實現(xiàn)多機總線聯(lián)網(wǎng)，因此只用一個計算機就可以完成對幾十臺電子秤的數(shù)據(jù)采集。而且電子秤的精度高，抗干擾力強，讀數(shù)穩(wěn)定。

3.2 PLC的子系統(tǒng)硬件設(shè)計

PLC是安裝在飼料的生產(chǎn)現(xiàn)場的，可以對現(xiàn)場生產(chǎn)過程中的各種參數(shù)進行處理，并通過相應(yīng)的總線接口傳給PC機，由PC機進行處理后對現(xiàn)場的生產(chǎn)進行控制，以實現(xiàn)自動化的生產(chǎn)。完成這個過程離不開PLC的子系統(tǒng)硬件設(shè)計，這子系統(tǒng)包括供電系統(tǒng)設(shè)計、PLC、總線通信和顯示模塊設(shè)計等。為了完成一個PLC的控制系統(tǒng)，首先要明白系統(tǒng)所要完成的功能和要求，需要整個系統(tǒng)的方框圖的具體描述以及對PLC的I/O的闡述等。PLC是安裝在相應(yīng)的PLC柜內(nèi)的，通過自身的I/O模塊來接受外部的輸入信號，來根據(jù)程序的指令來輸出相應(yīng)的信號，來達到對現(xiàn)場生產(chǎn)的控制。

4 PLC軟件的設(shè)計

可編程控制器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)決定了程序的設(shè)計方法，常用的PLC程序設(shè)計結(jié)構(gòu)有順序控制結(jié)構(gòu)、循環(huán)控制結(jié)構(gòu)、判斷分支結(jié)構(gòu)和中端控制結(jié)構(gòu)等。這些結(jié)構(gòu)因控制功能的不同對系統(tǒng)的內(nèi)部電路和編程思路也有一定的影響。整個PLC的程序是由若干的程序模塊組成的。這些模塊主要有以下的一些構(gòu)成：①系統(tǒng)工作狀態(tài)的識別和程序初始化模塊；②設(shè)備控制操作程序庫；③流程控制啟停操作模塊；④設(shè)備輸入狀態(tài)監(jiān)測模塊和設(shè)備故障報警以及顯示模塊；⑤通信和數(shù)據(jù)采集模塊。

程序的整個流程是先由現(xiàn)場的計算機對系統(tǒng)進行初始化，然后根據(jù)系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的參數(shù)來啟動控制器和相應(yīng)的傳感器。然后檢查原料倉中是否有料，如果沒有料或者料量不足則進行下料操作。同時由電子秤對原料進行稱重和計量，然后將計量的數(shù)據(jù)發(fā)送到可編程控制器CPU，CPU得到實時的測量數(shù)據(jù)，然后對數(shù)據(jù)進行計算，并按照配料的設(shè)定比例進行配料。在配料的過程中，為了提高系統(tǒng)的可靠度，采用PID控制策略進行調(diào)節(jié)。PID的輸入偏差是根據(jù)實際的給料流量和設(shè)定的流量進行比較所得。最終通過對相應(yīng)的參數(shù)進行改變來控制電機的速度，來實現(xiàn)對飼料生產(chǎn)的自動化控制。

5 結(jié)語

總之，實現(xiàn)飼料生產(chǎn)線的自動化控制對于我國的農(nóng)業(yè)發(fā)展具有一定的促進作用。而當(dāng)前PLC技術(shù)是實現(xiàn)這一目標(biāo)的最佳選擇。在PLC技術(shù)下的飼料生產(chǎn)線自動化控制具有很大的應(yīng)用前景，但是具體的采用何種的控制方案來實現(xiàn)對配料的微機化控制，以提高配料的精度是要重點考慮的問題。另外，也要強化對飼料生產(chǎn)的整體控制和管理，如果可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的生產(chǎn)管理將最好。

[1]曹康，李秀剛.現(xiàn)代飼料加工自動化和數(shù)字化控制技術(shù)的發(fā)展趨勢（續(xù)前）[J].糧食與飼料工業(yè)，2014（3）：38～41.

[2]蘇和，韓治平，浩紅軍，等.牧畜飼料加工過程中的自動化控制與管理[J].內(nèi)蒙古師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)漢文版），2014（5）：568～572.

[3]陳孝照.水產(chǎn)配合飼料廠計算機自動配料系統(tǒng)的設(shè)計[J].機電技術(shù)，2015（4）：15～18.

[4]潘芳偉，潘攀，張鎮(zhèn)，等.生豬養(yǎng)殖自動化供料系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計[J].科技信息，2016（10）：65.

S816

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1004-7344（2016）16-0213-02

2016-4-29

姚若體（1975-），男，助理畜牧師，大專，主要從事飼料廠管理工作。