摘 要：針對當前人工配料模式已不能滿足中小型雞飼料企業(yè)需要的情況，本文結合雞飼料生產工藝技術及自動化技術，設計出基于PLC控制和MCGS組態(tài)人機界面的自動配料監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)可以實現(xiàn)配料過程當中稱重全自動、配比全自動、混合全自動。通過監(jiān)控系統(tǒng)，工作人員可以在辦公室實時查看生產過程，實時操作，大大提高生產效率，節(jié)省人工成本。

關鍵詞：自動配料；PLC；MCGS

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）10-0043-03

Research on Automatic Ingredient Real-time Monitoring System

Based on PLC and MCGS

HU Ruiling

（Hebi Polytechnic，Hebi Henan 458030）

Abstract： In view of the present situation that the artificial ingredient model can not meet the needs of small and medium-sized chicken feed enterprises， this paper designed an automatic batching monitoring system based on PLC control and MCGS configuration in combination with the technology and automation technology of chicken feed production. This system can realize the weight in the process of ingredients automatic， the ratio of automatic， mixing automatic. By monitoring the system，the staff can view the production process in real time in the office and operate in real time. greatly improving production efficiency and saving labor cost.

Keywords： automatic ingredient；PLC；MCGS

傳統(tǒng)的中小飼料企業(yè)一般采用人工稱重配料[1]，這種方法是根據(jù)經驗將各種原材料按照一定的比例同時放到混合機中進行攪拌混合。因為大部分原材料為粉狀或顆粒物，在人工配料時，粉塵等雜物容易被人體吸入，致使職業(yè)病出現(xiàn)的概率越來越大，導致生產風險的增加。另外，由于飼料的配方中原料品種數(shù)量較多，這樣人工配料就很容易出現(xiàn)誤配，質量、精度很難保證，且難以實現(xiàn)過程管理，增加了管理成本。由于每次配料的數(shù)量都在幾噸以上，需要大量的勞動力，也導致勞動力成本增加。生產風險的增加，管理成本的增加，勞動力成本的增加，生產質量的下降，導致企業(yè)的利潤越來越低。另一種方法是通過微機控制[2]，實現(xiàn)自動稱重，自動混合。這種方法依靠PLC或單片機通過程序控制，按照一定的計算方法，達到配比要求。通過編程實現(xiàn)自動稱重，自動混合配料，減少了整個生產過程中的人員，并可對整個生產過程進行過程管理，大大提高了生產效率，企業(yè)得到了實惠。而很多小型企業(yè)無力購買昂貴的成套設備，他們需要對原有的設備升級改造，但原有配料設備不是自動化控制，不能監(jiān)控工作過程?；诖耍疚脑O計了一種以PLC為控制核心，人機界面采用MCGS組態(tài)的雞飼料的自動配料監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)全自動操作，按照固定配方，按下操作按鈕即可全自動完成，節(jié)省大量勞動力，并可進行生產過程實時監(jiān)控，遠程操控。本系統(tǒng)側重于系統(tǒng)軟件設計，即PLC程序控制及組態(tài)界面設計，硬件部分在原有基礎上進行改造，即參照目前已使用的自動配料系統(tǒng)進行組合。

1 自動配料系統(tǒng)生產過程

本系統(tǒng)的整個生產過程包括提升原料環(huán)節(jié)、粉碎原料環(huán)節(jié)、自動配料環(huán)節(jié)、成品打包環(huán)節(jié)[3]。系統(tǒng)先要對原料進行處理，大致有這三種原料：需要粉碎的、不需要粉碎的、小料及微量元素，然后將各種原料按照配方的要求投入對應的投料口，對于像玉米等需要粉碎的原料，由提升機送入粉碎機中粉碎，粉碎后經提升機，由旋轉分配器按照要求分配送入相應的儲料倉中，最后進行配料工序；如果物料不需要粉碎，則直接由提升機送入儲料倉中，自動進行配料工序[4]。該設計中共有14個儲料倉，用來分別存放物料載體、微量元素等原料。系統(tǒng)啟動運行后，依照配方的要求逐一開啟對應倉的絞龍，直至配方中的全部倉都完成。

當稱重儀表上顯示秤的測量值達到設定的重量時，絞龍要立刻停止運行。本系統(tǒng)中共設計兩個秤，1#秤主要是需要粉碎的物料，2#秤主要稱量不粉碎的物料和小料。如果配方中需要添加部分小料，要手動開啟小料投料口的指示燈及風機，并需人工添加到最后兩個倉中。然后自動打開各秤秤門，將配方中的原料按要求依次放入混合機中，進行完全充分的自動混合、攪拌，這是干混合。當混合攪拌時間達到原規(guī)定的干混合時間后，干混合完成。之后自動開啟油泵及油閥，進行噴油，充分進行濕混，達到預定的濕混時間后，混合完成。產品配料完成，便由系統(tǒng)刮板機直接送入成品倉，進行打包秤打包，這樣就完成了一個批次生產。自動配料系統(tǒng)生產工藝的流程如圖1所示。

考慮到成本，控制器只要能夠滿足系統(tǒng)要求，可靠即可。因此，本系統(tǒng)下位機采用的是小型S7-200SMART PLC，上位機監(jiān)控系統(tǒng)采用的是國產MCGS組態(tài)軟件進行組態(tài)監(jiān)控。利用MCGS進行監(jiān)控，不僅可以實現(xiàn)配料過程的現(xiàn)場監(jiān)控，還可以實現(xiàn)在監(jiān)控系統(tǒng)上進行整個配料過程的操作。這樣不僅實現(xiàn)了減少現(xiàn)場工作人員數(shù)量的目的，而且大大提高了生產效率。

本系統(tǒng)主要由四個PLC主機組成，玉米倉由PLC 1控制，成品倉由PLC 3來控制，大設備由PLC 2來控制，配料系統(tǒng)有PLC 4來控制。通信采用PROFIBUS總線技術，傳輸速度快，能有效解決PLC與PLC之間的通信問題，也能夠處理各PLC與分散的I/O口之間的通信問題。PROFIBUS是開放的現(xiàn)場總線，PROBUS-DP通信協(xié)議[5]適用于PLC與現(xiàn)場級分布式I/O設備之間的通信，主站之間的通信為令牌方式，主站與從站之間為主從方式。主站向從站發(fā)送信息，從站接收信息，從站與從站之間不能直接通信，這就避免了通信沖突，保證只有一個站點發(fā)生數(shù)據(jù)。

整個系統(tǒng)的研究核心是自動配料這個環(huán)節(jié)。從電控角度來看，配料系統(tǒng)的基本組成如圖2所示。物料從儲料倉經絞龍輸送至稱量秤斗中，秤斗中的飼料壓迫傳感器，傳感器把信號傳給智能稱重儀表，直至達到給定的重量，由PLC控制電機打開秤門，混合機混合配料。中控電腦的作用是總控制配料過程。通過PLC采集輸入/輸出的狀態(tài)[6]，并對開關量和智能儀表數(shù)據(jù)進行處理，最終通過PLC的輸出開關量實現(xiàn)調節(jié)控制功能。整個控制系統(tǒng)由PLC控制原料倉的提升機上下料，混合機的攪拌。在稱重倉中裝有稱重傳感器，傳感器的變化由儀表顯示，配PROFIBUS-DP通訊卡的智能稱重儀表，可以通過DP總線實時向PLC上傳當前稱重數(shù)據(jù)。儲料倉在下料時絞龍工作，絞龍由變頻器控制，通過變頻器頻率調整改變下料的速度。配料混合工序是按照一定順序控制的，PLC按照此邏輯順序控制混合機工作，而配料量的大小由配方計算得到。

3 自動配料系統(tǒng)軟件設計

程序結構如流程圖3所示，先初始化檢查通信，包含主機與PLC、儀表與PLC、PLC與PLC等各個接口設備之間的通信，保證系統(tǒng)正常工作。啟動設備程序，當玉米提升至玉米倉后執(zhí)行玉米倉粉碎程序，然后玉米、豆粕等原料分別經分配器進入儲料倉，然后執(zhí)行配料程序，配料完成后，執(zhí)行成品倉程序，打包輸送。

在程序的設計中，配料的程序最為重要，也最復雜。為了簡化程序結構，采用主程序、子程序這種方式，思路更清晰。配料主程序控制流程如圖4所示，首先初始化檢查通信，調用控制程序，儀表接收發(fā)送數(shù)據(jù)是否正常，一切就緒后，調用配料程序進行自動配料。

配料系統(tǒng)上電后，首先設定本次配料秤的重量值，設定完成后檢查所有出料倉、秤門、混合機門是否關閉，1#配料秤完成1-8號出料倉中玉米原料的稱重，2#秤主要完成4-10倉中豆粕等原料的稱重，如果需要添加小料，也由2#秤完成。秤完重量后，由混合機對原料進行充分攪拌、混合，完成后混合機門打開，配料完成（見圖5）。配料系統(tǒng)的全部生產過程都可以自動化完成。

4 人機界面設計

本系統(tǒng)人機界面采用MCGS軟件進行組態(tài)，對原料的提升、粉碎、稱重、攪拌等環(huán)節(jié)進行實時監(jiān)控，并且可以通過監(jiān)控界面控制系統(tǒng)的啟動、停止。

顯示界面如圖6所示，可顯示系統(tǒng)當前運行狀況，一旦自動運行過程中出現(xiàn)故障，操作員在監(jiān)控室就可以停止設備，把損失降低到最小。界面中，如果系統(tǒng)正常運行，用圖中綠色表示；停止時，用圖中紅色表示。在自動運行過程中，每個環(huán)節(jié)都有手動按鈕，遇到特殊情況，可以隨時控制。系統(tǒng)可以進行人機對話，對參數(shù)進行設置，如果稱量存在誤差，可以自動進行調整，同時可對每次生產進行報表統(tǒng)計。

5 結論

①基于PLC、智能儀表、組態(tài)軟件設計的自動配料系統(tǒng)，不僅能夠實現(xiàn)稱重全自動、配比全自動、混合全自動，還能夠實時監(jiān)控整個生產過程，一旦有意外，可在監(jiān)控室直接操作，避免損失。另外，一旦出現(xiàn)故障，系統(tǒng)具有實時報警功能，提醒及時處理。

②實驗證明，本控制系統(tǒng)程序可行，穩(wěn)定性和可操作性好。

參考文獻：

[1]田斐，崔世林，楊祖釗.基于PLC和稱重儀表的自動配料系統(tǒng)設計[J].電氣技術，2009（6）：99-102.

[2]唐莞洋.基于單片機的自動配料控制系統(tǒng)設計[J].電子世界，2013（19）：18-19.

[3]尹玉珍，張善夫.PLC在飼料加工生產過程控制中的應用研究[J].糧食與飼料工業(yè)，2011（8）：42-44.

[4]姚衛(wèi)平.中小企業(yè)預混料生產工藝及設備選擇[J].飼料工業(yè)，2017（13）：5-8.

[5]廖常初.S7-200 SMART PLC應用教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2015.

[6]易烈運，舒娟，羅細芽，等.規(guī)?；i智能飼喂系統(tǒng)設計[J].飼料工業(yè)，2017（7）：15-18