李昕宇 劉群銘 劉利 史穎剛

摘? ?要：為了提高投餌機(jī)的投飼精度和飼料利用率，文章設(shè)計(jì)了一種基于PLC的移動(dòng)式餌料自動(dòng)投飼控制系統(tǒng)，包括系統(tǒng)工作流程圖、系統(tǒng)控制所需觸點(diǎn)、外部接線電路、電路保護(hù)設(shè)計(jì)圖和順序功能圖。結(jié)合傳感器信息、觸點(diǎn)信號(hào)的開關(guān)信息，并通過調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)控制投飼量，可使系統(tǒng)按照預(yù)先設(shè)定的程序，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)箱養(yǎng)殖魚池的定時(shí)、定量的精確投飼，應(yīng)用前景較好。

關(guān)鍵詞：水產(chǎn)養(yǎng)殖;自動(dòng)投飼;餌料;可編程邏輯控制器;順序功能圖

自動(dòng)投餌機(jī)是網(wǎng)箱水產(chǎn)養(yǎng)殖必備設(shè)備[1]，目前的投餌機(jī)在進(jìn)行投喂餌料作業(yè)時(shí)，基本根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，采用人工操作的方法，存在撒料不均勻、計(jì)量不準(zhǔn)確和喂料不準(zhǔn)時(shí)等缺點(diǎn)[2]。投餌機(jī)的自動(dòng)化程度不高、適應(yīng)力差等不足，限制了水產(chǎn)養(yǎng)殖的規(guī)模化、自動(dòng)化、智能化發(fā)展[3]。本文針對(duì)現(xiàn)有的自動(dòng)投飼設(shè)備，設(shè)計(jì)了一套基于可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）的移動(dòng)式自動(dòng)投飼控制系統(tǒng)[4]。

1? ? 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

自動(dòng)投飼控制系統(tǒng)主要分為行走系統(tǒng)、投飼裝置、上料裝置、控制系統(tǒng)等部分，自動(dòng)投飼機(jī)的整體布局如圖1所示，結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。

1.魚池;2.投餌機(jī);3.上料裝置;4.軌道

1.連接裝置;2.料倉(cāng);3.定量下料機(jī)構(gòu);

4.拋料機(jī)構(gòu);5.箱體;6.步進(jìn)電機(jī)

魚池上方架設(shè)軌道，每個(gè)魚池正上方設(shè)置對(duì)應(yīng)的定位識(shí)別點(diǎn)，當(dāng)投飼機(jī)沿軌道行走到識(shí)別點(diǎn)時(shí)，PLC接收信號(hào)，控制完成相應(yīng)投飼動(dòng)作。系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)控制投飼量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)該魚池的定量精確投飼。該自動(dòng)投飼系統(tǒng)，能一次自動(dòng)完成多個(gè)魚池或其中任意魚池的定時(shí)、定量精確投飼。根據(jù)系統(tǒng)功能和控制要求，設(shè)計(jì)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)過程，如圖3所示。

PLC控制器隨車行走，觸碰開關(guān)固定在小車上，對(duì)應(yīng)碰撞點(diǎn)裝在軌道上，按下“開始”按鈕后，系統(tǒng)內(nèi)裝有的重量傳感器自動(dòng)檢測(cè)飼料箱內(nèi)質(zhì)量，根據(jù)飼料剩余量，判斷是否補(bǔ)充飼料。飼料充足的投飼機(jī)，在行走過程中，碰觸到投飼限位開關(guān)，觸碰開關(guān)發(fā)出信號(hào)，計(jì)數(shù)器C0加1，C0>C1（初始為0），則投飼機(jī)停止行走，進(jìn)行投飼。投飼結(jié)束，投飼機(jī)繼續(xù)前進(jìn)，到下一投飼點(diǎn)進(jìn)行投飼。系統(tǒng)對(duì)限位開關(guān)信號(hào)與投飼次數(shù)均有計(jì)數(shù)，避免了投飼機(jī)補(bǔ)充完飼料后在重復(fù)位置投飼。通過重力傳感器判斷料箱內(nèi)飼料重量，當(dāng)箱內(nèi)質(zhì)量小于預(yù)設(shè)值時(shí)，投飼機(jī)前行，不響應(yīng)觸碰開關(guān)。投飼機(jī)回到上料點(diǎn)后進(jìn)行上料，同時(shí)，C1置零。投飼次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，表明該系統(tǒng)已完成預(yù)設(shè)投飼點(diǎn)的投飼工作，投飼機(jī)?？吭陬A(yù)設(shè)的?？奎c(diǎn)，停止工作。

2? ? 外部電路接線

選取型號(hào)FX2N-2AD的PLC進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。因小車行走過程中存在慣性，不會(huì)在碰到開關(guān)時(shí)立刻停止，而PLC的掃描頻率很高，故將系統(tǒng)開始工作信號(hào)X1、投飼預(yù)設(shè)點(diǎn)碰觸開關(guān)X2、上料預(yù)設(shè)點(diǎn)碰觸開關(guān)X3以及停靠預(yù)設(shè)點(diǎn)的碰觸開關(guān)X4的信號(hào)，均視為一個(gè)短暫的高電平，即按鈕類型輸入，同時(shí)，還有重量傳感器產(chǎn)生的電壓信號(hào)，經(jīng)放大后通過特殊模塊輸入PLC。輸出信號(hào)Y1，Y2，Y3為接觸器類型，判斷開關(guān)控制電機(jī)是否進(jìn)行工作。

根據(jù)上述分析，投飼系統(tǒng)的PLC控制器需要的輸入/輸出（Input/Output，I/O）點(diǎn)數(shù)如表1所示，其外部接線示意如圖4所示。其中，右半部分為電路保護(hù)設(shè)計(jì)，在Y4處串入一個(gè)電機(jī)、保險(xiǎn)電阻、接觸器KM，并設(shè)置了緊急停止按鈕。

3? ? 程序設(shè)計(jì)

當(dāng)PLC模塊通電時(shí)，按下按鈕X001，M20置位激活，隨后M21置位，M20復(fù)位。行走小車從上次工作?？课恢瞄_始前進(jìn)，同時(shí)，檢測(cè)飼料箱內(nèi)質(zhì)量是否小于預(yù)設(shè)下限值。當(dāng)行走小車內(nèi)飼料箱的飼料重量小于或等于預(yù)設(shè)下限值時(shí)，M0激活，當(dāng)小車行走到上料限位點(diǎn)X003時(shí)，M23激活置位，M21復(fù)位。同時(shí)，開始檢測(cè)飼料箱內(nèi)質(zhì)量，當(dāng)行走小車飼料箱內(nèi)質(zhì)量達(dá)到預(yù)設(shè)值上限時(shí)，M5動(dòng)作，跳回M21，小車?yán)^續(xù)工作。

通過對(duì)比C0與C1大小，來(lái)判斷是否投飼，當(dāng)C0大于C1時(shí)，M10激活動(dòng)作，M24置位激活，M22復(fù)位。M22置位時(shí)，投飼電機(jī)Y003開始工作，計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，C1計(jì)數(shù)器得電計(jì)數(shù)。計(jì)時(shí)滿足時(shí)程序跳回M21，M21激活置位，M22復(fù)位。M21激活時(shí)T0置零，用于下次投飼計(jì)時(shí)。若C0不大于C1，M11或者M(jìn)12激活，則直接跳回M21，小車?yán)^續(xù)前進(jìn)。

當(dāng)一次投飼結(jié)束，且C1計(jì)數(shù)已滿足預(yù)設(shè)時(shí)，小車前進(jìn)過程中到達(dá)?？肯尬稽c(diǎn)X004時(shí)，C1和X004同時(shí)滿足，程序跳回M0，小車停止工作，一次完整的投飼任務(wù)完成。其中，關(guān)于上料機(jī)構(gòu)順序控制功能圖各個(gè)觸點(diǎn)的解釋如表1所示。上料機(jī)構(gòu)執(zhí)行連續(xù)工作方式時(shí)的順序功能如圖5所示。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了基于PLC的餌料自動(dòng)投飼控制系統(tǒng)，通過紐扣式微型荷重傳感器，檢測(cè)飼料信息，實(shí)現(xiàn)及時(shí)上料和準(zhǔn)確計(jì)量。通過觸點(diǎn)信號(hào)的開關(guān)，來(lái)控制投飼、上料、?？?，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)式精確投飼，可用一臺(tái)投飼機(jī)完成多個(gè)網(wǎng)箱的投飼工作，從而提高了投飼效率，降低了勞動(dòng)力和養(yǎng)殖生產(chǎn)成本。系統(tǒng)也可以結(jié)合傳感器檢測(cè)、圖像處理等多種技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能化和遠(yuǎn)程控制，具有廣闊的應(yīng)用前景。