试析PLC技术下饲料生产线自动化控制

姚若体

（广西农垦永新畜牧集团西江有限公司广西 贵港 537100）

试析PLC技术下饲料生产线自动化控制

姚若体

（广西农垦永新畜牧集团西江有限公司广西 贵港 537100）

随着科技的发展，目前在自动化技术方面取得了很大的发展。自动化技术具有智能化和灵活性强的特点。在相关行业得到了大量的应用，受到人们的热烈欢迎。在饲料生产线采用自动化控制技术，可以大大提高产品的质量和生产效率，而且也可以大大降低人力的劳动强度，节约饲料加工生产成本。饲料的生产是一个多输入、单输出的系统，针对这种系统采用PLC技术来构建自动化控制系统是最好的控制方式。本文详细的阐述了PLC技术下饲料生产线的自动化控制系统，希望对相关的行业有一定的借鉴作用。

饲料生产；自动化控制；配料系统

前言

目前，我国的畜牧业生产快速的发展，而畜牧业的生产需要大量的饲料，为了提高畜牧业生产的效率，就需要不断的提高饲料的生产效率。当前，我国的饲料生产企业虽然企业众多，但大都生产规模比较小，科技实力不强，很多甚至没有科研投入，更别说自动化的生产技术。与国外的技术水平还是有很大的差距。针对这种情况，利用现在PLC控制技术提高我国的饲料生产的自动化具有重大的意义。当前的PLC技术发展迅速，非常适合饲料生产的多输入、单输出系统，因此PLC成为了很好的技术方案。

1 饲料生产系统概述

所谓的饲料生产自动化控制系统是一个实时的监控管理系统，主要是完成饲料生产过程中对各种构成饲料的原料按照一定的比例进行配比和要求进行混合，并制成具有营养成份的饲料成品。这种自动化控制系统在当前的市场中具有广阔的市场前景[1]。在我国当前的饲料生产过程控制系统主要有给料系统、称量系统和配料控制系统等几部分组成。其中，给料系统是将原料储存机构中的原料转向称重系统的机构，并且给料系统要能够对不同的原料进行分别，以便将不同的原料准确的送给相应的称重系统。称量部分是饲料生产中的重要一环，它决定着原来的配比，对饲料的生产质量和效率有重要的影响[2]。控制系统是主要完成对饲料生产各个阶段的远程控制，由各种仪表、可编程控制器和工控机等部分组成。

1.1 给料方式的选择

在目前的饲料生产过程中，常采用的给料系统有：电磁给料系统、螺旋给料系统和料门给料系统等[3]。另外，有部分的企业也还采用传送带、真空抽吸和震动给料的方式。其中，电磁给料的方式是利用的共振原理，这种方式具有省电、体积小和维护费用低的特点，而且对料槽的磨损也很小。但这种方式的一个缺点是对设备的安全要求比较高。

1.2 称重方式选择

饲料的称重系统主要是完成对饲料的配料，在饲料生产过程具有重要的作用，对饲料的品质有重要的影响。目前常用的称重方式有进料式称重和卸料式称重，在工作模式上具有单斗单称、多斗单称和多斗多称等。

1.3 饲料生产线的结构

在我国目前的饲料生产线的结构主要有四种：①采用固定式单组料斗秤机构；②采用固定式多组料斗秤结构；③采用移动式料斗秤结构；④采用称重带式输送机的多组秤结构。具体的饲料生产自动化系统控制过程如图1所示。

2 PLC技术概述

PLC的全称是可编程控制器，它是计算机技术和自动化技术综合的控制器[4]。在工业中有大量的应用，尤其是对多输入、多输出的控制系统。具有可靠性高、耐高温和耐震动的特点。另外，该系统的设计和安装都比较的方便，而且平时的维护也比较的方便。PLC主要的工作方式是顺序扫描、不断循环。首先用户要编写好相应的程序，将程序存在相应的存储器内，系统工作时，CPU按照程序的指令顺序的操作。在PLC工作的过程中，是以扫描的方式对输入端的状态进行采集，并进行相应的处理，最终来对负载进行驱动。在对PLC控制系统的输出方式进行选择的时候，要根据控制系统的整体规模来考虑。对于一些中小型的控制系统，一般控制的点数少，程序编写简单，可以采用一次性的输入输出方式，采用这种方式的控制系统抗干扰能力强。另外对控制点数较多的控制系统，由于程序比较复杂，所以常采用定期采集、定期输出的方式，这样可以较高的满足实时性的要求。针对PLC技术下的饲料生成自动化控制的一个典型的系统图如图2所示。

图1 饲料的自动化生产过程图示

图2 饲料自动化生产的典型系统图

在该系统中，对生产的监控和管理是靠远程控制的计算机来完成的。控制计算机接收到车间的指令，来对饲料生产的个原料和配方、时间等进行设置，并及时的将生产现场的各种数据进行存储。对于原料的供给，主要靠PLC输出的电流信号来改变电机的速度。

3 系统的硬件构成

在饲料的生产过程中，可能会受到一些设备的干扰，所以为了提高系统的可靠性，一般采用的方案是用可靠性高的中央控制器和现场总线技术。计算机控制系统采用PLC和PC机组成下位机和上位机。上位机主要给操作人员提高一个可视化的人机界面，下位机主要对饲料生产的各种仪器进行控制和监测。比如可以采用SIMATIC S7-300的可编程控制器来控制设备，并通过现场总线技术由PC机进行监控。远程的控制计算机完成对整个生产的管理，例如对原料和配方的设定。这个控制系统的设计主要有称重系统的设计、给料系统的设计、生产线结构的设计和配料控制系统的设计等。

3.1 计量系统的设计

在饲料的生产过程中，主要包含了两方面的内容：①利用自动化的仪表完成对生产中的一些变化物理量的控制，是生产过程处于最好的状态。比如在配料的混合中，可以通过一些智能的称量装置按照预设的要求自动的对原料进行配比。②一些电动机和电磁阀机构的控制，要正确的对这些机构进行控制，是饲料的生产达到特定的工业要求。传统的配料采用的是皮带秤来完成对原料的计量，各种配料经过皮带秤来进行称量，在皮带的相应位置装有重力和速度检测的传感器，通过对相应数据的采集来计算出给料的量。同时，还可以在整个控制系统中加入PID调节器，可以使系统按照闭环的方式进行控制，这样可以提高系统的控制精度。采用重力和速度检测的传感器来完成对配料的量的计算比较复杂，而且精度也不高，实时性不好。如果直接电子秤来完成对配料的称重具有更好的优势。电子秤主要有重量传感器和放大、滤波电路、模式转换模块以及微处理器等构成。电子秤可以同时对重量、电池电压和温度进行测量，并且可以用软件来补偿传感器的一些漂移，所以硬件成本低。并且电子秤可以实现多机总线联网，因此只用一个计算机就可以完成对几十台电子秤的数据采集。而且电子秤的精度高，抗干扰力强，读数稳定。

3.2 PLC的子系统硬件设计

PLC是安装在饲料的生产现场的，可以对现场生产过程中的各种参数进行处理，并通过相应的总线接口传给PC机，由PC机进行处理后对现场的生产进行控制，以实现自动化的生产。完成这个过程离不开PLC的子系统硬件设计，这子系统包括供电系统设计、PLC、总线通信和显示模块设计等。为了完成一个PLC的控制系统，首先要明白系统所要完成的功能和要求，需要整个系统的方框图的具体描述以及对PLC的I/O的阐述等。PLC是安装在相应的PLC柜内的，通过自身的I/O模块来接受外部的输入信号，来根据程序的指令来输出相应的信号，来达到对现场生产的控制。

4 PLC软件的设计

可编程控制器的系统结构决定了程序的设计方法，常用的PLC程序设计结构有顺序控制结构、循环控制结构、判断分支结构和中端控制结构等。这些结构因控制功能的不同对系统的内部电路和编程思路也有一定的影响。整个PLC的程序是由若干的程序模块组成的。这些模块主要有以下的一些构成：①系统工作状态的识别和程序初始化模块；②设备控制操作程序库；③流程控制启停操作模块；④设备输入状态监测模块和设备故障报警以及显示模块；⑤通信和数据采集模块。

程序的整个流程是先由现场的计算机对系统进行初始化，然后根据系统预先设定的参数来启动控制器和相应的传感器。然后检查原料仓中是否有料，如果没有料或者料量不足则进行下料操作。同时由电子秤对原料进行称重和计量，然后将计量的数据发送到可编程控制器CPU，CPU得到实时的测量数据，然后对数据进行计算，并按照配料的设定比例进行配料。在配料的过程中，为了提高系统的可靠度，采用PID控制策略进行调节。PID的输入偏差是根据实际的给料流量和设定的流量进行比较所得。最终通过对相应的参数进行改变来控制电机的速度，来实现对饲料生产的自动化控制。

5 结语

总之，实现饲料生产线的自动化控制对于我国的农业发展具有一定的促进作用。而当前PLC技术是实现这一目标的最佳选择。在PLC技术下的饲料生产线自动化控制具有很大的应用前景，但是具体的采用何种的控制方案来实现对配料的微机化控制，以提高配料的精度是要重点考虑的问题。另外，也要强化对饲料生产的整体控制和管理，如果可以实现网络化的生产管理将最好。

[1]曹康，李秀刚.现代饲料加工自动化和数字化控制技术的发展趋势（续前）[J].粮食与饲料工业，2014（3）：38～41.

[2]苏和，韩治平，浩红军，等.牧畜饲料加工过程中的自动化控制与管理[J].内蒙古师范大学学报（自然科学汉文版），2014（5）：568～572.

[3]陈孝照.水产配合饲料厂计算机自动配料系统的设计[J].机电技术，2015（4）：15～18.

[4]潘芳伟，潘攀，张镇，等.生猪养殖自动化供料系统的优化设计[J].科技信息，2016（10）：65.

S816

A

1004-7344（2016）16-0213-02

2016-4-29

姚若体（1975-），男，助理畜牧师，大专，主要从事饲料厂管理工作。