基于PLC的投饲机控制系统设计

李昕宇 刘群铭 刘利 史颖刚

摘   要：为了提高投饵机的投饲精度和饲料利用率，文章设计了一种基于PLC的移动式饵料自动投饲控制系统，包括系统工作流程图、系统控制所需触点、外部接线电路、电路保护设计图和顺序功能图。结合传感器信息、触点信号的开关信息，并通过调节步进电机转速来控制投饲量，可使系统按照预先设定的程序，实现网箱养殖鱼池的定时、定量的精确投饲，应用前景较好。

关键词：水产养殖;自动投饲;饵料;可编程逻辑控制器;顺序功能图

自动投饵机是网箱水产养殖必备设备[1]，目前的投饵机在进行投喂饵料作业时，基本根据经验，采用人工操作的方法，存在撒料不均匀、计量不准确和喂料不准时等缺点[2]。投饵机的自动化程度不高、适应力差等不足，限制了水产养殖的规模化、自动化、智能化发展[3]。本文针对现有的自动投饲设备，设计了一套基于可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）的移动式自动投饲控制系统[4]。

1    系统整体设计

自动投饲控制系统主要分为行走系统、投饲装置、上料装置、控制系统等部分，自动投饲机的整体布局如图1所示，结构示意如图2所示。

1.鱼池;2.投饵机;3.上料装置;4.轨道

1.连接装置;2.料仓;3.定量下料机构;

4.抛料机构;5.箱体;6.步进电机

鱼池上方架设轨道，每个鱼池正上方设置对应的定位识别点，当投饲机沿轨道行走到识别点时，PLC接收信号，控制完成相应投饲动作。系统通过调节步进电机的转速来控制投饲量，从而实现对该鱼池的定量精确投饲。该自动投饲系统，能一次自动完成多个鱼池或其中任意鱼池的定时、定量精确投饲。根据系统功能和控制要求，设计系统运动过程，如图3所示。

PLC控制器随车行走，触碰开关固定在小车上，对应碰撞点装在轨道上，按下“开始”按钮后，系统内装有的重量传感器自动检测饲料箱内质量，根据饲料剩余量，判断是否补充饲料。饲料充足的投饲机，在行走过程中，碰触到投饲限位开关，触碰开关发出信号，计数器C0加1，C0>C1（初始为0），则投饲机停止行走，进行投饲。投饲结束，投饲机继续前进，到下一投饲点进行投饲。系统对限位开关信号与投饲次数均有计数，避免了投饲机补充完饲料后在重复位置投饲。通过重力传感器判断料箱内饲料重量，当箱内质量小于预设值时，投饲机前行，不响应触碰开关。投饲机回到上料点后进行上料，同时，C1置零。投饲次数达到预设值时，表明该系统已完成预设投饲点的投饲工作，投饲机停靠在预设的停靠点，停止工作。

2    外部电路接线

选取型号FX2N-2AD的PLC进行控制系统设计。因小车行走过程中存在惯性，不会在碰到开关时立刻停止，而PLC的扫描频率很高，故将系统开始工作信号X1、投饲预设点碰触开关X2、上料预设点碰触开关X3以及停靠预设点的碰触开关X4的信号，均视为一个短暂的高电平，即按钮类型输入，同时，还有重量传感器产生的电压信号，经放大后通过特殊模块输入PLC。输出信号Y1，Y2，Y3为接触器类型，判断开关控制电机是否进行工作。

根据上述分析，投饲系统的PLC控制器需要的输入/输出（Input/Output，I/O）点数如表1所示，其外部接线示意如图4所示。其中，右半部分为电路保护设计，在Y4处串入一个电机、保险电阻、接触器KM，并设置了紧急停止按钮。

3    程序设计

当PLC模块通电时，按下按钮X001，M20置位激活，随后M21置位，M20复位。行走小车从上次工作停靠位置开始前进，同时，检测饲料箱内质量是否小于预设下限值。当行走小车内饲料箱的饲料重量小于或等于预设下限值时，M0激活，当小车行走到上料限位点X003时，M23激活置位，M21复位。同时，开始检测饲料箱内质量，当行走小车饲料箱内质量达到预设值上限时，M5动作，跳回M21，小车继续工作。

通过对比C0与C1大小，来判断是否投饲，当C0大于C1时，M10激活动作，M24置位激活，M22复位。M22置位时，投饲电机Y003开始工作，计时器开始计时，C1计数器得电计数。计时满足时程序跳回M21，M21激活置位，M22复位。M21激活时T0置零，用于下次投饲计时。若C0不大于C1，M11或者M12激活，则直接跳回M21，小车继续前进。

当一次投饲结束，且C1计数已满足预设时，小车前进过程中到达停靠限位点X004时，C1和X004同时满足，程序跳回M0，小车停止工作，一次完整的投饲任务完成。其中，关于上料机构顺序控制功能图各个触点的解释如表1所示。上料机构执行连续工作方式时的顺序功能如图5所示。

4    结语

本文设计了基于PLC的饵料自动投饲控制系统，通过纽扣式微型荷重传感器，检测饲料信息，实现及时上料和准确计量。通过触点信号的开关，来控制投饲、上料、停靠，实现了移动式精确投饲，可用一台投饲机完成多个网箱的投饲工作，从而提高了投饲效率，降低了劳动力和养殖生产成本。系统也可以结合传感器檢测、图像处理等多种技术，实现智能化和远程控制，具有广阔的应用前景。