饲料配制的计算机屏上控制系统设计及应用

张钦锋,蒙振海

(广西城市职业大学,广西崇左 532200)

饲料产业为养殖业的发展提供重要支撑，饲料产品直接关系着养殖业的品质。饲料企业生产多种类、充足的饲料，满足养殖业的需求，促进相关产业的发展。传统的饲料生产模式主要是简单的电器控制，或者是手工作业生产，不能精确控制饲料配制数量，无法保证产品的质量，并且生产效率低下，制约饲料行业的发展。饲料行业需要提升自动化程度，提高生产效率和生产质量。现代技术更新非常快，饲料企业要合理的更新生产技术、生产设备，提升智能化生产水平。在改进饲料配制技术过程中生产监控十分重要，能科学控制饲料配料称量，整体提高自动化控制水平，降低生产成本，提高效率和质量。现代化饲料生产中，自动配料称量系统是重要的生产手段，本文对饲料配制自动配料称量系统进行探讨，分析计算机屏上控制系统设计，实现快速、准确的计量，配制符合要求的饲料。

1 典型饲料生产工艺流程

在饲料生产过程中，饲料机械成套机电设备包括多个工段的相应机械设备，如制粒与挤压、配料与混合、清理与粉碎、贮存与输送等。另外有蒸汽系统、压缩空气系统、除尘系统、中央监控系统等。根据饲料组成成分及应用特点可以分为浓缩饲料生产线、混合饲料生产线、全价配合饲料生产线等（李光辉，2019）。提高饲料产品质量的重要手段之一就是改进生产工艺，优化生产加工流程。随着饲料科技、动物营养的进步，在饲料加工中已应用一些比较先进的加工技术，提高饲料饲用价值。如果饲料加工处理不当，会影响营养价值，降低饲料品质，导致变质（倪瑞等，2019）。先进的饲料生产工艺有利于饲料工业和养殖业的发展。以配合饲料生产线为例，原料从接收与贮存到粉碎系统，然后是配料系统，混合系统，制粒系统，控制系统，供气、除尘系统，最后进行成品计量和包装系统。

2 饲料配料控制系统及称量模式

目前，家禽牲畜普遍采用圈养方式，实现规模生产。规模化养殖需要大量的成品饲料。现代配合饲料的生产规模不断扩大，从每小时2 t 到每小时30 t。配合饲料的原料有许多，如蛋白粉、豆粕、麦麸、玉米、菜籽粕、添加剂等。在生产过程中需要根据配方的规定，在最短时间内将一定质量的各种原料投入计量斗。这一工序对计量的要求很高，人力作业很难做到快速又准，并且可能出现人体危害（陈华等，2017）。饲料生产企业大多采用自动配料称量系统，提升原料质量的智能化水平，从而提升生产效率。同时也可以降低生产成本，保证产品品质，减少粉尘对人体健康的危害。本次研究选取新型PCS-1000 型自动配料控制系统，能储存近千种配料配方，控制20 多种配料称量。经逻辑电路解码，继电器控制输出控制手动加料，称料斗的卸料，慢速加料等。可以外接打印机，同期打印物料消耗报告及各类生产报告。在饲料生产自动配料称量系统中，自动配料控制器能满足需求。

根据配合饲料生产线的实际情况，有两种配料称量模式，可以使用两个计量斗称量8 ～12 种饲料原料，在一个混合机内卸料。也可以使用一个计量斗，称量12 ～16 种饲料原料，然后卸料。综合饲料生产厂家的情况，每家生产厂的原料种数、生产配方有一定的差异。但总体上有类似的生产工艺、生产模式。大部分使用斗式提升机，提升原料到高处的螺旋输送机。工艺生产流程大致类似（王小阳，2017）。原料称量方式基本相同。经电控旋转分配器，将原料向高层各个贮料仓分配输送。按配方规定，根据配料控制器的指令，按照设定的质量和顺序，螺旋输送机会向各个贮料仓定量计量下料。完成配料后，卸料门由计量斗自动打开。混合机会储存这些混合配料进行搅拌。同时根据规定注入油脂，均匀搅拌，送入压料成型工序。在配制过程中，使用倒置圆锥体斗结构，计量斗容纳1000 ～4000 kg 原料。

使用压式受力的称量传感器，防止在受料时计量斗摆动，影响质量准确性。如果使用拉式受力的称量传感器，需要加装万向关节轴承在传感器两端上。并且要防止计量斗的水平晃动，需要将水平拉杆安置在计量斗中。在饲料配制过程中，计量的物料主要是松散的粉粒原料。在卸料过程中，由于计量斗的限制，原料会堆积成小丘，影响实际的容纳质量。因此，在设计计量斗容积时，需要考虑能充分容纳原料。根据颗粒大小、原料密度乘上1 个系数作为计量斗的容积（李惠，2019）。原料卸料时需能自由迅速下落，提高效率。计量斗卸料口的锥度是关键部位，需要合理设计，保证原料的速度和质量。如由于重力作用，干性原料在下落时可能形成漏斗状、拱桥状等在锥部部位，对下落干净程度、正常流动速度造成不利影响。从而很难进行一次性的精确计量。综合考虑实际经验及理论计算结果，通常卸料口的锥角不超过60°。在设计时也要考虑内壁堆积堵塞问题。一些吸湿原料会影响卸料速度和计量精度。为消除堵塞问题，使计量斗达到最佳的工作状态，可以在外加仓壁安装振动器，设置在计量斗仓壁外即可。通过强迫震动避免堆积堵塞的问题。设置三角形破拱结构，用于卸料口上端，帮助加快原料下落。在饲料配制过程中，计量斗的上方通常有12 ～25 种原料，其中一些原料堵塞计量斗锥部。螺旋输送机下料口的原料，出现较大的单位密度（李灵，2019）。需要在生产过程中精确计量，合理布置各个下料位置，避免在计量斗锥部堵塞。

3 饲料自动配料控制系统组成

3.1 整体框架 饲料自动配料控制系统整体框架如下。

3.2 称质量传感器 在饲料自动配料控制系统中，使用电阻应变式称质量传感器，符合饲料配料生产的实际状况。根据金属弹性体受力的弹性形变情况，所受力越大，变形力越大。电阻应变计集中于称质量传感器表面应力，组成惠斯顿测量电桥，赋于激励电压，使重力转换成电压信号。

3.3 称质量仪表 自动配料称质量仪表具有控制功能，实现智能化、自动化智能化。称质量仪表的仪表等级是Ⅲ级。A/D 取样速度为高于100 次/s。仪表内部分辨率为4×105。非线性修正范围为0.01 ～0.1 F.S。输入信号范围为0.01 ～33 mV。贮存温度：（25±55）℃。激励电流：≥250 mA。激励电压DC ：15 V，1%。相对湿度：＜90%R.H。使用温度：（0±40）℃。质量：＜4 kg。消耗功率：＜35 W。称质量仪表的前面板不仅可以显示资料数字，称质量，并且可以设置时间。传感器插座、电源插座在称质量仪表后面板，同时有两个继电器输出端子，一个BCD 输出口，两个RS232输出口，能直接连接计算机或逻辑控制器。称质量仪表的操作方便，功能齐全，且可靠性、稳定性比较高。称质量传感器中的电信号，由双微处理器CPU 处理，经过模/ 数转换。其ROM 容量、RAM 容量都达到8M。在大屏幕中，显示输出质量信号，包括饲料输入配方的资料及配方质量。输出数据信号连接控制信号，能自动化和智能化控制配料饲料的称质量。

3.4 配料控制系统 强电执行元件、变频控制器、可编程序控制器是配料控制系统的组成部分。控制器内的逻辑指令，指示可编程控制器，控制变频调速，调节饲料配制的加料速度。并可以根据指令实现高低限位报警，延时控制，手动添加辅助原料及开关斗、卸料闸门等。

饲料配料控制系统在工作时电子秤内是经过配料仓依次加料的饲料混合料。在传感器中有重力作用。由此，在供桥电压的激励下，传感器转换载荷，使其成为电压信号。经接线盒，将电压信号向称质量仪表中输入，再次转换成数字信号。从而向转换成数字信号输入，显示最终结果。接口电路转换称质量信号，会送入可编程控制器（PLC）。根据选定的配方比例，PLC 将接收到的计量结果依次控制配料运作，直到达到配方的数值设定。符合要求后，PLC 会指令秤门打开放料。当完成放料后，秤门根据质量显示自动关闭。开始下一轮的自动配料。在此过程中，打开放料后，会自动提示人工加料。直到所有饲料原料配料完成，混合机开始计时搅拌。设置规定的时间，在混合时间的50%时停止，然后打开喷油泵，喷入油脂。完成后，混合机继续计时运作。直到规定时间将混合好的物料放至过渡仓。

饲料配制过程中需要更改参数、更改配方等操作。通过称质量仪上的面板按键调校称质量的准确度，根据需要设定参数。在计算机屏上可以自动操作、手动操作、更改参数、选择配方等。对于外部设备的输出信号，通常是各行程开关或料位计，由PLC 控制进行各种操作。PLC 系统负责配方的储存、更改、配料的自动循环等。称质量仪系统负责控制饲料的配料精度。

3.5 计算机屏上控制系统 在饲料企业生产控制室内，安装计算机屏上控制系统，实现各种饲料配制操作。饲料生产工艺的全过程控制、监视等都由计算机屏上控制操作系统完成。通过计算机进行自动集中控制，手动集中控制，指示配料混合系统、粉碎系统、原料输送系统等。同时在计算机屏上控制系统中能了解饲料生产设备的运行情况。

计算机屏上控制系统可以根据实际要求，任意设定饲料的加料次序。通常是先加大宗料，然后是量小的物料。设置油脂添加量、秤关门值、混合出料时间参数等，实现各种生产操作。并且可以进行手动调整，设定与修改配方、各种参数等。显示配料检验单方式，保持断电数据，校准按键质量。可实现12 ～25 种配料种类。最大称量质量1000 ～4000 kg，存储近千种配方。计算机屏上控制系统能进行配料报告、物料消耗报告、配方和物料控制数据表等的编印。该系统的报表编印功能比较完善，为饲料生产管理和决策提供参考。计算机屏上控制系统的报表编印功能、控制功能、多种配料功能，有利于现代化饲料企业的自动化生产。

4 结语

随着市场竞争越来越激烈，饲料企业对生产成本、生产质量、生产效率提出更高的要求。饲料生产规模不断扩大，现代市场需要饲料生产的自动化、智能化模式，充分利用计算机技术，满足市场的需求。饲料自动配料控制系统包括配料控制器、称质量仪表、称质量传感器等，具有多功能、智能化、全自动的特点，有利于促进饲料的生产。