摘要：飼料業(yè)是農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖種植業(yè)、畜牧業(yè)、農(nóng)副產(chǎn)品加工業(yè)等多個產(chǎn)業(yè)的聯(lián)結(jié)樞紐，非常重要。飼料行業(yè)以前采用手工，無法精確控制生產(chǎn)流程，生產(chǎn)模式效率低下，產(chǎn)品質(zhì)量無保證，嚴(yán)重制約了行業(yè)生產(chǎn)，如何改進(jìn)傳統(tǒng)生產(chǎn)模式提高效率，是當(dāng)前亟待解決的問題。

1、飼料生產(chǎn)自動化系統(tǒng)設(shè)計

1.1自動化生產(chǎn)線簡介

本文以改造A飼料公司生產(chǎn)線為背景，進(jìn)行系統(tǒng)研究和實踐，實現(xiàn)了以PLC為核心，以計算機(jī)、變頻器、傳感器等為元件的自動化系統(tǒng)。控制系統(tǒng)結(jié)合了計算機(jī)存儲優(yōu)勢和PLC控制優(yōu)勢，利用上下位機(jī)進(jìn)行分布控制穩(wěn)定性很高，有效避免了計算機(jī)集中控制帶來的不穩(wěn)定因素。上位機(jī)采用人機(jī)觸摸屏，通過簡單的計算機(jī)操作就能完成配方參數(shù)、配料時間、設(shè)備運(yùn)行等操作，對生產(chǎn)進(jìn)行實時監(jiān)測控制，實時模擬設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，由工控機(jī)在后臺進(jìn)行實時存儲產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)、配方參數(shù)等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。下位機(jī)選用Siemens公司的S7系列，其簡單的維護(hù)性使得基層單位在使用中更加得心應(yīng)手。

1.2系統(tǒng)設(shè)計方案

1.2.1通過計算機(jī)實現(xiàn)配料、負(fù)荷和相關(guān)工藝參數(shù)的自動設(shè)定，全面控制生產(chǎn)工況，按工段實現(xiàn)開機(jī)、聯(lián)鎖和解鎖等控制功能。

1.2.2根據(jù)用戶需求，隨時切換展示生產(chǎn)狀況，例如粉碎系統(tǒng)中的粉碎電流、配料系統(tǒng)中的取料時間等關(guān)鍵參數(shù)，以及氣門的實時位置、樣倉的料位等，都要通過數(shù)值和模擬形態(tài)進(jìn)行反映。

1.2.3為保護(hù)生產(chǎn)線的安全，設(shè)置報警功能，在傳感器收集到報警信號時，顯示屏第一時間彈出報警信息，包括報警的生產(chǎn)工段、具體設(shè)備及異常參數(shù)等，同時還會出現(xiàn)紅色預(yù)警等顯著顏色變化。

1.3控制系統(tǒng)子系統(tǒng)設(shè)計

控制系統(tǒng)在多數(shù)情況下是多輸入多輸出系統(tǒng)，如果能夠用精準(zhǔn)數(shù)學(xué)模型表達(dá)控制要求，就能夠設(shè)計出準(zhǔn)確的控制系統(tǒng)。不過，飼料生產(chǎn)線的動態(tài)特性難以求出，難以求出數(shù)學(xué)模型，因此只能以實際試驗來分析各個工段設(shè)備的特性。

如：配料系統(tǒng)。配料控制模塊包括配料模塊、小料模塊和液體模塊，作為控制系統(tǒng)的核心部分，主要用于完成生產(chǎn)、管理以及其他的特殊功能。配料控制中，首先上位機(jī)根據(jù)生產(chǎn)工藝流程，發(fā)出配方、工藝參數(shù)的指令，下位機(jī)PLC接受指令后，啟動配料生產(chǎn)，同時檢測配料的稱重信號。稱重之后，打開秤斗門進(jìn)行放料，放完之后檢測余料。當(dāng)檢測結(jié)果低于限制值則關(guān)閉門，超過限制值則啟動報警。在配料工作沒有達(dá)到配方參數(shù)之前，繼續(xù)配料，直到結(jié)束。生產(chǎn)過程由PLC控制設(shè)備，工控機(jī)監(jiān)控PLC的運(yùn)行整體流程，實時存儲生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

2、硬件和軟件設(shè)計

控制的核心是A/D轉(zhuǎn)換，因為在靈活性和可靠性上，對于連續(xù)變量，需要采用模數(shù)進(jìn)行采集，而計算機(jī)只能采集數(shù)量，因此需要專用設(shè)備進(jìn)行轉(zhuǎn)換。對于智能設(shè)備來說，有內(nèi)置的監(jiān)控單元可以采集相關(guān)模擬量，非對于智能設(shè)備，必須增加專用數(shù)據(jù)采集器轉(zhuǎn)換為所需的電量信號。本文首先采集壓力、速度等物理量，轉(zhuǎn)換為模電信號、數(shù)字量，由計算機(jī)來分析計算，處理結(jié)果再轉(zhuǎn)換為模擬電信號輸出到執(zhí)行設(shè)備，進(jìn)行實時監(jiān)控。

2.1硬件設(shè)計

硬件設(shè)計分為頂層設(shè)計和底層設(shè)計。底層設(shè)計中在現(xiàn)場用PLC進(jìn)行信號測量和采集，計算出相關(guān)控制參數(shù)。頂層設(shè)計以觸摸屏作為控制手段，進(jìn)行監(jiān)測。

2.1.1PLC

本文選擇西門子S7S7-300作為下位機(jī)，具有快速數(shù)據(jù)處理能力和高速計算能力。

2.1.2人機(jī)觸摸屏

本文選擇MT500系列與現(xiàn)場PLC開展通訊，除了普通的觸摸屏功能外，還具有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、配方設(shè)置、在線模擬、窗口移動和切換的功能。

2.1.3變頻器

為了匹配西門子PLC來有效控制喂料器的速度，本文選擇西門子Micro-laster420變頻器。該變頻器無故障工作時間大于50萬小時，具有恒定轉(zhuǎn)矩、內(nèi)置PI、遠(yuǎn)程控制等功能。

PIDPID控制器是目前最成熟的控制器，根據(jù)比例、積分和微分3種規(guī)律，可以構(gòu)成P、PI、PID三種。

2.2軟件設(shè)計控制系統(tǒng)包括系統(tǒng)自帶軟件和應(yīng)用軟件兩類。自帶軟件的核心是操作系統(tǒng)，由生產(chǎn)廠家編制。應(yīng)用軟件是工程師根據(jù)生產(chǎn)線需求編寫的程序，用于指揮生產(chǎn)設(shè)備滿足各類的工藝要求。系統(tǒng)自帶軟件又分為組態(tài)軟件和定制軟件兩部分。組態(tài)軟件控制著傳感器、數(shù)據(jù)采集等多個重要裝置，定制軟件滿足客戶的各類需求。某一種產(chǎn)品無法囊括全部用戶的要求，用戶需求多樣化的特點使得“組態(tài)”和“定制”缺一不可。

組態(tài)軟件最初是單一管理，逐步向大數(shù)據(jù)處理發(fā)展。早期的硬件系統(tǒng)非常依賴組態(tài)軟件，隨著技術(shù)的發(fā)展，部分軟件已經(jīng)實現(xiàn)了與硬件的分離。對于組態(tài)軟件，越來越多的用戶重視其實時數(shù)據(jù)監(jiān)測的作用，高性能計算機(jī)使得實施數(shù)據(jù)傳輸更加快捷，能夠讓用戶根據(jù)實際數(shù)據(jù)實時分析，為指揮、決策提供了一手的重要資料。

結(jié)束語

綜上所述，飼料工業(yè)是農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈條中的關(guān)鍵一環(huán)，為進(jìn)一步優(yōu)化飼料生產(chǎn)資源配置，提高生產(chǎn)效率，必須持續(xù)提升飼料生產(chǎn)自動化水平。當(dāng)前，是繼電器控制半自動化、PLC控制全自動化等多種控制方式并行，但是繼電器控制存在較多的缺陷，PLC技術(shù)要明顯優(yōu)于繼電器控制，因此以PLC為主的自動化建設(shè)已經(jīng)成為主流趨勢。-參考文獻(xiàn)：略 作者：郭升 張珂

編輯：黃飛

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