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自動(dòng)化飼料生產(chǎn)控制過(guò)程是一個(gè)多輸入、多輸出系統(tǒng)，通過(guò)采用現(xiàn)代化電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等實(shí)現(xiàn)各條配料輸送生產(chǎn)線(xiàn)的協(xié)調(diào)及實(shí)時(shí)控制，對(duì)料位、流量及時(shí)準(zhǔn)確地進(jìn)行監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)，有效降低了操作人員的強(qiáng)度。本文針對(duì)基于局域網(wǎng)飼料行業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)控制系統(tǒng)進(jìn)行的技術(shù)開(kāi)發(fā)和研究，現(xiàn)場(chǎng)控制部分采用小型PLC 為控制器，開(kāi)發(fā)了通用的飼料生產(chǎn)控制系統(tǒng)，利用WinSocket 技術(shù)、面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)編程實(shí)現(xiàn)飼料生產(chǎn)遠(yuǎn)程調(diào)度以及生產(chǎn)數(shù)據(jù)的管理。
1 飼料配料系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
目前我國(guó)大部分飼料生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程主要包含如下幾個(gè)核心部分：給料部分、稱(chēng)量部分、配料控制部分。
（1）給料部分：給料部分是從原料倉(cāng)(或儲(chǔ)罐)向稱(chēng)重設(shè)備中加料的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定好的序號(hào)控制原料倉(cāng)（用于儲(chǔ)存各種飼料生產(chǎn)所需的原料，如：棉柏、豆柏、魚(yú)粉等）全速下料。根據(jù)飼料生產(chǎn)所需原料的不同特性，需要分別選用不同的給料設(shè)備。
（2）稱(chēng)量部分：在進(jìn)行飼料生產(chǎn)的同時(shí)，需要判斷飼料生產(chǎn)所需要的所有原料是否下料結(jié)束，一般通過(guò)采集電子秤的重量，將重量模擬電壓信息送往電子稱(chēng)，用來(lái)采集重量信號(hào)來(lái)判斷是否到達(dá)提前量。在飼料生產(chǎn)中為了提高生產(chǎn)效率與準(zhǔn)確度往往采用雙配料倉(cāng)，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)有多少配料倉(cāng)則需要安裝相應(yīng)的電子稱(chēng)。
（3）控制系統(tǒng)：飼料生產(chǎn)控制系統(tǒng)由稱(chēng)量?jī)x表、上位工控機(jī)、可編程控制器及其他控制器件等組成。為了實(shí)現(xiàn)飼料生產(chǎn)過(guò)程的遠(yuǎn)程控制，則需要配置遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)，銷(xiāo)售計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，管理計(jì)算機(jī)，地磅電子稱(chēng)等。根據(jù)飼料生產(chǎn)過(guò)程控制的上述流程，本文設(shè)計(jì)的過(guò)程控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下：系統(tǒng)由遠(yuǎn)程控制計(jì)算以及飼料生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)控制計(jì)算機(jī)組成一個(gè)兩級(jí)計(jì)算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)。
飼料配料控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
其中遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)用來(lái)控制工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)監(jiān)控以及管理，為車(chē)間級(jí)管理及公司級(jí)管理層提供接口，包括對(duì)各種原料、配方、生產(chǎn)時(shí)間等進(jìn)行預(yù)置和設(shè)定，同時(shí)能夠?qū)︼暳仙a(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理及存儲(chǔ)。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)則依然采用傳統(tǒng)的PC 機(jī)和PLC 組成上、下位機(jī)控制系統(tǒng)組成，其中上位機(jī)是PC 工控機(jī)，為操作人員提供良好的人機(jī)界面，它的功能主要包括通信鏈路的建立，數(shù)據(jù)的接收、校驗(yàn)、處理與打包發(fā)送，參數(shù)和狀態(tài)的查詢(xún)，參數(shù)的修改，報(bào)表與圖表的輸出，數(shù)據(jù)庫(kù)的更新與維護(hù)等。下位機(jī)以小型PLC 為核心，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)連接現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表、控制計(jì)算機(jī)、變頻器等智能程度較高、處理速度快的設(shè)備對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，利用PLC 輸出的電流信號(hào)大小控制變頻器輸出的頻率的大小，從而改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，起到控制電動(dòng)給料裝置給料速度的目的，并完成對(duì)系統(tǒng)故障檢測(cè)、顯示及報(bào)警等輔助功能。
2 PLC 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
PLC 安裝在飼料生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域控制器CUP 中，它可以對(duì)飼料生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各方面的狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)處理，并與現(xiàn)場(chǎng)工作站進(jìn)行通信，及時(shí)將各種參數(shù)傳送給中心，接受中心發(fā)送的各種命令；根據(jù)監(jiān)測(cè)的參數(shù)和控制模型的設(shè)置，自動(dòng)控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行。
考慮到本飼料生產(chǎn)系統(tǒng)飼料配比工藝過(guò)程固定，控制量主要以開(kāi)關(guān)量控制為主（電動(dòng)機(jī)的啟、停由開(kāi)關(guān)量控制）、帶少量數(shù)字量控制（變頻器的控制端輸入），對(duì)系統(tǒng)控制速度要求較低，控制功能主要能夠?qū)崿F(xiàn)PID 運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等即可。通過(guò)對(duì)飼料生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)情況、被控對(duì)象的I/O 點(diǎn)數(shù)以及工藝要求、掃描速度、自診斷功能等方面統(tǒng)計(jì)結(jié)果的分析，綜合考慮系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)性以及技術(shù)成熟度、開(kāi)發(fā)周期等要素，本系統(tǒng)選用模塊式結(jié)構(gòu)的西門(mén)子公司生產(chǎn)的S7-300 系列的中性可編程控制器就能夠很好的勝任自動(dòng)化生產(chǎn)配料系統(tǒng)開(kāi)發(fā)要求。
可編程控制器CPU 型號(hào)為CPU266，最大可擴(kuò)展1024 點(diǎn)數(shù)字量或128 個(gè)模擬量，有PID 控制器，具有PID 自整定的功能。另外選用EM235 模塊和EM231 模塊以及通訊模塊擴(kuò)展以太網(wǎng)CP243-1。EM235 模塊有4 點(diǎn)模擬量輸入，1 點(diǎn)模擬量輸出。EM231 有4 點(diǎn)模擬量輸入?？刂破鱅/O 點(diǎn)數(shù)選擇的內(nèi)容如下：定義PLC 的I/O 點(diǎn)數(shù)，包括開(kāi)關(guān)量的I/O 點(diǎn)數(shù)、數(shù)字量的I/O 點(diǎn)數(shù)、模擬量的I/O 點(diǎn)數(shù)以及特殊功能模塊；建立I/O 分配表，繪制PLC 的輸入、輸出接線(xiàn)圖。
生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)I/O 點(diǎn)數(shù)量和類(lèi)型表
此外，在本工程設(shè)計(jì)中，為了避免電源對(duì)系統(tǒng)造成的干擾，計(jì)算機(jī)、所有PLC、工控儀表、變送器的電源均采用一體化供電方式，輸入輸出信號(hào)全部用繼電器隔離，防止強(qiáng)電損壞設(shè)備以及信號(hào)相互干擾。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)在傳統(tǒng)儀表PLC 控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上，利用局域網(wǎng)通信技術(shù)將飼料生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)控制與公司遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)相結(jié)合，融和了標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議通信、面向?qū)ο蠹夹g(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等多種方法。本系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)軟件以及遠(yuǎn)程端管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩部分內(nèi)容。
3.1 遠(yuǎn)程控制端軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制端軟件通過(guò)局域網(wǎng)通信協(xié)議使遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)飼料生產(chǎn)過(guò)程的遠(yuǎn)程監(jiān)控及管理，控制軟件客戶(hù)端采用面向?qū)ο蠹绍浖_(kāi)發(fā)環(huán)境Visual Basic 6.0 開(kāi)發(fā)，生產(chǎn)過(guò)程中所有的數(shù)據(jù)采用微軟SQL Server 2005 數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)。通過(guò)自定義PLC 數(shù)據(jù)通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，利用Win Socket編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)與控制現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)之間通信，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行耘c準(zhǔn)確性。遠(yuǎn)程控制端管理系統(tǒng)主要功能模塊則包括了用戶(hù)信息管理模塊、控制參數(shù)設(shè)置、生產(chǎn)過(guò)程管理模塊、統(tǒng)計(jì)與分析模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及備份模塊等。
3.2 現(xiàn)場(chǎng)控制端軟件設(shè)計(jì)
由現(xiàn)場(chǎng)控制計(jì)算機(jī)完成系統(tǒng)程序初始化，根據(jù)遠(yuǎn)程控制端計(jì)算機(jī)發(fā)送的系統(tǒng)配置參數(shù)啟動(dòng)可編程控制器及其傳感器設(shè)備。首先檢查飼料原料倉(cāng)中是否有料，若空倉(cāng)或者飼料配量不足，則啟動(dòng)配料生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行下料。由電子皮帶秤進(jìn)行稱(chēng)重并實(shí)時(shí)計(jì)量，CPU 計(jì)算得實(shí)時(shí)流量及累計(jì)流量。若設(shè)定流量與實(shí)際流量有偏差，調(diào)節(jié)器根據(jù)系統(tǒng)控制要求比較設(shè)定值與實(shí)際流量的偏差，在流量實(shí)際控制中采用工業(yè)控制中應(yīng)用最為廣泛的PID 調(diào)節(jié)。經(jīng)PID 調(diào)節(jié)改變輸出信號(hào)以控制變頻器對(duì)輸送電機(jī)的速度調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)恒流量控制。
配料配料現(xiàn)場(chǎng)控制流程
4 結(jié)束語(yǔ)
飼料生產(chǎn)的核心工序就是計(jì)算機(jī)自動(dòng)配料，本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)配料系統(tǒng)采用PLC 控制方案，便于配料的微機(jī)化控制，大大提高了配料精度。同時(shí)，強(qiáng)化了飼料生產(chǎn)的整體控制及管理，通過(guò)局域網(wǎng)通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)管理，為整個(gè)廠區(qū)的飼料生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享奠定了基礎(chǔ)。另外，該系統(tǒng)控制穩(wěn)定可靠，具有較好的通用性及維護(hù)性，本系統(tǒng)不僅可用于飼料廠的技術(shù)改造，而且可推廣到食品加工、醫(yī)藥、建筑材料等行業(yè)，均可以達(dá)到較好的控制效果。

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