【正文】 摘 要 隨著電子技術的發(fā)展，許多城市的工廠、事業(yè)單位都能看到各種形式的基于 PLC的生產(chǎn)控制系統(tǒng)。與此同時，工業(yè)經(jīng)濟在大踏步的前進后，越來越需要提升生產(chǎn)效率，而生產(chǎn)系統(tǒng)的智能化、自動化程度起著決定性的作用。 PLC 自問世以來，經(jīng)過多年的發(fā)展，早已取代繼電器控制系統(tǒng)在工控行業(yè)的絕對統(tǒng)治地位，在全世界發(fā)達國家中已經(jīng)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟推動作用。飼料生產(chǎn)線自動化 控制系 統(tǒng) 是精細化工廠生產(chǎn)工藝過程中一道非常重要的工序，其中的配料工序質(zhì)量對 整個產(chǎn)品的質(zhì)量舉足輕重。自動配料控制過程是一個多輸入、多輸出系統(tǒng)，各條配料輸送生產(chǎn)線嚴格的協(xié)調(diào)控制，對料位、流量及時準確的進行監(jiān)控和調(diào)節(jié)。 本文依據(jù)飼料生產(chǎn)系配料系統(tǒng)的工藝流程介紹了飼料生產(chǎn)配料系統(tǒng) 控制過程，詳細講述了 PLC的選型及 PLC 飼料生產(chǎn)系統(tǒng)變頻控制中的硬件設置、參數(shù)設定和軟件設計過程。系統(tǒng)現(xiàn)場控制部分采用了 PLC來控制生產(chǎn)過程，通過 PLC來采集生產(chǎn)信息，通過PLC開關量輸入采集生產(chǎn)線的狀態(tài)及報警信息，并通過 PLC開關量輸出實現(xiàn)對 艙門 開關的控制。在自動配料生產(chǎn)工藝過程中，將主料與輔料按一定比例配合， 由皮帶稱完成對皮帶輸送的物料計量。 PLC 主要承擔對輸送設備進行實時控制，并完成對系統(tǒng)故障檢測、顯示及報警。 關鍵詞：飼料生產(chǎn)； PLC；工藝流程； 第 1 章 緒論 來源、目的和意義 論文研究的來源 作為一個農(nóng)業(yè)大國 ，畜牧業(yè)養(yǎng)殖在我國具有十分重要的基礎地位，而飼料工業(yè)又是為畜牧養(yǎng)殖業(yè)提供原材料供給的基礎。我國的飼料工業(yè)從改革開放開始起步，經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)完成了從家庭手工作坊式的生產(chǎn)到世界第二大飼料生產(chǎn)大國的飛躍，已經(jīng)發(fā)展成為我國國民經(jīng)濟的當中的支柱產(chǎn)業(yè)之一。 隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展， 飼料產(chǎn)業(yè)己成為一個方興未艾的朝陽產(chǎn)業(yè)，對促進國民經(jīng)濟增長，促進養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展，服務“三農(nóng)”具有越來越重要的作用。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對飼料的需求量迅猛增加，采用傳統(tǒng) 的飼料生產(chǎn)工藝流程早已不 滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求。飼料生產(chǎn)企業(yè)如何應對挑戰(zhàn)，在激烈的市場競爭中擴大產(chǎn)品產(chǎn)量、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量，這是擺在飼料生產(chǎn)企業(yè)面前的一個非常嚴峻的課題。本論文正是在這樣一個大的背景條件下產(chǎn)生的 。 論文研究的目的和意義 飼料生產(chǎn)在工業(yè)生產(chǎn)中有著非常重要的作用，不但是生產(chǎn)過程中 的一個重要環(huán)節(jié)，更是源頭工序，直接關系著下游生產(chǎn)能否順利進行，決定著產(chǎn)品的質(zhì)量。配料精度的高低和配料速度的大小制約著整個生產(chǎn)過程的質(zhì)量和產(chǎn)量，而飼料生產(chǎn)的自動控制對提高配料生產(chǎn)的質(zhì)量起著舉足輕重的作用，飼料自動控制系統(tǒng)有助 于實時掌握和了解配料生產(chǎn)工藝流程的運行狀況和參數(shù)變化，優(yōu)化生產(chǎn)，保證質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本的同時提高管理水平，使生產(chǎn)長期穩(wěn)定的運行，取得最佳效益。 PLC是一種新型的具有極高可能性的通用工業(yè)自動化控制裝置。它以微處理器為核心，有機的將微處計算機技術、自動化控制技術及通信技術融為一體。其特點由： 專為工業(yè)控制設計，采取了精選元器件及多層次抗干擾等措施，能適應工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境，抗干擾能力強，可靠性極高；采用易于理解和掌握的梯形圖語言，以及面向工業(yè)控制的簡單指令，編程方便；不僅具有先進的通訊和輸入、輸出能力，而且其模 塊化的系統(tǒng)結構、靈活的配置能力，使用戶可以靈活組成各種規(guī)模和不同要求的控制系統(tǒng)，使用方便；模塊化的系統(tǒng)結構使操作人員在維修時只需要更換插入式模板或其他易損部件即可完成，既方便又減少了影響生產(chǎn)的時間；維護方便、硬件軟件齊全，設計和施工可同時進行，縮短了設計、施工、調(diào)試周期；結構緊湊，體積小，重量輕，可靠性高，抗震防潮和耐熱能力強，使之易于 安裝在機器設備內(nèi)部，易于實現(xiàn)機電一體化產(chǎn)品。 飼料加工發(fā)展 現(xiàn)狀 飼料工業(yè)時畜牧養(yǎng)殖業(yè)的 基礎。我國飼料工業(yè)開始于 70年代中后期，經(jīng)過短短二十多年的發(fā)展，從無到有，從小到大，走過了許多發(fā)達國家數(shù)十年才走完的歷程，飼料工業(yè)已成為我國工業(yè)體系中重要的支柱產(chǎn)業(yè)之一，我國已躍居為世界第二大飼料生產(chǎn)國。但是，飼料廠的配套自動控制系統(tǒng)和高精度配料控制系統(tǒng)還相對滯后，因此實現(xiàn)安全可靠的自動控制系統(tǒng)和高精度配料系統(tǒng)就顯得十分的迫切和必要。 飼料廠自動控制系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了人工手動控制、機械電氣控制、單片機控制、工業(yè)計算機集中控制等幾個階段。 第一階段，飼料加工機械比較簡單，各機械之間基本上沒有邏輯聯(lián)系，現(xiàn)場操作人員一般只負責一到兩個設備的操作與監(jiān)控，并手工的記錄各項數(shù)據(jù)，產(chǎn)品質(zhì)量的人為因素很大。 第二階段，繼電器手動控制在很大程度上降低了工人的勞動強度，但是大量的中間繼電器和時間繼電器組成的電控系統(tǒng)非常復雜，可靠性極低，特別是在調(diào)試和改造時的難度很大。 第三階段，隨著大規(guī)模集成芯片技術的成熟，單片機控制系統(tǒng)應運而生。單片機配料控制系統(tǒng)較之前兩種系統(tǒng)設計電路復雜程度降低，可靠性大大提高，但其抗干擾能力比較差也局限了它的應用。 第四階段，隨著計算機技術的迅猛發(fā)展和廣泛應用，基于工控機的飼料廠自控系統(tǒng)也開始出現(xiàn)。這種系統(tǒng) 大多采用集中控制方式，計算機除具有工藝流程控制、工況實時顯示、提供數(shù)據(jù)存儲、報表打印等功能外，還要完成對各對象的直接控制和數(shù)據(jù)采集任 。 隨著 21世紀飼料加工新技術的出現(xiàn)，特別是現(xiàn)場總線和計算機技術的迅猛發(fā)展，飼料工業(yè)的自動化控制水平也在相應提高。美國及歐洲的一些國家的飼料廠從火車、汽車進料，到成品散裝出料，全部為計算機自動控制，整廠單班操作人員只需要兩個人。飼料廠的管理和控制全部通過計算機進行操作，管控系統(tǒng)采用先進的模塊化結構，可根據(jù)各部門的職能選擇不同的系統(tǒng)模塊。通過對人員管理系統(tǒng)、財務核算系統(tǒng)、原料接收系統(tǒng)、成品發(fā)放系統(tǒng)和生產(chǎn)加工系統(tǒng)共 5個子計算機系統(tǒng)的管理，全部掌控整個飼料廠營運 。 在總體上，我國在飼料加工控制系統(tǒng)上存在技術不夠先進、企業(yè)平均規(guī)模小、綜合生產(chǎn)水平低等問題。因此，進一步提高飼料加工廠的自動化程度，仍然十分緊迫，設計出高性能自動控制系統(tǒng)和高精度自動配料系統(tǒng)意義重大。 課題研究內(nèi)容 論文內(nèi)容主要包括計算機控制系統(tǒng)的硬件選型和電氣設計及 PLC軟件設計： 1) 飼料加工自動控制系統(tǒng)總體方案設計； 2) 飼料加工自動控制系統(tǒng)的硬件和軟件設計； 3) 粉碎機自動喂料系統(tǒng)設計； 4) 模塊式程序設計的應用； 論文 的結構安排 論文在結構上分為五個章節(jié)，具體安排如下 ： 第 1章：本章簡單介紹了飼料生產(chǎn)自動化配料系統(tǒng)的概念以及論文的研究背景、目的和意義。通過論述飼料生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)相關概念及 PLC在 國內(nèi)外發(fā)展趨勢，對飼料生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)的技術特點進行了簡單的比較分析。給出了主要研究內(nèi)容和章節(jié)安排。 第 2章：本章簡單介紹了 PLC以及局域網(wǎng)控制基礎知識，然后對飼料生產(chǎn)工藝流程控制系統(tǒng)進行深入分析，針對飼料生產(chǎn)自動化配料系統(tǒng)的功能設計要求提出了系統(tǒng)總體 框 架 設計，最后給出了系統(tǒng)的的要求，提出了硬件、軟件系統(tǒng)構造方案，包 括硬件設計要點和軟件設計要點。 第 3章：本章主要進行了飼料生產(chǎn)自動化控制配料系統(tǒng)的硬件設計部分，包括稱重方式選擇、給料方式選擇、生產(chǎn)線結構方式選擇、配料控制系統(tǒng)設計，給出了系統(tǒng)各個部分的硬件芯片 選型和硬件電路的設計，具體內(nèi)容由變頻器、感應器、電動機、 PLC的選型及設計過程。 第 4 章：本章主要完成闡述飼料生產(chǎn)自動化配料系統(tǒng)部分的軟件解決方案及其實現(xiàn)，并對系統(tǒng)軟件的設計過程進行了詳細的研究。本章還從系統(tǒng)數(shù)字濾波技術于 PID調(diào)節(jié)算法角度，研究了數(shù)字濾波器及 PID控制算法的設計方法和過程。 第 5章：本章的內(nèi)容時文章的總結和展望，總結了論文所完成的主要工作內(nèi)容，為了更好的實驗網(wǎng)絡化只能飼料生產(chǎn)系統(tǒng)，展望了基于 PLC技術的飼料自動化控制管理信息系統(tǒng)的發(fā)展前景。 第 2 章 控制系統(tǒng)總體方案設計 飼料 生產(chǎn)系統(tǒng)概述 飼料生產(chǎn)自動化控制系統(tǒng)是對飼料生產(chǎn)及加工過程中的各類碎玉米、配料、微量元素等粉?；蛞后w物料進行稱重并按所選配的方式進行混合攪拌，制成滿足一定要求，具有較高營養(yǎng)的飼料成品的實時監(jiān)控管理的自動化系統(tǒng)，具有廣闊的市場前景。目前我國大部分飼料生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)業(yè)務流程主要包括如下幾個核心部分：給 料部分、稱量部分、配料部分。 給料部分：給料部分是從原料倉（或儲罐）向稱重設備中加料的執(zhí)行結構，系統(tǒng)根據(jù)設定好的序號控制原料倉（用于儲存各種飼料生產(chǎn)所需原料，如棉柏、豆柏、魚粉等）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備。 稱量部分：在進行飼料生產(chǎn)的同時，需要判斷飼料生產(chǎn)所需要的所有料是否下料結束，一般通過采集電子稱的重量，將重量模擬電壓信息送往電子稱，用來采集重量信號來判斷是否達到提前量。在飼料生產(chǎn)中為了提高生產(chǎn)效率與準確度往往采用雙配料倉，生產(chǎn)現(xiàn)場有多少配料倉則需要安裝相應的 電子稱。 控制系統(tǒng)：飼料生產(chǎn)控制系統(tǒng)由稱量儀表、可編程控制器及其它控制元件組成。為了實現(xiàn)飼料生產(chǎn)過程遠程控制，則需要配置遠程控制計算機、數(shù)據(jù)庫服務器、管理計算機、地磅電子稱等。 給料方式選擇 目前，在飼料生產(chǎn)及加工領域，其中飼料生產(chǎn)配料廣泛采用的給料系統(tǒng)一般有以下幾種：電磁震動給料系統(tǒng)、螺旋給料系統(tǒng)、螺旋給料系統(tǒng)、電磁閥給料系統(tǒng)等。除了上述四種方式外，還有一些場合可以采用傳送帶、刮板、真空抽吸、振動給料等給料方式。其中應用較為廣泛的分別是電磁振動給料機和螺旋給料機。電磁振動給料機運用機械振動學的共振原理使得飼料生產(chǎn)中所需要的混合料在低臨界共振狀態(tài)下工作在給料過程中，物料在料槽中被連續(xù)拋起，并 按拋物線軌跡向前跳躍運動，這種給料方式因為不需要轉動部件，同時對料槽的磨損比較小，具有耗電少、體積小、重量 輕、運費低等優(yōu)點。但遺憾的是該種給料方式對安裝要求比較高，并且現(xiàn)場調(diào)試困難，調(diào)整不當會產(chǎn)生噪聲且運行不好。 螺旋給料機方式與電磁振動給料機相比，能夠?qū)崿F(xiàn)給料均勻的特點，并且不容易 受外界影響。飼料所需混料由旋轉的螺旋葉片在螺旋管體內(nèi)連續(xù)推進送料，在重力作用下進入攪拌器，使得系統(tǒng)機械振動較小，能夠保持攪拌倉運行平穩(wěn)，并且對稱量的干擾相對較小，能夠很好的避免飼料攪拌過程中飼料原材料分層或者攪拌不均的缺陷。但螺旋給料機上安裝有電動機和減速器，重量大，效率較低。對于液體物料，一般采用閥門控制給料量。 稱重方 式選擇 在飼料生產(chǎn)的配料過程中，包括原料的儲存、輸送、稱重配料、除塵、物料混合等多種設備，涉及粉粒狀固體散料、液體等多種物料。根據(jù)飼料生產(chǎn)工藝要求，常用稱量方式有進料式稱量和卸料式稱量 2種，具有單斗單料、單斗多料、 多斗多料 等多種工作模式。其中進料式稱量又可分為零位法和增量法等稱重方式，零位法指的是料倉開始從空位給料，直到料倉滿足給定要求，即停止加料，然后打開料倉放料直到空位，再重新稱重。增量法指的是稱量料斗接收、稱量好飼料后，在未放空料倉的情況下就開始加料，系統(tǒng)自動將電子秤內(nèi)部計數(shù)值清零。很明顯，采用零位法 的稱量方式其精度相對增量法更為精確 。 采用進料式方法進行物料稱量時，需要注意給料落差的計算，即當給料設備停止給料后，部分物料尚未進入攪拌倉的余料?？紤]到落差余量對最終配料成份的影響，在實際配料稱量計算時其給料設定值應為要配制的物料標準重量減去落差值。在實際的給料控制模式中，一般采用雙速給料的方法，首先根據(jù)給料設定值，快速放料，當放料量接近設定值的 90%左右，則減少閘門放料量，采取慢速給料，這種控制方式能夠在保證放料速度的同時增加稱量精度。卸料式稱量方式則與給料式過程相反，即先在料斗內(nèi)預先裝入多于配方要求的物料，然后開啟放料進行稱量，通過稱量落下 的物料重量便能夠獲取飼料生產(chǎn)所需配料的重量。采用減量法稱量可以直接將傳感器安裝 在料倉上，通過傳感器檢測料倉中物料總重量減少的參數(shù)值計算飼料生產(chǎn)的實際配料量，但該方法稱量精度較低，因而在實際的配料控制過程中較少采用。同理，為了實現(xiàn)和增量法同樣的效率和控制精度，減量法也采取雙速卸料，在快速卸料量達到給定 值的 90%左右開始變?yōu)槁傩读稀? 飼料生產(chǎn)線結構 本文研究的飼料生產(chǎn)配料方式采用 固定式多組份料斗秤的結構 :該稱量結構類似固定式料斗秤結構， 不過該結構為了節(jié)省電子稱量裝置，采用固定幾個料倉對應 1臺電子料斗秤，各組份原料通過皮帶傳送裝置混合在同一臺料斗秤內(nèi)累加稱量后再由集料帶或集料小車收集進入攪拌倉進行后續(xù)工序，該結構有利于實現(xiàn)多種配料的精確控制。 飼料生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)中的配料控制模塊由稱量儀表、上位工控機、可編程控制器及其他控制器件等組成。典型的配料控制系統(tǒng)在一些比較簡單的稱重配料系統(tǒng)中，也可以采用工業(yè)計算機 (IPC)加數(shù)據(jù)采集板卡的形式進行配料的控制。目前國內(nèi)大部分飼料生產(chǎn)自動化控制系統(tǒng)構造及過程如圖 21 所示 在實際的飼料生產(chǎn)過程中 ，生產(chǎn)的飼料成品料同樣需要存儲在相應的倉位中，其存儲倉一般有單倉、雙倉或三倉等配置形式，另外再配一個廢料倉。 本文設計的飼料生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)工作過程及原理描述如下 :飼料給料采用進料式零位法，通過電子皮帶秤對圓盤給料機輸送的物料進行計量，并且采用固定式多組份料斗秤的結構。系統(tǒng)給料量采用比例調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制原理進行給料量的計算，通過安裝在電子秤的稱重傳感器由電腦計算儀接收稱重信號和速度信號，將其轉換成累計值和瞬時流量并將其轉換后的數(shù)字量通過串口線傳輸至飼料現(xiàn)場控制計算機，然后通過數(shù)模轉換將其變換成 420mA 范圍內(nèi)的