【正文】 物料在料槽中被連續(xù)拋起，并 按拋物線軌跡向前跳躍運(yùn)動，這種給料方式因為不需要轉(zhuǎn)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(yùn)費(fèi)低等優(yōu)點。為了實現(xiàn)飼料生產(chǎn)過程遠(yuǎn)程控制，則需要配置遠(yuǎn)程控制計算機(jī)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、管理計算機(jī)、地磅電子稱等。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。 第 5章：本章的內(nèi)容時文章的總結(jié)和展望，總結(jié)了論文所完成的主要工作內(nèi)容，為了更好的實 驗網(wǎng)絡(luò)化只能飼料生產(chǎn)系統(tǒng)，展望了基于 PLC 技術(shù)的飼料自動化控制管理信息系統(tǒng)的發(fā)展前景。 第 2章：本章簡單介紹了 PLC 以及局域網(wǎng)控制基礎(chǔ)知識，然后對飼料生產(chǎn)工藝流程控制系統(tǒng)進(jìn)行深入分析，針對飼料生產(chǎn)自動化配料系統(tǒng)的功能設(shè)計要求提出了系統(tǒng)總體 框 架 設(shè)計，最后給出了系統(tǒng)的的要求，提出了硬件、軟件系統(tǒng)構(gòu)造方案，包括硬件設(shè)計要點和軟件設(shè)計要點。因此，進(jìn)一步提高飼料加工廠的自動化程度，仍然十分緊迫，設(shè)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。美國及歐洲的一些國家的飼料廠從火車、汽車進(jìn)料，到成品散裝出料，全部為計算機(jī)自動控制，整廠單班操作人員只需要兩個人。單片機(jī)配料控制系統(tǒng)較之前兩種系統(tǒng)設(shè)計電路復(fù)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(yīng)用。 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(jī)械電氣控制、單片機(jī)控制、工業(yè)計算機(jī)集中控制等幾個階段。其特點由： 專為工業(yè)控制設(shè)計，采取了精選元器件及多層次抗干擾等措施，能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境，抗干擾能力強(qiáng)，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(jìn)的通訊和輸入、輸出能力，而且其模塊化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、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(jié)構(gòu)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(hù)方便、硬件軟件齊全，設(shè)計和施工可同時進(jìn)行，縮短了設(shè)計、施工、調(diào)試周期；結(jié)構(gòu)緊湊，體積小， 重量輕，可靠性高，抗震防潮和耐熱能力強(qiáng)，使之易于 安裝在機(jī)器設(shè)備內(nèi)部，易于實現(xiàn)機(jī)電一體化產(chǎn)品。 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(guān)系著下游生產(chǎn)能否順利進(jìn)行，決定著產(chǎn)品的質(zhì)量。 隨著我國經(jīng)濟(jì)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(jìn)國民經(jīng)濟(jì)增長，促進(jìn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展，服務(wù)“三農(nóng)”具有越來越重要的作用。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。飼料生產(chǎn)線自動化 控制系 統(tǒng) 是精細(xì)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。 摘 要 隨著電子技術(shù)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)。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(yán)格的協(xié)調(diào)控制，對料位、流量及時準(zhǔn)確的進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)節(jié)。 PLC 主要承擔(dān)對輸送設(shè)備進(jìn)行實時控制，并完成對系統(tǒng)故障檢測、顯示及報警。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。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(yùn)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(yùn)行，取得最佳效益。 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(chǔ)。 第一階段，飼料加工機(jī)械比較簡單，各機(jī)械之間基本上沒有邏輯聯(lián)系，現(xiàn)場操作人員一般只負(fù)責(zé)一到兩個設(shè)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。 第四階段，隨著計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，基于工控機(jī)的飼料廠自控系統(tǒng)也開始出現(xiàn)。飼料廠的管理和控制全部通過計算機(jī)進(jìn)行操作，管控系統(tǒng)采用先進(jìn)的模塊化結(jié)構(gòu)，可根據(jù)各部門的職能選擇不同的系統(tǒng)模塊。 課題研究內(nèi)容 論文內(nèi)容主要包括計算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件選型和電氣設(shè)計及 PLC 軟件設(shè)計： 1) 飼料加工自動控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計； 2) 飼料加工自動控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計； 3) 粉碎機(jī)自動喂料系統(tǒng)設(shè)計 ； 4) 模塊式程序設(shè)計的應(yīng)用； 論文 的結(jié)構(gòu)安排 論文在結(jié)構(gòu)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。 第 3章：本章主要進(jìn)行了飼料 生產(chǎn)自動化控制配料系統(tǒng)的硬件設(shè)計部分，包括稱重方式選擇、給料方式選擇、生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)方式選擇、配料控制系統(tǒng)設(shè)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(shè)計，具體內(nèi)容由變頻器、感應(yīng)器、電動機(jī)、 PLC 的選型及設(shè)計過程。 第 2 章 控制系統(tǒng)總體方案設(shè)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(jìn)行稱重并按所選配的方式進(jìn)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。 稱量部分：在進(jìn)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(jié)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(dá)到提前量。 給料方式選擇 目前，在飼料生產(chǎn)及加工領(lǐng)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。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?yán)щy，調(diào)整不當(dāng)會產(chǎn)生噪聲且運(yùn)行不好。對于液體物料，一般采用閥門控制給料量。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。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(shè)定值，快速放料，當(dāng)放料量接近設(shè)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。 飼料生產(chǎn)線結(jié)構(gòu) 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(jié)構(gòu) :該稱量結(jié)構(gòu)類似固定式料斗秤結(jié)構(gòu)， 不過該結(jié)構(gòu)為了節(jié)省電子稱量裝置，采用固定幾個料倉對應(yīng) 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(jìn)入攪拌倉進(jìn)行后續(xù)工序，該結(jié)構(gòu)有利于實現(xiàn)多種配料的精確控制。 本文設(shè)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(jìn)料式零位法，通過電子皮帶秤對圓盤給料機(jī)輸送的物料進(jìn)行計量，并且采用固定式多組份料斗秤的結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)首先根據(jù)設(shè)定好的序號控制原料倉全速下料，假如電子秤門己關(guān)閉，通過 PLC 的 A/D轉(zhuǎn)換采集電子秤的重量，并判斷是否到達(dá)提 前量，如果沒到達(dá)提前量，繼續(xù)全速下料。在進(jìn)行生產(chǎn)的同時，系統(tǒng)會判斷所有的原料是否下料結(jié)束，如果所有原料下料沒有結(jié)束，控制原料倉繼續(xù)下料。采用可以編程的存儲器，用于它內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行順序控制、邏輯運(yùn)算、計數(shù)、定時與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。由于近來數(shù)據(jù)通訊技術(shù)發(fā)展比較快，用戶對開放性要求非常強(qiáng)烈，現(xiàn)場的總線技術(shù)及以太網(wǎng)技術(shù)也同步發(fā)展。例如，在硬件方面 :PLC 的輸入輸出電路和內(nèi)部的 CPU 都是電隔離，而且 CPU 板還有抗電磁干擾的屏蔽措施，所以可確保 PLC 程序的運(yùn)行不受外界的電與磁干擾，這可使系統(tǒng)出故 障的機(jī)率幾乎為零，做到萬無一失。這也使得 PLC 控制器系統(tǒng)在許多對程序設(shè)置靈活性要求較高的小產(chǎn)品生產(chǎn)系統(tǒng)中得到更為廣泛的應(yīng)用。三是工作可靠，如停工損失也少 。步驟如下 :按照用戶控制要求編制好程序，并存于存儲器中，當(dāng) PLC 運(yùn)行時， CPU 執(zhí)行命令，按指令序號 (或地址號 )順序地作周期性循環(huán)掃描工作。 圖 2— 3 PLC 周期執(zhí)行程序流程圖 PLC 的掃描工作過程如圖 23所示，主要可分為 :采集輸入信號、程序執(zhí)行和輸出刷新三階段，并進(jìn)行周期性的循環(huán)工作。所有程序執(zhí)行完畢后， PLC 會將輸出映象寄存器中與輸出有關(guān)的狀態(tài)(輸出繼電器狀態(tài) )轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，然后通過一定方式輸出，并驅(qū)動外部負(fù)載。也有的系統(tǒng)采用中斷輸入 /輸出或者基于智能工 I/O 接口等方式。下位機(jī)以小型 PLC 為核心，通過現(xiàn)場總線連接現(xiàn)場儀器儀表、控制計算機(jī)、變頻器等智能程度較高、處理速度快的設(shè)備對被控對象進(jìn)行監(jiān)測和控制，利用 PLC 輸出的電流信號大小控制變頻器輸出的頻率的大小，從而改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，起到控制電動給料裝置給料速度的目的，并完成對系統(tǒng)故障檢測、顯示及報警等輔助功能。 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 在飼料生產(chǎn)工業(yè)中，由于飼料配料以及過程控制的復(fù)雜性、現(xiàn)場多種設(shè)備相互之間存在干擾以及系統(tǒng)可靠性要求高等特點，所以在實際應(yīng)用中常采用高可靠性的中央控制器如 PLC 和現(xiàn)場總線技術(shù)如 PROFIBUS。遠(yuǎn)程控制計算機(jī)用來控制工業(yè)現(xiàn)場的生產(chǎn)監(jiān)控以及管理，為車間級管理及公司級管理層提供接口，包括對各種原料、配方、生產(chǎn)時間等進(jìn)行預(yù)置和設(shè)定，同時能夠?qū)︼暳仙a(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理及存儲。本章主要闡述系統(tǒng)功能模塊硬件部分的設(shè)計內(nèi)容 。另一類是以電動機(jī)、電磁閥等為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制生產(chǎn)設(shè)備機(jī)械運(yùn)動的系統(tǒng)，屬于電氣傳動自動化的范疇。控制算法設(shè)計的關(guān)鍵是要求飼料生產(chǎn)過程中必須精確掌握配料進(jìn)給量與傳輸皮帶驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速之間的線性關(guān)系。 圖 32 電子稱工作示意圖 電子秤的主要組成組件 :重量傳感器、放大器電路、濾波器電路、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、中央處理器、電源供應(yīng)電路、按鍵、外殼、機(jī)構(gòu)、秤盤。電子秤能檢測兩個加載點，達(dá)到十個加載點補(bǔ)償?shù)男Ч?，全自動解方程計算曲線參數(shù)，輕輕松松達(dá)到高精度線性補(bǔ)償?shù)哪康?。電子秤重力傳感器輸出信號穩(wěn)定性取決于電子秤自身質(zhì)量以及外部供電電源以及安裝位置。假設(shè)電子秤秤斗凈重為 100kg，料斗給料凈重 25kg，則電子秤負(fù)載配料實際重量則為 125kg，在傳感器安裝誤差為。此外，在進(jìn)行電子秤內(nèi)部 橋路時，需要保證傳感器輸出靈敏度相同，并且調(diào)節(jié)其工作電流使其工作在接近零溫度系數(shù) (2ppm/}C)下。它的輸出信號驅(qū)動其微型輸出繼電器，以開關(guān)量形式將信號送入 PLC，它有調(diào)零、去皮重、加皮重和撥碼盤設(shè)定稱量值等功能。其中 PLC 現(xiàn)場控制子系統(tǒng)的硬件設(shè)計及安裝是本系統(tǒng)的主要硬件設(shè)備，主要包括供電系統(tǒng)、 PLC、總線通信與觸摸屏等。 2） MCC 柜即電動機(jī)控制中心，安裝控制回路中的交流接觸器、自動空氣開關(guān)、熱繼電器、中間繼電器、電流互感器等電器元器件，對被控設(shè)備實行驅(qū)動控制 以及短路、過載保護(hù)等功能。采用這種方式模擬現(xiàn)場顯示生產(chǎn)過程，直觀、一目了然，但反映的信息單調(diào)，電氣接線較多，一旦制造 成功，工藝上有任何改動，在模擬屏上 不能更改。 :以一個直接啟動的電機(jī)控制回路，說明強(qiáng)電控制系統(tǒng)與 PLC 之間的關(guān)系。 但 SB 置于自動位置時，由 PLC 根據(jù)程序命令發(fā)出輸出信號，使 KM 線圈得電，電動機(jī)運(yùn)行，同時 PLC 根據(jù)程序命令監(jiān)測輸入信號的狀態(tài)， KM常開觸點閉合，對應(yīng)的輸入點狀態(tài)為 “ 1” ， 則電機(jī) M正常運(yùn)行 。 PLC 的型號不同 ,對應(yīng)著其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價格等均各不相同 ,適用的場合也各有側(cè)重。選擇時應(yīng)主要考慮到合理的結(jié)構(gòu)型 式 ,安裝方式的選擇 ,相應(yīng)的功能要求 ,響應(yīng)速度要求 ,系統(tǒng)可靠性的要求 ,機(jī)型 盡量統(tǒng)一等因素。但是還有更多特點： SIMATIC S7200 Micro PLC具有統(tǒng)一的模塊化設(shè)計－目前不是很大，但是未來不可限量的定制解決方案。 SIMATIC S7200 可提供 4種不同的基本單元和 6種型號的擴(kuò)展單元 。 S7200系列 PLC 可采用多種編程器，一般可分為簡易型和智能型。程序存儲卡 EEPROM 有 6ES 72918GC000XA0 和 6ES 72918GD000XA0 兩種，程序容量分別為 8K 和 16K 程序步 。過程參數(shù)可在顯示器上顯示，并可以隨時修改。小型 PLC 中，整體式的體積小而且價格比模塊式的便宜，但在設(shè)計中，經(jīng)常碰到一些沒估計的指標(biāo)，所以在設(shè)計中需要進(jìn)行局部調(diào)整，另外模塊式PLC 排除故障所需時間短，估算輸入輸出接口比較多，考慮到成本我們采用離線編程的方式，以降低軟硬件的開銷。例如 PLC 供電電源適用的電源范圍較寬，常為AC85240V，因而可通過安裝 1:1 隔離變壓器、電源濾波器等裝置解決輸入端干擾禍合問題，同時將導(dǎo)線盡量遠(yuǎn)離強(qiáng)電設(shè)備以及動力網(wǎng)，將變壓器的次級線圈屏蔽層接 PLC 輸入電路、信號線避免與動力線平行敷設(shè)來減小高低頻脈沖干擾。如果 PLC 輸出帶電磁線圈等感性負(fù)載的，負(fù)載斷電時會對 PLC的輸出造成強(qiáng)烈的電流沖擊，所以直流感性負(fù)載一般和二極管相連，對交流感性負(fù)載應(yīng)接入吸收電路，這樣 PLC 就可以得到有效的保護(hù)。影響 PLC 飼料生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的干擾源大都產(chǎn)生在電流或電壓劇烈變化的部位，因而在實際設(shè)計中需要針對不同的干擾源進(jìn)行分類，如根據(jù)噪聲產(chǎn)生的原因可分為放電噪聲、浪涌噪聲、高頻振蕩噪聲等 。在實際的布線過程中，將強(qiáng)電和弱電分開走線并保持足夠的間距，模擬信號傳輸線采用雙絞線屏蔽電纜 。 1） 直流輸入模塊。 圖 3— 6 直流輸入模塊圖 直流輸入模塊的內(nèi)部電路與外部電路接線如圖 3— 7 所示