【正文】 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(yùn)動(dòng)，這種給料方式因?yàn)椴恍枰D(zhuǎn)動(dòng)部件，同時(shí)對(duì)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(diǎn)。但螺旋給料機(jī)上安裝有電動(dòng)機(jī)和減速器，重量大，效率較低。其中進(jìn)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?？紤]到落差余量對(duì)最終配料成份的影響，在實(shí)際配料稱量計(jì)算時(shí)其給料設(shè)定值應(yīng)為要配制的物料標(biāo)準(zhǔn)重量減去落差值。同理，為了實(shí)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(dá)到給定 值的 90%左右開始變?yōu)槁傩读稀Ｄ壳皣鴥?nèi)大部分飼料生產(chǎn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)構(gòu)造及過程如圖 21 所示 在實(shí)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(chǔ)在相應(yīng)的倉位中，其存儲(chǔ)倉一般有單倉、雙倉或三倉等配置形式，另外再配一個(gè)廢料倉。 在進(jìn)行給料量計(jì)算時(shí)，按照如下算法過程進(jìn)行。如果到達(dá)設(shè)定的誤差量，系統(tǒng)就會(huì)換倉。具體的說，它是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)， 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 2— 2所示， 主要為工業(yè)環(huán)境所應(yīng)用?？刂葡到y(tǒng)的復(fù)雜化和高難度化，使得 PLC朝著集成化的方向發(fā)展，現(xiàn)在主要是 PLC和 PC 集成、 PLC和 DCS集成、 PLC和 PID集成等等，這些都強(qiáng)化了網(wǎng)絡(luò)化與通訊能力。 PLC具有如下幾個(gè)典型特點(diǎn) (1)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 不論是硬件還是軟件， PLC 都采取了很多措施，所以 PLC 控制系統(tǒng)非?？煽俊?duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)來說，采用基于梯形圖的設(shè)計(jì)方法減少了繼電器系統(tǒng)電路圖的設(shè)計(jì)時(shí)間，其中繼電器控制系統(tǒng)中采用的接線邏輯被 PLC存儲(chǔ)邏輯代替，較少了工程師進(jìn)行外部控制設(shè)備的接線工作，也使得后期的設(shè)備維護(hù)更為簡(jiǎn)單，減少了系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間。二是使用時(shí)省電，運(yùn)行費(fèi)用也少 。 PLC 工作原理 PLC采用“順序掃描、不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作。在每一次的掃描過程中，還要完成對(duì)輸入信號(hào)的采集和對(duì)輸出狀態(tài)的刷新等工作，周而復(fù)始地進(jìn)行下去。如果程序用梯形圖來表示的話，那么總是從上到下，從左到右順序執(zhí)行。對(duì)于一些工 I/O點(diǎn)數(shù)較多，控制系統(tǒng)功能程序及過程比較復(fù)雜的系統(tǒng)，則一般采用定期采集、定期輸出的方式，能夠滿足較好的實(shí)時(shí)性控制要求。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，參數(shù)的修改，報(bào)表與圖表的輸出，數(shù)據(jù)庫的更新與維護(hù)等。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。在本系統(tǒng)中就是采用 西門子 S7200可編程序控制器控 制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，并通過 PROFIBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線由PC機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。 整個(gè)飼料生產(chǎn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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)的設(shè)計(jì)等。例如在配料混合生產(chǎn)環(huán)節(jié)，通過配料秤智能控制儀，按照預(yù)定的配方要求，控制物料的加料過程及配比，用壓制機(jī)智控制儀，控制和監(jiān)測(cè)壓制過程中的溫度、壓力、流量等。 圖 3— 1 皮帶秤結(jié)構(gòu)工作示意圖 其中飼料生產(chǎn)所需要的各種配料按照給定配方通過給料設(shè)備送至配料點(diǎn)的子皮帶秤進(jìn)行過磅，電子秤相當(dāng)于重力及速度檢測(cè)傳感器，能夠?qū)⑴淞戏Q重以及皮帶傳速進(jìn)行數(shù)字顯示，同時(shí)利用數(shù)模轉(zhuǎn)換將配料進(jìn)給的瞬時(shí)流量、累計(jì)量等數(shù)據(jù)以 4~20mA模擬電流形式送往 PID調(diào)節(jié)器，整個(gè)系統(tǒng)按照閉環(huán)方式進(jìn)行控制， 調(diào)節(jié)器根據(jù)測(cè)量值與設(shè)定值的偏差進(jìn)行負(fù)反饋控制，輸出控制結(jié)果給變頻器去驅(qū)動(dòng)電機(jī)來控制傳送皮帶給料的速度，確保飼料進(jìn)料量按照預(yù)定要求進(jìn)行配置。本文考慮到飼料生產(chǎn)系統(tǒng)的工作過程，選用電子秤，其工作原理如圖 32所示 。電子秤能夠?qū)崿F(xiàn) CPU單總線雙向數(shù)據(jù)通訊 。 攪拌倉所需飼料配料經(jīng)電子秤中的 重量傳感器將配料重量轉(zhuǎn)換成電壓或電流的模擬訊號(hào)，經(jīng)過內(nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn)換后以數(shù)字方式顯示。角的情況下則需要計(jì)算稱重誤差，計(jì)算公式為△W=W (1cosa)。因而，電子秤中重力傳感器的安裝位置對(duì)稱重精度具有一定的影響，需要確保三只重力傳感器均能垂直受力。同時(shí)具有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊功能，可以設(shè)定預(yù)置功能及落差補(bǔ)償功能，可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、高速動(dòng)態(tài)采樣。 圖 33 單回路前饋一反饋復(fù)合控制系統(tǒng)較為實(shí)用可行的電原理圖 PLC子系統(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 CPU中，能夠?qū)︼暳仙a(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各區(qū)域設(shè)置的傳感器以及生產(chǎn)過程、設(shè)備工作狀態(tài)等監(jiān)控參數(shù)通過總線進(jìn)行傳輸并由 PLC控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并通過串口總線傳輸給現(xiàn)場(chǎng)控制 PC機(jī)，能夠及時(shí)將過程控制的結(jié)果以及各項(xiàng)參數(shù)傳輸給現(xiàn)場(chǎng)控制計(jì)算機(jī)，根據(jù)部署在現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)上的生產(chǎn)控制命令進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)，控制各生產(chǎn)車間設(shè)備 (給料機(jī)、攪拌倉、成品打包等 )按照生產(chǎn)程序正常工作。 圖 34 飼料廠生產(chǎn)過程 PLC控制系統(tǒng)框圖 飼料廠生產(chǎn)過程 PLC 控制系統(tǒng)框圖各部分功能如圖 34所示 : 1） PLC作為控制主機(jī)安裝在 PLC柜內(nèi)，通過其 I/O模塊，接收來自 MCC柜內(nèi)的交流接觸器、保護(hù)元器件 (自動(dòng)空氣開關(guān)、繼電器、現(xiàn)場(chǎng)傳感器 )等動(dòng)作輸入信號(hào)以及操作臺(tái)上控制按鈕主令信號(hào)，根據(jù)程序運(yùn)行的結(jié)果發(fā)出輸出信號(hào)，控制 MCC 柜內(nèi)的交流接觸器動(dòng)作，從而達(dá)到控制監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的目的。燈亮表示該設(shè)備在運(yùn)行，燈熄滅表示該設(shè)備停車等。如一次回路的合閘分閘按鈕、各樓層信號(hào)聯(lián)絡(luò)按鈕、指示燈、各工段的主令啟動(dòng)、停車按鈕等。當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān) SB置于中間位置， KM線圈失電，其主觸點(diǎn)及常開觸點(diǎn)斷開，電動(dòng)機(jī)電源切斷停止運(yùn)轉(zhuǎn)。 PLC 選型 PLC 產(chǎn)品的種類繁多。 PLC機(jī)型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下 ,力爭(zhēng)最佳的性能價(jià)格比。 SIMATIC S7200 Micro 自成一體：特別緊湊但是具有驚人的能力－特別是有關(guān)它的實(shí)時(shí)性能－它速度快， 功能強(qiáng)大的通訊方案，并且具有操作簡(jiǎn)便的硬件和軟件。 S7200也越來越多地提供了對(duì)以前曾由于經(jīng)濟(jì)原因而開發(fā)的特殊電子設(shè)備的地區(qū)的進(jìn)入。編程器主要用來進(jìn)行用戶程序的編制、存儲(chǔ)和管理等，并將用戶程序送入 PLC中，在調(diào)試過程中，進(jìn)行監(jiān)控和故障檢測(cè)。 4) 程序存儲(chǔ)卡 為了保證程序及重要參數(shù)的安全，一般小型 PLC設(shè)有外接 EEPROM卡盒接口，通過該接口可以將卡盒的內(nèi)容寫入 PLC，也可將 PLC內(nèi)的程序及重要參數(shù)傳到外接EEPROM卡盒內(nèi)作為備份。文本信息的顯示用選擇 /確認(rèn) 的方法，最多可顯示 80條信息，每條信息最多 4個(gè)變量的狀態(tài)。 PLC要實(shí)現(xiàn)的功能主要有各物料下料量的采集、各喂料裝置的啟停、各物料下料量的控制、各物料下料量的累計(jì)。 表 31生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng) I/O點(diǎn)數(shù)量和類型表 I/O類型 數(shù)字量輸入 開關(guān)量輸出 開關(guān)量輸入 信號(hào)類型 流量信號(hào) 4 按鈕 4 電磁閥 4 速度信號(hào) 4 料位傳感器 8 指示燈 8 變頻器 故障 4 接觸器 9 變頻器 啟動(dòng) 4 調(diào)速信 號(hào) 3 自動(dòng)手動(dòng)切換開關(guān) 2 報(bào)警電 鈴 2 跑偏檢測(cè)電位器 4 PLC 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)要點(diǎn) 飼料生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng) PLC控制子系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)關(guān)系著本飼料生產(chǎn)線自動(dòng)化控制系統(tǒng)整個(gè)運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性、安全性，加之系統(tǒng)包括飼料配比、攪拌加工、成品傳輸、打包分裝，現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表包括電子秤、壓力、溫度、風(fēng)量、物料位等多個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，需要能對(duì)重要參數(shù)區(qū)域進(jìn)行計(jì)數(shù)分析，保證生產(chǎn)過程工藝參數(shù)的最佳范圍和各參數(shù)間的最佳組合，就不得不提高 PLC控制子系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)抗干擾性，本文主要從系統(tǒng)輸入、輸出電路設(shè)計(jì)以及抗干擾設(shè)計(jì)幾點(diǎn)進(jìn)行闡述 [[3435] 1) PLC控制系統(tǒng)的輸入電路設(shè)計(jì) :在信號(hào)源與儀表之間的連接導(dǎo)線、儀表內(nèi)部的配線就很容易 通過磁禍合在電路中形成干擾。首選繼電器輸出的條件是 PLC控制 系統(tǒng)輸出頻率應(yīng)在 6次 /min以下，采用這種方法，特點(diǎn)是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，抗干擾和帶負(fù)載能力較強(qiáng)。 3) PLC控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)。在本系統(tǒng)中，可通過將 PLC 系統(tǒng)裝置在金屬柜之內(nèi)，同時(shí)將外殼接地來進(jìn)行磁場(chǎng)屏蔽來防止空間輻射干擾 。數(shù)字量輸入的編程元件為“ I”。 直流輸入模塊圖如下圖 3— 6所示。光耦合器 T隔離了外部輸入電路與 PLC內(nèi)部電路的電氣連接，并把外部信號(hào)整流成內(nèi)部電路接收的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。 S7200PLC交流輸入模塊如 EM221 8 點(diǎn) 220VAC，有 8個(gè)分隔式數(shù)字量 輸入端，供電電源為 220VAC,如圖 3— 8交流輸入模塊的內(nèi)部電路與外部電路接線如圖 39所示。在使用 S7200系列模擬量時(shí)，需要注意信號(hào)量程范圍、撥碼開關(guān)設(shè)置、模塊規(guī)范接線、指示燈狀態(tài)信息等。注意規(guī)范接線，盡量按照模塊上的通道順序使用，且未接信號(hào)的通道應(yīng)短接。 3) AI/O 模擬量輸入輸送模塊 A. CPU本體集成的 2路 AI、 1 路 AO 本體集成的 2路 AI 電壓是 177。支持自由通信協(xié)議及 PPI（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)主站模式）通信協(xié)議 。 2) 當(dāng)有擴(kuò)展模塊鏈接時(shí) CPU模塊也為提供 5V 電源 。本章主要闡述 PLC現(xiàn)場(chǎng)部分的軟件設(shè)計(jì)以及數(shù)字 PID控制算法 。 對(duì)于飼料生產(chǎn)過程的控制 ，采用循環(huán)控制結(jié)構(gòu)及編程方法，就完全可以達(dá)到控制功能的要求，一般包括以下幾個(gè)程序塊： a)系統(tǒng)工作狀態(tài)識(shí)別及初始化程序塊； b)設(shè)備非聯(lián)鎖集中控制操作程序庫； c)流程聯(lián)鎖控制主令啟停操作程序塊； d)設(shè)備輸入狀態(tài)檢測(cè)程序塊； e)風(fēng)網(wǎng)設(shè)備控制程序塊； f)主流程設(shè)備控制程序塊； g)設(shè)備故障報(bào)警程序及顯示程序塊； h)與上位機(jī)通訊數(shù)據(jù)的采集與匯總程序塊。按照飼料配料設(shè)定成分比例，將檢測(cè)獲取的實(shí)際給料流量和設(shè)定流量進(jìn)行比較，比較結(jié)果作為系統(tǒng)偏差控制的輸入，由調(diào)節(jié)器按照系統(tǒng)控制要求按工業(yè)控制中應(yīng)用較廣的 PID 控制策略進(jìn)行調(diào)節(jié)，具體的調(diào)節(jié)過程以及參數(shù)設(shè)計(jì)將在本章數(shù)字濾波器及 PID控制小節(jié)中進(jìn)行闡述。 圖 42 粉碎工段控制流程框圖 典型回路軟件設(shè)計(jì) 設(shè)備輸入狀態(tài)檢測(cè)程序塊 中間繼電器 MOM4構(gòu)成一個(gè)故障檢 測(cè) 記憶回路，當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān) SB置于手動(dòng)位置， ,輸入信號(hào)“ 1”或 自動(dòng)空氣開關(guān)斷開，輸入信號(hào)為 “ 0”， 其對(duì)應(yīng)的常閉接點(diǎn)狀態(tài)不變。一旦由于某種原因是 KM輸入信號(hào)為“ 0，其對(duì)應(yīng)的接點(diǎn) M500恢復(fù)為常閉狀態(tài)，在 TO接點(diǎn)仍閉合的情況下，電流便會(huì)從 M500 和 TO使 MO線圈得電并自保。其梯形程序控制圖如圖 44所示。 圖 44 流程設(shè)備控制程序塊 停車時(shí)， M10 常閉接點(diǎn)斷開，首先切斷 Y4 停 M5，并通過 Y Y M10 回路使 T14 得電，記過延時(shí)其常閉接點(diǎn)斷開，切斷 Y停 M4。 數(shù)字濾波與 PID控制設(shè)計(jì) 數(shù)字濾波器 數(shù)字濾波器是一個(gè)離散時(shí)間系統(tǒng)，主要由數(shù)字乘法器、加法器和延時(shí)單元組成的一種算法或裝置，能夠按預(yù)定的算法，將輸入離散時(shí)間信號(hào)轉(zhuǎn)換為所要求的輸出離散時(shí)間信號(hào)，其核心是數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。首先按照一定的規(guī)則將數(shù) 字濾波器指令轉(zhuǎn)換為模擬低通濾波器的技術(shù)指標(biāo)，然后通過濾波器變換而得到數(shù)字域的低通濾波器，最后通過頻帶變換而成為其他選頻濾波器。巴特沃思濾波器的特點(diǎn)是同頻帶內(nèi)的頻率響應(yīng)曲線最為平坦。但由于雙線性變換法具有頻率壓縮作用，數(shù)字濾波器的頻率響應(yīng)限制在 0 到 л 之間，不存在混疊作用。在實(shí)際的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)中，數(shù)字頻率采用標(biāo)準(zhǔn)化頻率，標(biāo)準(zhǔn)化頻率 1對(duì)應(yīng)的數(shù)字頻率為 л 。影響動(dòng)態(tài)稱重精度的主要因素較多，除了電子皮帶秤自身質(zhì)量及安裝位置外，也取決于飼料生產(chǎn)的內(nèi)外環(huán)境，如不同飼料配料成份比重、電機(jī)開倉位置導(dǎo)致的落差以及流量速度。當(dāng) PVPH(上限值 )時(shí)，則上限報(bào)警狀態(tài)(PHA)為“ 1” 。輸入補(bǔ)償一一根據(jù)輸入補(bǔ)償方式 ICM的四種狀態(tài)，決定偏差輸出 CDV。數(shù)據(jù)采集模塊示意圖如圖 410 所示。傳送命令為： （ 1）讀內(nèi)存字： 00RD+內(nèi)存地址（如 0800） +需要讀取的字?jǐn)?shù) +?+FCS+’*’+ 回車（ 13H）。 PLC工作狀態(tài)有以下幾種， PLC 數(shù)據(jù)采集定時(shí)器流程圖如圖 411所示。 本文 就實(shí)現(xiàn)飼料加工自控系統(tǒng)的自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入的分析研究。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。 (2)在傳統(tǒng)飼料生產(chǎn)中，生產(chǎn)員工 憑著歷史經(jīng)驗(yàn)和個(gè)人主觀認(rèn)識(shí)，來進(jìn)行粉碎、制粒的調(diào)速和調(diào)質(zhì)，深知這種調(diào)速和調(diào)質(zhì)精度不穩(wěn)定，所受限制因素很多。在大學(xué)階段，我在學(xué)習(xí)上和思想上都受益非淺，這除了自身的努力外，與各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心、支持和鼓勵(lì)是分不開的 。 特別要感謝李帥、華帥、韓中華等同學(xué)， 因?yàn)?你們的支持使我在最短的時(shí)間完成這篇論文。時(shí)間的倉促及自身專業(yè)水平的不足，整篇論文肯定存在尚未發(fā)現(xiàn)的缺點(diǎn)和錯(cuò)誤。80s. We sat on the back of pickup trucks for hours. The sky was blue, and we couldn