【文章內(nèi)容簡介】 工投餌方式來養(yǎng)殖了，而是在各種大型養(yǎng)殖場中大量地使用了自動投餌設(shè)備，可以精確地控制養(yǎng)殖場中飼料的輸送和投喂過程。國外深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖方式一般是在海上工作平臺上安裝自動投喂系統(tǒng)，然后由海上工作平臺布置不同的輸料管道到各網(wǎng)箱實現(xiàn)智能投餌作業(yè)。只要在投餌機的PLC控制系統(tǒng)或連接PLC控制系統(tǒng)的計算機上設(shè)置好相關(guān)的投喂參數(shù)就可自動又精確地工作,在整個操作過程中實現(xiàn)了投喂自動化。目前,國內(nèi)深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖的自動化程度不高，普遍靠人力來搬運和投喂飼料，經(jīng)濟效益和環(huán)境保護較低。雖然國內(nèi)一些小型養(yǎng)殖場已經(jīng)使用了小型初始的自動投餌機，但是這種自動投餌機的性能不適合大型標準化池塘或深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖中的大容量、高強度、高密度養(yǎng)殖等特殊養(yǎng)殖要求。1990年代初大連水產(chǎn)學(xué)院曾研制成功出一種養(yǎng)蝦的機械式投餌裝置。該裝置是由柴油動力機驅(qū)動水泵,從水泵產(chǎn)生的高壓水將飼料從儲料倉中沖入輸料管道再從噴嘴直接噴于養(yǎng)殖池中,達到對養(yǎng)蝦池進行機械投喂作業(yè)的目的。但該裝置機械構(gòu)造簡單,投喂能力不高,無自動控制系統(tǒng)，所以無法自動投餌。虞宗敢初步設(shè)計出了自動投餌機中氣力輸送系統(tǒng)部位的組成和布局，通過應(yīng)用已經(jīng)成熟的氣力輸送工藝技術(shù)輸送餌料來取代人工投喂飼料。該氣力輸送投喂系統(tǒng)輸送和投喂飼料的最遠距離為60m,投喂飼料的效率為600kg/h。該系統(tǒng)由中央控制系統(tǒng)、供料儲料設(shè)備和輸送飼料設(shè)備構(gòu)成,實現(xiàn)了機械投喂飼料的自動化[10]。宋協(xié)法和路士森經(jīng)過多年的努力終于研發(fā)出了一款適用于深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖等其它大容量、高強度、高密度養(yǎng)殖特殊要求類型養(yǎng)殖場的自動投喂系統(tǒng)[11]。該自動投餌機的驅(qū)動力由汽油機和水泵提供,通過汽油機帶動水泵產(chǎn)生高壓水流，高壓水流混合投喂飼料后經(jīng)過輸料管道到達深水網(wǎng)箱的中心，高壓混合水流就會在網(wǎng)箱上空進行拋灑從而完成投喂飼料的任務(wù)。該汽油機的額定功率可達5kW,拋灑投喂餌料的最高速度可達到300kg/h。隨著國內(nèi)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的飛速發(fā)展,“十一五”規(guī)劃中已經(jīng)顯著地加強了對于水產(chǎn)自動投喂系統(tǒng)的研究和投資力度,目前已經(jīng)有多家大學(xué)或科技研發(fā)部門和水產(chǎn)養(yǎng)殖企業(yè)進行合作，共同研發(fā)出一款適用于大型標準化池塘或深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖場的水產(chǎn)自動投喂系統(tǒng)和相關(guān)配套設(shè)備,相信國內(nèi)水產(chǎn)自動投喂系統(tǒng)在不久的將來會有很大的突破。 本文的主要研究內(nèi)容本文主要是研究和設(shè)計出一套以PLC為中央控制系統(tǒng)，通過編寫程序接受傳感器信號和控制繼電器從而實現(xiàn)機械設(shè)備自動化的水產(chǎn)自動投喂系統(tǒng)。文中會詳細介紹該系統(tǒng)的總體機械和電氣結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)的工作原理、PLC控制系統(tǒng)中的所選的硬件類型及編寫程序的方式。在系統(tǒng)研發(fā)中應(yīng)用梯形圖編程語言系統(tǒng)監(jiān)控、檢測和運行軟硬件，從而實現(xiàn)投喂飼料過程中的無人自動調(diào)控、精確計量和人性化遠程操作。在確保自動化投喂程序更加合理、精準與可靠的前提下，應(yīng)用PLC等新技術(shù)研發(fā)一種適合現(xiàn)代大型標準化漁業(yè)生產(chǎn)的新產(chǎn)品，解決自動投喂系統(tǒng)在市場推廣和用戶應(yīng)用中所面臨的核心技術(shù)問題。該投餌機能根據(jù)養(yǎng)殖場的投喂面積、養(yǎng)殖的魚種以及魚類在不同生長期對飼料的需求量，精確地定時、定點、定量投餌，實現(xiàn)科學(xué)智能化喂魚。此外該投餌劑能提高飼料利用率、增加魚的單位面積產(chǎn)量、減少因飼料溶解和沉積腐化對養(yǎng)殖水域環(huán)境的污染，從而提高養(yǎng)殖場的經(jīng)濟效益并實現(xiàn)環(huán)境友好型發(fā)展。第二章 自動投喂系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及工作原理 自動投喂系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)該自動投喂系統(tǒng)總體是由控制、供料、供氣、輸送等4套子系統(tǒng)組成（）。其供氣系統(tǒng)由羅茨風(fēng)機、加速室和電動閥門構(gòu)成。羅茨風(fēng)機產(chǎn)生低壓空氣流，在電動閥開通后經(jīng)加速室作用，形成低壓高速空氣流。供料系統(tǒng)主要由提升機、氣動三通、儲料倉、料位儀和氣動閥門構(gòu)成。提升機傳送飼料到儲料倉，通過氣動閥門的開啟來施放飼料。輸料系統(tǒng)主要由螺旋輸送機、分配器（）、出料分和輸送管道構(gòu)成。螺旋輸送機將飼料集中在一起，而分配器是將飼料分開配送到不同的出料口管道?？刂葡到y(tǒng)由控制柜構(gòu)成。控制柜中就安裝有以PLC為控制核心的系統(tǒng)控制設(shè)備，并與計算機或觸摸屏進行連接實現(xiàn)遠程人性化調(diào)控。1. 提升機 8電動閥門 自動投餌系統(tǒng)總體機構(gòu)圖 分配器結(jié)構(gòu)圖 自動投喂系統(tǒng)工作原理水產(chǎn)自動投喂系統(tǒng)是一種與水產(chǎn)養(yǎng)殖場相配套的高效益技術(shù)。輸送方式采用羅茨風(fēng)機產(chǎn)生低壓高速空氣流氣力傳輸技術(shù)，將空氣流與飼料混合后一同輸送分配器中，在分配器中在切換到輸送各個養(yǎng)殖池的管道實現(xiàn)高精度和高效率的投餌，從而達到節(jié)約人力成本、增加飼料利用率、保護水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境提和高養(yǎng)殖生產(chǎn)效率的目的。此系統(tǒng)以PLC控制器為系統(tǒng)核心，并與遠程計算機聯(lián)網(wǎng)，使自動投餌系統(tǒng)可以以每日、每個時間點的不同投餌要求，實現(xiàn)遠程人性化操作和系統(tǒng)自動啟動，并對多個養(yǎng)殖池自動地進行定時、定量精確投喂飼料行為?？刂乒駜?nèi)安裝的PLC控制器是控制提升機、氣動閥門、螺旋輸送機、羅茨風(fēng)機、電動閥門和分配器運行的關(guān)鍵。系統(tǒng)中的PLC控制器主要使各個被控制的機械和電氣設(shè)備實現(xiàn)以下一些功能:氣動閥門的自動閉合。料位儀檢測飼料有無來控制投喂行為的停止和提升機的運行。羅茨風(fēng)機在電動閥門的調(diào)控下，可以在系統(tǒng)沒有載荷的情況下實現(xiàn)啟停，并且在系統(tǒng)所設(shè)定的時間點智能化地實現(xiàn)自動啟動和停止，從而確保輸料管道內(nèi)的空氣壓力不超出管道所能承受的安全壓力值。氣動閥門在各個規(guī)定的時間點啟動或停止，將儲料倉內(nèi)的飼料釋放螺旋輸送機管道內(nèi)。當料位儀檢測儲料倉內(nèi)飼料量是最低值時即無料狀態(tài)，提升機在PLC的控制下不斷地向儲料倉輸送飼料直到飼料量到達最大值，這樣就可以確保儲料倉內(nèi)的飼料量一直維持在合適的水平。在分配器中通過步進電機控制S型滑動管與不同出料口接頭，使得氣力輸送飼料過程能夠自動轉(zhuǎn)換到不同輸料管道，最終將餌料通輸送到需要投喂飼料的養(yǎng)殖池。 PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)該水產(chǎn)自動投喂系統(tǒng)的選擇將PLC控制器作為中央控制系統(tǒng)的核心，其控制任務(wù)如下: ①控制電機和閥門的啟閉。②控制整個投餌機的運作過程。③收集系統(tǒng)電源設(shè)備的狀態(tài)量和模擬量等信息。⑤計算系統(tǒng)中所要設(shè)定和顯示的各種參數(shù)。⑥與計算機或觸摸屏通信。為確保系統(tǒng)的可靠性，系統(tǒng)選用標準配置的工業(yè)控制計算機，該機內(nèi)部裝有光電隔離型8路輸入/輸出適配卡和D /A板卡。PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如（）所示，PLC通過接口與上位工控機、計算機和觸摸屏通信，不但可以采用計算機實現(xiàn)遠程調(diào)控PLC控制器，還可以通過觸摸屏進行更為人性化的操作。該產(chǎn)品可以使用戶通過計算機或觸摸屏的操作界面方便、快捷而又直觀地進行系統(tǒng)觀察和調(diào)控、重要參數(shù)的設(shè)置和相關(guān)數(shù)據(jù)信息的瀏覽[5]。操作器工控機顯示器觸摸屏打印機PLC風(fēng)機控制電路下料控制電路投餌控制電路排空閥料位儀 提升機羅茨風(fēng)機螺旋輸送機步進電機 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 PLC的類型和功能因為自動投喂系統(tǒng)的整個運行流程比較復(fù)雜，所需的基本功能也比較多， 與之相對應(yīng)的是PLC控制器中的I/O數(shù)量也要比較多，所以要滿足以上功能的要求，選用西門子S7226型PLC是最適合不過的。依據(jù)自動投喂系統(tǒng)的相關(guān)控制和運行要求來設(shè)計系統(tǒng)中以PLC為控制核心的電路原理()和PLC與各個繼電器相對應(yīng)的I/O（）。 該控制系統(tǒng)的硬件由西門子S7226型PLC結(jié)合CHINT CJX 19交流接觸器、OMRON MY4NJ和MK2PI中間繼電器以及標準型電感式接近開關(guān)等相關(guān)電器元件一一構(gòu)成。提升機、螺旋輸送機和分配器中的S型輸料管等機械裝備均由電動機提供動力。而控制對象中的電動機和閥門的啟動與停止是由交流接觸器和中間繼電器來完成的。 自動投喂系統(tǒng)PLC接口功能表輸入口工位名稱輸入輸出元件X0停止按鈕SB1X1自動運行模式按鈕SB2X2提升機啟動按鈕SB3X3螺旋輸送機正轉(zhuǎn)按鈕SB4X4螺旋輸送機反轉(zhuǎn)按鈕SB5X5羅茨風(fēng)機啟動按鈕SB6X6電動閥門按鈕SB7X7氣動閥門按鈕SB8X81位定位電感式接近開關(guān)SQ1X92位定位電感式接近開關(guān)SQ2X10分配器正轉(zhuǎn)按鈕SB9X11分配器反轉(zhuǎn)按鈕SB10X12加速室啟動按鈕SB11Y0警報模式指示紅色指示燈Y1自動運行模式指示綠色指示燈Y2氣動閥門開啟指示綠色指示燈Y3提升機啟動指示綠色指示燈Y4螺旋輸送機啟動指示綠色指示燈Y5羅茨風(fēng)機啟動指示綠色指示燈Y6電動閥門開啟指示綠色指示燈Y7加速室開啟指示綠色指示燈Y8分配器啟動指示綠色指示燈Y91位定位指示綠色指示燈Y102位定位指示綠色指示燈 PLC控制電路原理圖 PLC控制系統(tǒng)工作流程。在啟動基于PLC的控制系統(tǒng)后，首先檢測投餌機中儲料倉內(nèi)的飼料量是否充足。只有系統(tǒng)通過檢測后才可全面運行自動投餌系統(tǒng)。進入系統(tǒng)后，首先將同時進行2個運作:開啟羅茨風(fēng)機和提升機。當料位儀檢測到儲料倉內(nèi)飼料量為最小值時，料位控制儀產(chǎn)生信號給PLC控制器，PLC控制提升機將餌料運送至儲料倉內(nèi)，提升機傳送飼料為不斷式送料當儲料倉內(nèi)飼料量到達最大值時后則立即停止提升機供料。與此同時啟動羅茨風(fēng)機，達到清理輸料管道內(nèi)上次投喂時沒有排空所留下來的飼料，并穩(wěn)定輸料管道內(nèi)的空氣流的目的。運行分配器，選擇要進行投喂的養(yǎng)殖池或網(wǎng)箱，分配器的旋轉(zhuǎn)管會旋轉(zhuǎn)到指定投喂的養(yǎng)殖池或網(wǎng)箱的輸料管道。啟動氣動閥門后下料流程就開始了，PLC控制器可以通過變頻器來調(diào)節(jié)其下料速度。在螺旋輸送機的運行下飼料被集中傳送到相關(guān)供氣設(shè)備中，通過分配器切換后經(jīng)過輸料管道到達設(shè)定的養(yǎng)殖池進行投喂。當PLC控制氣動閥門下料流程運行了一定時間，就完成了一個設(shè)定的養(yǎng)殖池或網(wǎng)箱的投喂任務(wù)。繼續(xù)重復(fù)以上所設(shè)定的投喂流程，當完成所有目標養(yǎng)殖池或網(wǎng)箱的投喂任務(wù)完成后，控制羅茨風(fēng)機最后再工作一段時間，將輸料管道內(nèi)殘余的餌料清理排出后關(guān)閉自動投喂系統(tǒng)。系統(tǒng)停止料倉有料？氣動閥門開啟動螺旋輸送機管道清空分配器選擇池塘關(guān)閉羅茨風(fēng)機系統(tǒng)停止結(jié)束初始化開始電動閥門開開啟羅茨風(fēng)機定時時間到？繼續(xù)投餌？提升機供料否否是是是否 PLC控制系統(tǒng)工作流程圖在系統(tǒng)中總共有4臺電動機: 分配器中的步進電機、為提升機提供動力的電動機、螺旋輸送機和羅茨風(fēng)機。各自的作用也不相同，因此需要選擇合適的電機尤為重要。因為分配器的功能是切換各個輸料管道的接口，所以分配器中工作的電機必須有精確定位的特點。而步進驅(qū)動電機的工作特點是每次收到一個脈沖信號后，步進驅(qū)動電機就會按照系統(tǒng)已經(jīng)設(shè)置好的某個方向旋轉(zhuǎn)一個精確的角度，其旋轉(zhuǎn)動作是精確地以依次以一個步距角的距離一段一段地轉(zhuǎn)動。因此選用DCH30806型三相步進驅(qū)動電機非常符合本系統(tǒng)的要求。系統(tǒng)中提升機需要將飼料從地面輸送到儲料倉頂部，所以選擇的電動機要具有輸送量大，提升高度高，運行平穩(wěn)可靠，壽命長等顯著優(yōu)點。HNE30型提升機的提升量是32m3/h，物料最大效率為75%，符合快速供料的要求。螺旋輸送機的作用是將從儲料倉的兩個下料口下來的飼料其中輸送到供氣設(shè)備中。系統(tǒng)選用的LS100型螺旋輸送機，具有整機體積小、轉(zhuǎn)速高、密封性好、安裝維修方便、壽命長和確?？焖倬鶆蜉斔偷膬?yōu)點。大部分餌料是顆粒狀或粉狀的，用羅茨風(fēng)機將餌料遠距離吹入養(yǎng)殖池是可行的。min1，排出壓力為49KPa，噴投飼料的最遠距離能達25m。 自動投喂系統(tǒng)電路原理，系統(tǒng)電路主要由西門子S7226型PLC、接觸器、中間繼電器、熔斷器、變頻器和機械電氣開關(guān)等電氣元件構(gòu)成。PLC控制系統(tǒng)電路接入電路中的電壓源是380V的交流電流，通過內(nèi)部的變壓器設(shè)備進行降壓處理后，才能獲得系統(tǒng)中各個電氣設(shè)備正常工作時所要的接入電源。系統(tǒng)電路中通過的電流類型有交流電和直流電。使用交流電的主要羅茨風(fēng)機、螺旋輸送機、提升機和加速室等。而PLC控制器所需的接入電源是25V直流電流，其它步進電動機所需的接入電源是2565V直流電流。電動閥門中電動機的控制電機正反轉(zhuǎn)向的中間繼電器是由2組繼電器主觸點組成，羅茨風(fēng)機與熔斷器、繼電器和斷路器連接，氣動閥門與變頻器、螺旋輸送機、繼電器連接。提升機電動機和螺旋輸送機電動機是分別由中間接觸繼電器KM1和KM2這兩組不同的觸點來控制其接通與閉合的。分配器中步進電機M1的正反轉(zhuǎn)向是由中間交流接觸繼電器KM3和KM4這兩組不同的觸點來控制的。羅茨風(fēng)機的正反轉(zhuǎn)向是由中間接觸繼電器KM5和KM6這兩2組不同的觸點來控制的。在PLC控制系統(tǒng)中使用變頻器來控制螺旋輸送電動機工作時的的旋轉(zhuǎn)速度，從而控制投喂飼料的總流量。用戶使用變頻器一般都有10種不同的通用接線方法，例如：數(shù)字面板控制和電壓流域中的電流末端控制等其他方法。所以在設(shè)置變頻器的相關(guān)參數(shù)時，可以在變頻器初始化階段直接在變頻器設(shè)置菜單中進行選擇，變頻器就會自動設(shè)置完成相關(guān)的參數(shù)等信息。變頻器中內(nèi)置有精確度較高的模擬量I/O接口，用戶要選擇變頻器處于電壓模式或電流模式時只要調(diào)控控制開關(guān)就完成了。 在變頻器連接圖 （） 中LL L3三條電線就是380V交流電壓電源的接入端，而U、V、W三條電線就是三相交流電源的輸出端。 “非遠程控制”模式時，可以通過操控數(shù)字面板來控制電動機的啟動、停止、旋轉(zhuǎn)的方向以及旋轉(zhuǎn)速度。 當變頻器處于“遠程控制”模式時，可以由與變頻器中輸入端口DI1相連接的由PLC提供的信號來控制螺旋輸送電動機的啟動和停止，還可以通過與變頻器中輸入端口DI2及DI3相連接的由PLC提供的信號來控制螺旋輸送機旋轉(zhuǎn)速度的升和降。 自動投喂系統(tǒng)電路圖第三章程序設(shè)計 程序設(shè)計要求自動投喂系統(tǒng)中程序主要由分為PLC控制程序和觸摸屏調(diào)控程序這兩類。在觸摸屏控制程序中一共設(shè)定有7個子程序，其中有觸摸屏信息顯示運作、設(shè)定和修改相關(guān)重要參數(shù)、投餌總流量和時間點的調(diào)控、查看整個投喂系統(tǒng)中的運行狀況、查詢系統(tǒng)中的歷史投喂數(shù)據(jù)和信息、編輯相關(guān)數(shù)據(jù)和遠程