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自動化飼料生產(chǎn)控制過程是一個多輸入、多輸出系統(tǒng)，通過采用現(xiàn)代化電子技術(shù)、自動控制技術(shù)以及計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等實現(xiàn)各條配料輸送生產(chǎn)線的協(xié)調(diào)及實時控制，對料位、流量及時準(zhǔn)確地進(jìn)行監(jiān)測和調(diào)節(jié)，有效降低了操作人員的強度。本文針對基于局域網(wǎng)飼料行業(yè)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)進(jìn)行的技術(shù)開發(fā)和研究，現(xiàn)場控制部分采用小型PLC 為控制器，開發(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
目前我國大部分飼料生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程主要包含如下幾個核心部分：給料部分、稱量部分、配料控制部分。
（1）給料部分：給料部分是從原料倉(或儲罐)向稱重設(shè)備中加料的執(zhí)行機構(gòu)，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定好的序號控制原料倉（用于儲存各種飼料生產(chǎn)所需的原料，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(shè)備。
（2）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)所需要的所有原料是否下料結(jié)束，一般通過采集電子秤的重量，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，生產(chǎn)現(xiàn)場有多少配料倉則需要安裝相應(yīng)的電子稱。
（3）控制系統(tǒng)：飼料生產(chǎn)控制系統(tǒng)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。為了實現(xiàn)飼料生產(chǎn)過程的遠(yuǎn)程控制，則需要配置遠(yuǎn)程控制計算機，銷售計算機，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，管理計算機，地磅電子稱等。根據(jù)飼料生產(chǎn)過程控制的上述流程，本文設(shè)計的過程控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計如下：系統(tǒng)由遠(yuǎn)程控制計算以及飼料生產(chǎn)現(xiàn)場控制計算機組成一個兩級計算機控制網(wǎng)絡(luò)。
飼料配料控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計
其中遠(yuǎn)程控制計算機用來控制工業(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。生產(chǎn)現(xiàn)場計算機控制系統(tǒng)則依然采用傳統(tǒng)的PC 機和PLC 組成上、下位機控制系統(tǒng)組成，其中上位機是PC 工控機，為操作人員提供良好的人機界面，它的功能主要包括通信鏈路的建立，數(shù)據(jù)的接收、校驗、處理與打包發(fā)送，參數(shù)和狀態(tài)的查詢，參數(shù)的修改，報表與圖表的輸出，數(shù)據(jù)庫的更新與維護(hù)等。下位機以小型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、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。
2 PLC 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計
PLC 安裝在飼料生產(chǎn)現(xiàn)場區(qū)域控制器CUP 中，它可以對飼料生產(chǎn)現(xiàn)場各方面的狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)處理，并與現(xiàn)場工作站進(jìn)行通信，及時將各種參數(shù)傳送給中心，接受中心發(fā)送的各種命令；根據(jù)監(jiān)測的參數(shù)和控制模型的設(shè)置，自動控制現(xiàn)場設(shè)備的運行。
考慮到本飼料生產(chǎn)系統(tǒng)飼料配比工藝過程固定，控制量主要以開關(guān)量控制為主（電動機的啟、停由開關(guān)量控制）、帶少量數(shù)字量控制（變頻器的控制端輸入），對系統(tǒng)控制速度要求較低，控制功能主要能夠?qū)崿F(xiàn)PID 運算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等即可。通過對飼料生產(chǎn)現(xiàn)場情況、被控對象的I/O 點數(shù)以及工藝要求、掃描速度、自診斷功能等方面統(tǒng)計結(jié)果的分析，綜合考慮系統(tǒng)開發(fā)的經(jīng)濟(jì)性以及技術(shù)成熟度、開發(fā)周期等要素，本系統(tǒng)選用模塊式結(jié)構(gòu)的西門子公司生產(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化生產(chǎn)配料系統(tǒng)開發(fā)要求。
可編程控制器CPU 型號為CPU266，最大可擴展1024 點數(shù)字量或128 個模擬量，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展以太網(wǎng)CP243-1。EM235 模塊有4 點模擬量輸入，1 點模擬量輸出。EM231 有4 點模擬量輸入?？刂破鱅/O 點數(shù)選擇的內(nèi)容如下：定義PLC 的I/O 點數(shù)，包括開關(guān)量的I/O 點數(shù)、數(shù)字量的I/O 點數(shù)、模擬量的I/O 點數(shù)以及特殊功能模塊；建立I/O 分配表，繪制PLC 的輸入、輸出接線圖。
生產(chǎn)現(xiàn)場I/O 點數(shù)量和類型表
此外，在本工程設(shè)計中，為了避免電源對系統(tǒng)造成的干擾，計算機、所有PLC、工控儀表、變送器的電源均采用一體化供電方式，輸入輸出信號全部用繼電器隔離，防止強電損壞設(shè)備以及信號相互干擾。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
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)、計算機控制技術(shù)等多種方法。本系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計包括生產(chǎn)現(xiàn)場軟件以及遠(yuǎn)程端管理信息系統(tǒng)設(shè)計兩部分內(nèi)容。
3.1 遠(yuǎn)程控制端軟件設(shè)計
系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制端軟件通過局域網(wǎng)通信協(xié)議使遠(yuǎn)程計算機實現(xiàn)對飼料生產(chǎn)過程的遠(yuǎn)程監(jiān)控及管理，控制軟件客戶端采用面向?qū)ο蠹绍浖_發(fā)環(huán)境Visual Basic 6.0 開發(fā)，生產(chǎn)過程中所有的數(shù)據(jù)采用微軟SQL Server 2005 數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲。通過自定義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)實現(xiàn)遠(yuǎn)程計算機與控制現(xiàn)場計算機之間通信，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信息管理模塊、控制參數(shù)設(shè)置、生產(chǎn)過程管理模塊、統(tǒng)計與分析模塊、數(shù)據(jù)存儲及備份模塊等。
3.2 現(xiàn)場控制端軟件設(shè)計
由現(xiàn)場控制計算機完成系統(tǒng)程序初始化，根據(jù)遠(yuǎn)程控制端計算機發(fā)送的系統(tǒng)配置參數(shù)啟動可編程控制器及其傳感器設(shè)備。首先檢查飼料原料倉中是否有料，若空倉或者飼料配量不足，則啟動配料生產(chǎn)線進(jìn)行下料。由電子皮帶秤進(jìn)行稱重并實時計量，CPU 計算得實時流量及累計流量。若設(shè)定流量與實際流量有偏差，調(diào)節(jié)器根據(jù)系統(tǒng)控制要求比較設(shè)定值與實際流量的偏差，在流量實際控制中采用工業(yè)控制中應(yīng)用最為廣泛的PID 調(diào)節(jié)。經(jīng)PID 調(diào)節(jié)改變輸出信號以控制變頻器對輸送電機的速度調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)恒流量控制。
配料配料現(xiàn)場控制流程
4 結(jié)束語
飼料生產(chǎn)的核心工序就是計算機自動配料，本文設(shè)計實現(xiàn)的自動配料系統(tǒng)采用PLC 控制方案，便于配料的微機化控制，大大提高了配料精度。同時，強化了飼料生產(chǎn)的整體控制及管理，通過局域網(wǎng)通信協(xié)議實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)管理，為整個廠區(qū)的飼料生產(chǎn)實現(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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