饲料生产线自动化控制系统的设计(1)

上传通讯信息。上位机和ＰＬＣ之间采用主从轮询控制方式，上 位机作控制主站，ＰＬＣ作控制从站，根据控制规模可由一台或多 台组成。称量检测单元采用高精度Ｓ型称重传感器、称重变送 器、和Ａ／Ｄ模块组成，配料称斗上安装了３只称重传感器。计算 机通讯单元由通讯卡、通讯协议软件、通讯转换器、电缆及接头 组成，控制规模不同形式有所区别。控制单元由电气控制电路组 成，ＰＬＣ通过输出点控制电气电路按程序工作，控制单元控制配 料绞龙起停、称斗放料、混合机计时、手自动转换、手动控制、状 态设定、报警输出等。
Ｓ７—２００ ＰＬＣ作下位机，接受处理上位机传递的控制指令及控
述缺点外，还存在以下缺点：④抗电磁干扰能力差，测量值经常波 动，系统稳定性差。②计算机的输入、输出板受外界影响，经常损 坏，尤其输出板更容易损坏，后期维护工作量大，维护费用高。⑧
控制集成程度过高，并且计算机系统本身的稳定性有限，一旦计
算机出现故障，整个自动控制系统瘫痪。④计算机寿命短。随时间
《工业控制计算机）２００５年１８卷第１１期
饲料生产线自动化控制系统的设计
孟庆才 王焕荣
赵宝国
（河北裕丰实业股份有限公司，衡水０５３０００）
摘要
介绍了饲料生产线电气设计、计算机自动配料、自动打包及计算机通讯技术在饲料生产线的应用、软硬件设计。 关键词：饲料流水线，电气控制，ＰＬＣ，自动配料，自动打包，控制系统，现场总线控制，通讯技术 ２００２年５月，兴亚饲料公司新建一条饲料生产线，生产工 艺流程、电气配套设计及自动化控制设计由本公司独立完成，开 发了具有独特特点的计算机与ＰＬＣ总线控制１９动配料系统、自 动打包控制系统。 １计算机自动配料控制系统 １．１方案设计 计算机自动配料是饲料生产的核心工序，直接影响饲料产 品质量。目前国内计算机配料同类系统中，主要有在三种形式。 １）一种形式是ＰＣ机＋数据采集卡＋配料绞龙点动配料方式。 这种方式主要由计算机、数据采集卡、外围继电器、接触器等外 围电路组成。配料时通过Ａ／Ｄ转换，将称重信号送人计算机，然 后计算机根据配方，直接通过插在内部插槽的输出板，信号放 大，直接驱动继电器、接触器吸和断开。采用工业控制机直接控 制绞龙配料控制方式，硬件投资较低、控制形式简单，配料采用 点动配料形式，但存在一个缺陷，即随机误差很大。我们曾做过 实验，如采用点动配料形式，点动时间即使控制在Ｏ．１ｓ，较轻的 物料如烘干的酒精糟下料绝对误差大于０．７ｋｇ，比重较大的石 粉下料误差则在１．５ｋｇ以上。这种控制方式，在配料过程中不断 地靠继电器、接触器反复吸合，这样会产生了较大的电感电势和 电磁干扰，造成计算机控制输出板等器件损坏。这种系统主要应 用在对配料精度要求不高的场合，正逐渐淘汰。 ２）另一种形式是ＰＣ机＋数据采集卡＋变频器＋配料绞龙点 动配料方式。目前是国内采用最多的控制形式，最具中国特色。 采用工业计算机直接控制驱动电路工作，改善了点动配料的不 足，使配料精度提高，具有一定的性价比。目前，大多还是采用 ＤＯＳ操作系统，由Ｃ语言开发的系统，系统界面较差，系统的网 络通讯功能和管理功能有限，人机交互不方便。通过对控制软件 的改造及更换操作系统，在理论上可望提高系统运行可靠性。 第一种和第二种配料控制形式由于都采用了计算机＋数据采 集板的方式，由计算机直接控制外围电路工作，它们除具有以上 通讯的控制模式。上位机采用工业计算机，下位机一般采用智能 数字模块或ＰＬＣ。系统采用先进的计算机控制技术与多层次网 络结构＋先进的控制算法对生产工序进行控制。这是自动化领域 先进的控制形式，它结合了计算机的通讯和管理功能强、存储能 力大的优势特点和智能数字模块或ＰＬＣ现场控制功能强、稳定 性高的特点，有效避免了计算机集中控制的缺陷。这种系统稳定 性很高，上位机可兼容多种通讯协议（如ＴＣＰ／ＩＰ协议等），便于 下一步与管理网络联结，这种控制方式是国内饲料生产线自动 化控制的主流方向。这种方式设备投资较大，除了较高的硬件投 资外，还需较高的软件开发费用。在下位机采用ＰＬＣ性能的可 靠性高于采用智能数字模块，一般ＰＬＣ连续工作寿命可达１０ 年以上。我们在该系统中采用工业计算机＋ＰＬＣ的分布总线控 制的方式。该系统由我公司自己独立设计，软件开发费用低，基 本上只投资硬件，设备投资不会增加太多。具有良好的设备替换 性。整套设备全部采用了标准器件，如上位机可进行软件升级， 或用更高档的计算机代替原计算机，系统不受影响。下位机由 ＰＬＣ及模块组成，即使损坏的情况下，可直接更换。 １．２主要工作过程 首先计算机根据生产工艺单把相应的配方和生产工艺参数 传递到下位机ＰＬＣ，生产开始后，由下位机ＰＬＣ根据配方参数 及下料顺序，控制变频器启动配料绞龙工作，称重信号由ＰＬＣ 检测。称量完成后，配料秤斗门自动打开，当混合机内有料时，秤 斗门等着混合机放料关门到位后打开。秤称斗开门时间到达后， 检测称斗上的余料，当余料超过设定的限制值，系统进行报警， 秤称斗门不关闭；当低于限制值，秤门关闭。称门关闭到位后，如 果没有达到预定生产批次，配料继续，同时发出添加预混料和油 脂添加信号。预混料添加完成应答复位后，混合机开始混合计 时，达到混合时间后，混合机根据缓冲斗的料位情况开门放料。 混合机开门记时，开门时间到达后，混合机门自动关闭，等下一 批料落下后，开始新一轮的循环。在整个生产过程中，由ＰＬＣ控 制现场所有设备，工控机通过与ＰＬＣ通讯方式监控ＰＬＣ的运 行状况，并在线记录生产数据，提供报警、数据汇总查询、文档打 印等。另外，粒料打包机ＰＬＣ和粉料打包机的ＰＬＣ也可以通过 通讯电缆直接和自动配料的ＰＬＣ相连，进而与上位机通讯，在 控制室监控自动打包系统运行。 １．３硬件设计 该控制系统主要由工业控制机、ＰＬＣ、现场控制屏丁Ｄ２００、 称重信号检测单元、重量信号处理单元、计算机通讯单元、输入 控制检测单元、输出控制单元等组成。研华工业控制机作上位 机，负责下位机运行监控、数据记录查询、配方管理、参数处理传 递、异常报警记录、文档管理打印，计算机网络通讯等；西门子
制参数、采集称量信号、检测输入单元状态、控制输出单元工作、
７８
饲料生产线自动化控制系统的设计 包机控制方式中采用西门子ＰＬＣ控制，称重传感器采用两套抗 侧偏能力强的剪切梁式称重传感器，参数设定通过ＴＤ２００中文 显示控制器，有手动／自动切换功能。打包机电控部分、软件开发 根据技术要求和物料性质来设计的。 粒料由于流动性好，不易结弓，采用重力自落料形式，通过 调节物料下落的闸门开度控制落料速度，闸门全开时为快速加 料，当达到设定的快加料量时，软件进行惯性自动检测，根据惯 性量的大小，自动调整快加料量，然后系统进入慢加料状态，在 该过程中也进行惯性量检测，自动调整慢加料量，最后判断误差 进行点动加料。与国内同类设备相比，计量精确、打包速度快。 对于粉料物料性质相反，粉碎越细，纤维物料越多，流散性越 差，喂料方式为皮带称。通过调节皮带称的转速和料层厚度，做到 精确控制落料。其工作过程与粒料基本相同。控制流程图如图２。
匝ｒ当隰露卜叫互
通讯光电转换 隔离器
！竺！：
ＥＭ２７７
ＥＭ２７７
现场控制Ｉ！塑竺型！！！Ｉ厂磊再茅石—；夏］厂磊再ｊｊ石面
矢量 变频器
ＡＩＤ
ｕＯ模
ＡｄＤ
ＵＯ模 块
ＡｄＤ
模块Ｊｊ块
模块Ｊ
模块】Ｊ
ｌ∞模
块
配料 绞龙
Ｉ＃２＃Ｉ ｌ输入，输ｌ ｌ＃２撑传ｌ ｌ输入／『 ３＃传感ｌ ｌ出摔制ｌ ｌ感器ｌ ｌ输出控ｌ 图１系统结构
延长故障率越来越大，由于器件、板卡更新得很快，往往稍老一些 的计算机板卡损坏后，往往找不到配件，从而造成整个系统报废。
⑤器件的可替换性差。采用一种型号的板卡很难被其它型号或其
它厂家的产品代替，尤其有些系统应用了一些自己开发的一些板 卡电路，损坏后备件的来源受很大限制。在第二种方式中，虽然采 用了变频配料形式，但测量、控制上的一些根本性问题没有解决， 系统很难达到很高的精度和很好的控制效果。 ３）第三种控制方式为分布式控制形式，采上位机与下位机
饲料生产线自动化控制系统的设计
作者： 作者单位： 孟庆才， 王焕荣， 赵宝国 河北裕丰实业股份有限公司,衡水,053000
本文链接：/Conference_6195702.aspx
１＃２撑传Ｉ Ｉ输入／输 Ｉ感器Ｉ ｌ出控制
围◇ 困◇
—＿＿——一Ｙ
快加料
稠承篙岛
泸 雩汴
—｝
■Ｒ
在本工程设计中，为了避免电源对系统造成的干扰，计算 机、所有ＰＬＣ、工控仪表、变送器采用一体化供电方式，它们的电 源均由在线式ＵＰＳ连续供电。 １．４软件设计 该控制系统软件主要包括三部分：上位计算机控制软件、 ＰＬＣ控制软件、计算机与ＰＬＣ通讯软件设计 （１）上位机控制软件 上位机软件采用ＶＢ编程语言开发，软件主要由配方管理、 生产工艺单管理、成品入库管理、生产过程监控、数据记录查询 系统、通讯程序、故障自诊断、掉电数据保护、生产报表打印等部 分组成，各部分相互衔接，组成了一个有机整体。生产时，只要输 入生产工艺单，将工艺参数和生产配方传到下位机，启动系统即 可进行配料。在生产过程中，根据需要可随时进行暂停、跳仓操 作，还可在线传送配方。 （２）下位机ＰＬＣ控制软件 下位机ＰＬＣ软件采用西门子专用语句开发，下位机有两个 通讯口，一个通讯口连接ＴＤ２００现场控制屏，另一个与通讯电 缆、通讯转换器、通讯卡与计算机相连。工作时ＰＬＣ随时接收上 位机下达的各项指令，执行现场控制操作、上传生产数据、输入 输出工作状态。上位机故障时，可由现场控制屏输入生产数据， 下位机脱离上位机，照常能进行自动配料工作。 （３）计算机与ＰＬＣ通讯软件设计 计算机和ＰＬＣ采用Ｐｒｏｆｉｂｕｓ—ＤＰ工业总线通讯方式，工作 方式为主从轮询方式。上位机通讯软件由ＶＢ编程实现，下位机 通过编程实现。 ２自动打包控制系统 本工程有两台自动打包机，１台用于粒料打包、１台用于粉 料打包，打包称的量程设定范围为２０－５０ｋｇ／袋，每台可储存２４ 个品种的打包参数，静态误差小于等于±０．１％ＦＳ，打包动态误差 小于等于士０．２％ＦＳ，符合了国家对饲料打包称的计量标准。在打