基于PLC和MCGS的自動(dòng)配料實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)研究

摘 要：針對(duì)當(dāng)前人工配料模式已不能滿足中小型雞飼料企業(yè)需要的情況，本文結(jié)合雞飼料生產(chǎn)工藝技術(shù)及自動(dòng)化技術(shù)，設(shè)計(jì)出基于PLC控制和MCGS組態(tài)人機(jī)界面的自動(dòng)配料監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)配料過程當(dāng)中稱重全自動(dòng)、配比全自動(dòng)、混合全自動(dòng)。通過監(jiān)控系統(tǒng)，工作人員可以在辦公室實(shí)時(shí)查看生產(chǎn)過程，實(shí)時(shí)操作，大大提高生產(chǎn)效率，節(jié)省人工成本。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)配料；PLC；MCGS

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）10-0043-03

Research on Automatic Ingredient Real-time Monitoring System

Based on PLC and MCGS

HU Ruiling

（Hebi Polytechnic，Hebi Henan 458030）

Abstract： In view of the present situation that the artificial ingredient model can not meet the needs of small and medium-sized chicken feed enterprises， this paper designed an automatic batching monitoring system based on PLC control and MCGS configuration in combination with the technology and automation technology of chicken feed production. This system can realize the weight in the process of ingredients automatic， the ratio of automatic， mixing automatic. By monitoring the system，the staff can view the production process in real time in the office and operate in real time. greatly improving production efficiency and saving labor cost.

Keywords： automatic ingredient；PLC；MCGS

傳統(tǒng)的中小飼料企業(yè)一般采用人工稱重配料[1]，這種方法是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)將各種原材料按照一定的比例同時(shí)放到混合機(jī)中進(jìn)行攪拌混合。因?yàn)榇蟛糠衷牧蠟榉蹱罨蝾w粒物，在人工配料時(shí)，粉塵等雜物容易被人體吸入，致使職業(yè)病出現(xiàn)的概率越來越大，導(dǎo)致生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)的增加。另外，由于飼料的配方中原料品種數(shù)量較多，這樣人工配料就很容易出現(xiàn)誤配，質(zhì)量、精度很難保證，且難以實(shí)現(xiàn)過程管理，增加了管理成本。由于每次配料的數(shù)量都在幾噸以上，需要大量的勞動(dòng)力，也導(dǎo)致勞動(dòng)力成本增加。生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)的增加，管理成本的增加，勞動(dòng)力成本的增加，生產(chǎn)質(zhì)量的下降，導(dǎo)致企業(yè)的利潤越來越低。另一種方法是通過微機(jī)控制[2]，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)稱重，自動(dòng)混合。這種方法依靠PLC或單片機(jī)通過程序控制，按照一定的計(jì)算方法，達(dá)到配比要求。通過編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)稱重，自動(dòng)混合配料，減少了整個(gè)生產(chǎn)過程中的人員，并可對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行過程管理，大大提高了生產(chǎn)效率，企業(yè)得到了實(shí)惠。而很多小型企業(yè)無力購買昂貴的成套設(shè)備，他們需要對(duì)原有的設(shè)備升級(jí)改造，但原有配料設(shè)備不是自動(dòng)化控制，不能監(jiān)控工作過程。基于此，本文設(shè)計(jì)了一種以PLC為控制核心，人機(jī)界面采用MCGS組態(tài)的雞飼料的自動(dòng)配料監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)全自動(dòng)操作，按照固定配方，按下操作按鈕即可全自動(dòng)完成，節(jié)省大量勞動(dòng)力，并可進(jìn)行生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)監(jiān)控，遠(yuǎn)程操控。本系統(tǒng)側(cè)重于系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，即PLC程序控制及組態(tài)界面設(shè)計(jì)，硬件部分在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，即參照目前已使用的自動(dòng)配料系統(tǒng)進(jìn)行組合。

1 自動(dòng)配料系統(tǒng)生產(chǎn)過程

本系統(tǒng)的整個(gè)生產(chǎn)過程包括提升原料環(huán)節(jié)、粉碎原料環(huán)節(jié)、自動(dòng)配料環(huán)節(jié)、成品打包環(huán)節(jié)[3]。系統(tǒng)先要對(duì)原料進(jìn)行處理，大致有這三種原料：需要粉碎的、不需要粉碎的、小料及微量元素，然后將各種原料按照配方的要求投入對(duì)應(yīng)的投料口，對(duì)于像玉米等需要粉碎的原料，由提升機(jī)送入粉碎機(jī)中粉碎，粉碎后經(jīng)提升機(jī)，由旋轉(zhuǎn)分配器按照要求分配送入相應(yīng)的儲(chǔ)料倉中，最后進(jìn)行配料工序；如果物料不需要粉碎，則直接由提升機(jī)送入儲(chǔ)料倉中，自動(dòng)進(jìn)行配料工序[4]。該設(shè)計(jì)中共有14個(gè)儲(chǔ)料倉，用來分別存放物料載體、微量元素等原料。系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行后，依照配方的要求逐一開啟對(duì)應(yīng)倉的絞龍，直至配方中的全部倉都完成。

當(dāng)稱重儀表上顯示秤的測(cè)量值達(dá)到設(shè)定的重量時(shí)，絞龍要立刻停止運(yùn)行。本系統(tǒng)中共設(shè)計(jì)兩個(gè)秤，1#秤主要是需要粉碎的物料，2#秤主要稱量不粉碎的物料和小料。如果配方中需要添加部分小料，要手動(dòng)開啟小料投料口的指示燈及風(fēng)機(jī)，并需人工添加到最后兩個(gè)倉中。然后自動(dòng)打開各秤秤門，將配方中的原料按要求依次放入混合機(jī)中，進(jìn)行完全充分的自動(dòng)混合、攪拌，這是干混合。當(dāng)混合攪拌時(shí)間達(dá)到原規(guī)定的干混合時(shí)間后，干混合完成。之后自動(dòng)開啟油泵及油閥，進(jìn)行噴油，充分進(jìn)行濕混，達(dá)到預(yù)定的濕混時(shí)間后，混合完成。產(chǎn)品配料完成，便由系統(tǒng)刮板機(jī)直接送入成品倉，進(jìn)行打包秤打包，這樣就完成了一個(gè)批次生產(chǎn)。自動(dòng)配料系統(tǒng)生產(chǎn)工藝的流程如圖1所示。

考慮到成本，控制器只要能夠滿足系統(tǒng)要求，可靠即可。因此，本系統(tǒng)下位機(jī)采用的是小型S7-200SMART PLC，上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用的是國產(chǎn)MCGS組態(tài)軟件進(jìn)行組態(tài)監(jiān)控。利用MCGS進(jìn)行監(jiān)控，不僅可以實(shí)現(xiàn)配料過程的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，還可以實(shí)現(xiàn)在監(jiān)控系統(tǒng)上進(jìn)行整個(gè)配料過程的操作。這樣不僅實(shí)現(xiàn)了減少現(xiàn)場(chǎng)工作人員數(shù)量的目的，而且大大提高了生產(chǎn)效率。

本系統(tǒng)主要由四個(gè)PLC主機(jī)組成，玉米倉由PLC 1控制，成品倉由PLC 3來控制，大設(shè)備由PLC 2來控制，配料系統(tǒng)有PLC 4來控制。通信采用PROFIBUS總線技術(shù)，傳輸速度快，能有效解決PLC與PLC之間的通信問題，也能夠處理各PLC與分散的I/O口之間的通信問題。PROFIBUS是開放的現(xiàn)場(chǎng)總線，PROBUS-DP通信協(xié)議[5]適用于PLC與現(xiàn)場(chǎng)級(jí)分布式I/O設(shè)備之間的通信，主站之間的通信為令牌方式，主站與從站之間為主從方式。主站向從站發(fā)送信息，從站接收信息，從站與從站之間不能直接通信，這就避免了通信沖突，保證只有一個(gè)站點(diǎn)發(fā)生數(shù)據(jù)。

整個(gè)系統(tǒng)的研究核心是自動(dòng)配料這個(gè)環(huán)節(jié)。從電控角度來看，配料系統(tǒng)的基本組成如圖2所示。物料從儲(chǔ)料倉經(jīng)絞龍輸送至稱量秤斗中，秤斗中的飼料壓迫傳感器，傳感器把信號(hào)傳給智能稱重儀表，直至達(dá)到給定的重量，由PLC控制電機(jī)打開秤門，混合機(jī)混合配料。中控電腦的作用是總控制配料過程。通過PLC采集輸入/輸出的狀態(tài)[6]，并對(duì)開關(guān)量和智能儀表數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最終通過PLC的輸出開關(guān)量實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)控制功能。整個(gè)控制系統(tǒng)由PLC控制原料倉的提升機(jī)上下料，混合機(jī)的攪拌。在稱重倉中裝有稱重傳感器，傳感器的變化由儀表顯示，配PROFIBUS-DP通訊卡的智能稱重儀表，可以通過DP總線實(shí)時(shí)向PLC上傳當(dāng)前稱重?cái)?shù)據(jù)。儲(chǔ)料倉在下料時(shí)絞龍工作，絞龍由變頻器控制，通過變頻器頻率調(diào)整改變下料的速度。配料混合工序是按照一定順序控制的，PLC按照此邏輯順序控制混合機(jī)工作，而配料量的大小由配方計(jì)算得到。

3 自動(dòng)配料系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

程序結(jié)構(gòu)如流程圖3所示，先初始化檢查通信，包含主機(jī)與PLC、儀表與PLC、PLC與PLC等各個(gè)接口設(shè)備之間的通信，保證系統(tǒng)正常工作。啟動(dòng)設(shè)備程序，當(dāng)玉米提升至玉米倉后執(zhí)行玉米倉粉碎程序，然后玉米、豆粕等原料分別經(jīng)分配器進(jìn)入儲(chǔ)料倉，然后執(zhí)行配料程序，配料完成后，執(zhí)行成品倉程序，打包輸送。

在程序的設(shè)計(jì)中，配料的程序最為重要，也最復(fù)雜。為了簡化程序結(jié)構(gòu)，采用主程序、子程序這種方式，思路更清晰。配料主程序控制流程如圖4所示，首先初始化檢查通信，調(diào)用控制程序，儀表接收發(fā)送數(shù)據(jù)是否正常，一切就緒后，調(diào)用配料程序進(jìn)行自動(dòng)配料。

配料系統(tǒng)上電后，首先設(shè)定本次配料秤的重量值，設(shè)定完成后檢查所有出料倉、秤門、混合機(jī)門是否關(guān)閉，1#配料秤完成1-8號(hào)出料倉中玉米原料的稱重，2#秤主要完成4-10倉中豆粕等原料的稱重，如果需要添加小料，也由2#秤完成。秤完重量后，由混合機(jī)對(duì)原料進(jìn)行充分?jǐn)嚢琛⒒旌希瓿珊蠡旌蠙C(jī)門打開，配料完成（見圖5）。配料系統(tǒng)的全部生產(chǎn)過程都可以自動(dòng)化完成。

4 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)人機(jī)界面采用MCGS軟件進(jìn)行組態(tài)，對(duì)原料的提升、粉碎、稱重、攪拌等環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且可以通過監(jiān)控界面控制系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止。

顯示界面如圖6所示，可顯示系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行狀況，一旦自動(dòng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障，操作員在監(jiān)控室就可以停止設(shè)備，把損失降低到最小。界面中，如果系統(tǒng)正常運(yùn)行，用圖中綠色表示；停止時(shí)，用圖中紅色表示。在自動(dòng)運(yùn)行過程中，每個(gè)環(huán)節(jié)都有手動(dòng)按鈕，遇到特殊情況，可以隨時(shí)控制。系統(tǒng)可以進(jìn)行人機(jī)對(duì)話，對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如果稱量存在誤差，可以自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)可對(duì)每次生產(chǎn)進(jìn)行報(bào)表統(tǒng)計(jì)。

5 結(jié)論

①基于PLC、智能儀表、組態(tài)軟件設(shè)計(jì)的自動(dòng)配料系統(tǒng)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)稱重全自動(dòng)、配比全自動(dòng)、混合全自動(dòng)，還能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控整個(gè)生產(chǎn)過程，一旦有意外，可在監(jiān)控室直接操作，避免損失。另外，一旦出現(xiàn)故障，系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)報(bào)警功能，提醒及時(shí)處理。

②實(shí)驗(yàn)證明，本控制系統(tǒng)程序可行，穩(wěn)定性和可操作性好。

參考文獻(xiàn)：

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