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近年，飼料工業(yè)在取得迅速穩(wěn)步發(fā)展的同時(shí)，飼料加工工藝及設(shè)備也取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。飼料廠的配料混合工藝也隨技術(shù)進(jìn)步而豐富多樣。飼料廠的配料混合工藝及其周期長(zhǎng)短，對(duì)產(chǎn)量和生產(chǎn)成本有著直接的影響。我國(guó)飼料廠的配料混合工藝以重量式為主，本文以北京某飼料廠的技術(shù)改造為例，對(duì)應(yīng)用微電腦控制 （PLC） 程序自動(dòng)控制飼料生產(chǎn)進(jìn)行闡述。

1 系統(tǒng)方案

通過(guò)對(duì)比分析，我們知道多料數(shù)秤配料混合工藝能夠顯著縮短飼料的配混時(shí)間，從而大幅度提高產(chǎn)量，節(jié)省建設(shè)資金， 因此， 本系統(tǒng)的配混工藝由原來(lái)的多料一秤改為多料雙秤同時(shí)配料工藝。 系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，根據(jù)集散控制系統(tǒng)的構(gòu)成原理，將原來(lái)的計(jì)算機(jī)集中控制改為由 PC 機(jī)和PLC組成的上下位機(jī)控制系統(tǒng)。其中， PC 機(jī)主要完成配方管理、 監(jiān)控、 顯示等操作， PLC 進(jìn)行過(guò)程控制。上下位機(jī)的通信聯(lián)絡(luò)，依靠串口通信來(lái)實(shí)現(xiàn)。 生產(chǎn)管理軟件和控制軟件通過(guò)自行開(kāi)發(fā)完成，這樣可以降低開(kāi)發(fā)成本， 同時(shí)， 增加軟件的實(shí)用性和針對(duì)性。

飼料自動(dòng)配料系統(tǒng)由喂料器、計(jì)量斗、 稱(chēng)重傳感器、 PC 機(jī)、 PLC 可編程控和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成， 見(jiàn)圖 1。

本系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程是先由上位計(jì)算機(jī)將原料配方數(shù)據(jù)傳到下位機(jī) PLC， 然后再由 PLC 進(jìn)行控制。 喂料器將各種原料按配方要求分別送到大、小配料秤， 在配料秤內(nèi)進(jìn)行配料。 其結(jié)果通過(guò)重量傳感器檢測(cè)后， 信號(hào)經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換模塊和稱(chēng)重顯示控制儀傳回PLC， 配料完成后， PLC 依照控制程序打開(kāi)料門(mén)， 原料進(jìn)入混合機(jī)進(jìn)行攪拌， 達(dá)到要求后，在 PLC的控制下， 料門(mén)開(kāi)啟出料。

2 配料控制軟件設(shè)計(jì)

配料是飼料生產(chǎn)的關(guān)鍵工序，其配料精度直接影響飼料產(chǎn)品的質(zhì)量。由于落差、進(jìn)料沖擊、 工藝參數(shù)、 物料性質(zhì)等的變化， 使配料系統(tǒng)的模型具有非線性和時(shí)變性。為提高系統(tǒng)對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)能力，改善或消除落差等因素對(duì)精度的影響， 采用了對(duì)落差進(jìn)行預(yù)測(cè)和配料量的逼近控制，以改善配料精度。配料系統(tǒng)的主要設(shè)備是喂料器和配料秤。進(jìn)料量通過(guò)喂料器電機(jī)的開(kāi)斷來(lái)控制。此外，配料系統(tǒng)還包括對(duì)秤斗和混合機(jī)卸料門(mén)開(kāi)關(guān)的聯(lián)鎖控制。配料系統(tǒng)采用八倉(cāng)二秤配料稱(chēng)重工藝，其中大秤對(duì)應(yīng) 5 個(gè)倉(cāng)， 小秤對(duì)應(yīng) 3 個(gè)倉(cāng)。工作時(shí)，兩臺(tái)配料秤同時(shí)進(jìn)料， PLC 對(duì) 2 臺(tái)秤進(jìn)行控制。喂料器采用螺旋式， PLC 通過(guò)相應(yīng)的控制軟件， 根據(jù)所編排的進(jìn)料次序， 順序控制各物料所對(duì)應(yīng)喂料器電機(jī)的啟停。配料量的大小由配方計(jì)算決定。

2.1 PLC 程序設(shè)計(jì)思想

為了使 PLC 完成配料控制的功能， PLC需要具有重量信號(hào)輸入、重量信號(hào)處理、 處理結(jié)果輸出等功能。 下面就介紹一下PLC程序是如何完成這些功能的。

2.1.1兩臺(tái)配料秤的重量信號(hào)分別經(jīng)稱(chēng)重顯示控制儀和 A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)入 PLC 。 稱(chēng)重顯示儀輸出的是并行 BCD 碼， 經(jīng)過(guò)程序轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼，存儲(chǔ)在 PLC的數(shù)據(jù)寄存器中。

2.1.2根據(jù)配料工藝的要求，所有原料的加料過(guò)程都包含點(diǎn)動(dòng)過(guò)程， 以保證配料的精度。 配料系統(tǒng)的操作人員輸入原料配方，配方包括了各種原料的給料量、提前量和精度， 它們與配料過(guò)程的關(guān)系是： 當(dāng)原料重量 <（給料量- 提前量）時(shí)， 加料。加料停止后， PLC將原料重量與給料量比較， 在允差范圍內(nèi)為合格； 小于允差下限， 應(yīng)進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)加料；大于允差上限為超差。

2.1.3由于配料系統(tǒng)采用的是累加秤，即由一臺(tái)秤按先后順序加入幾種原料，這樣除第一種原料外，得到的重量都是幾種原料的總和。在 PLC 程序中需將幾種原料的重量分開(kāi)，得到每一種原料的重量， 程序如下：在每種原料稱(chēng)量時(shí)， 記下此時(shí)的重量， 稱(chēng)量時(shí)用總重量減去先前記下的重量， 得到的就是此種原料的實(shí)際重量。

2.1.4秤體上黏附的原料使配料產(chǎn)生偏差，需要進(jìn)行去皮處理。 去皮的方法與上述方法相似， 即按下 “去皮” 鍵時(shí)， PLC記下此時(shí)的重量， 此重量即為基準(zhǔn)零點(diǎn)。 在稱(chēng)量時(shí)用總重量減去基準(zhǔn)零點(diǎn)值，得到的就是原料的準(zhǔn)確重量。

2.1.5加料停止后，從螺旋喂料器到秤斗之間還滯留一部分原料要落入秤斗中，為了使配料精度達(dá)到要求，在程序中需考慮這一重量，程序中用“提前量”代表這個(gè)值， 當(dāng)原料重量達(dá)到 （給料量-提前量）時(shí)停止加料， 由滯留在空中的原料補(bǔ)充提前量差值，從而達(dá)到精度要求。

2.1.6考慮到有可能因突然停電造成配料停止，為了不使已配好的原料浪費(fèi)，已配好的原料的重量需要具有停電保護(hù)功能。在程序中， 我們把這些重量信號(hào)存在可斷電保持的數(shù)據(jù)寄存器中。

2.2 控制算法

針對(duì)飼料配料過(guò)程的特點(diǎn)，可以采用自適應(yīng)算法和模糊算法等。自適應(yīng)算法需建立精確的數(shù)學(xué)模型， 算法本身比較復(fù)雜。 模糊算法適用于不易建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，而有大量的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可供參考的場(chǎng)合。以上算法由于需要進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算，本系統(tǒng)所選 PLC 無(wú)法完成這些運(yùn)算過(guò)程， 故應(yīng)選用簡(jiǎn)化的算法。 常用的一維最優(yōu)化方法有整體搜索法、 兩分搜索法、多點(diǎn)等區(qū)間搜索法和黃金分割法， 其中黃金分割法收效最快。本系統(tǒng)所用控制算法以黃金分割法為理論基礎(chǔ)，根據(jù)配料誤差，經(jīng)過(guò)多次調(diào)整控制重量最終達(dá)到系統(tǒng)的控制要求。 由于喂料器的開(kāi)關(guān)控制設(shè)備簡(jiǎn)單、 投資少，因此， 在飼料廠得到了廣泛的應(yīng)用。本文采用了應(yīng)用較廣的開(kāi)關(guān)控制方式。對(duì)于配料精度的控制關(guān)鍵在于適時(shí)地?cái)嚅_(kāi)喂料器電機(jī)，使配料量盡量接近給定值。由于實(shí)際進(jìn)料量與采樣值之間有一差值(落差)， 因此精度的控制取決于對(duì)落差的估計(jì)。稱(chēng)量精度的控制算法如下：

第一秤：控制重量 = 配方重量 — 經(jīng)驗(yàn)提前量；

稱(chēng)量誤差 = 實(shí)際稱(chēng)重­— 配方重；

以后各秤：控制重量 = 前一秤的控制重量 — 前一秤的誤差 ×0.618；

實(shí)際稱(chēng)重 = 當(dāng)前秤的稱(chēng)重量 — 前一秤的稱(chēng)重量；

稱(chēng)量誤差 = 實(shí)際稱(chēng)重 — 配方重。

3 結(jié)論

本系統(tǒng)經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試運(yùn)行，效果良好。 采用雙秤進(jìn)行配料， 大料在大秤中配制， 小料在小秤中完成配制， 這樣小料的配料精度明顯提高， 整體精度也可得到有效提高。

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