基于動(dòng)物飼料稱(chēng)量配料系統(tǒng)PLC控制技術(shù)應(yīng)用

目前動(dòng)物產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測(cè)中心在進(jìn)行動(dòng)物飼料各種含量檢測(cè)的前處理階段大部分還是采用手工操作的方式。采用手工操作有兩大不足：一是工作效率低。據(jù)某動(dòng)物產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測(cè)中心負(fù)責(zé)人反映，由于檢測(cè)前處理采用手工操作，一天約能檢測(cè)試品8份(理想狀態(tài))，即一個(gè)星期約能檢測(cè)30份飼料樣品。這種檢測(cè)速度難以適應(yīng)客戶(hù)的要求；二是檢測(cè)精度不高，誤差大。由于是手工操作，在稱(chēng)量飼料時(shí)，采用傳統(tǒng)機(jī)械杠桿稱(chēng)重方法稱(chēng)量，而此種方法稱(chēng)量采用目測(cè)方式。不同的人目測(cè)得到的結(jié)果會(huì)有所不同，勢(shì)必會(huì)造成人為誤差。

在飼料各種含量檢測(cè)工作的前處理階段，由于對(duì)稱(chēng)重計(jì)量要求比較高。而PLC控制技術(shù)能很好的兼顧了動(dòng)態(tài)稱(chēng)重計(jì)量的精度和速度。如果把PLC控制技術(shù)引入到飼料各種含量的前處理階段，即飼料的稱(chēng)量中，這樣既滿(mǎn)足了在線(xiàn)快速動(dòng)態(tài)重量計(jì)量的要求，測(cè)量數(shù)據(jù)精度可以大大提高，同時(shí)可以提高工作效率。

本課題成員對(duì)一家動(dòng)物飼料安全檢測(cè)中心進(jìn)行自動(dòng)化改造。在改造過(guò)程中采用PLC控制技術(shù)作為動(dòng)態(tài)稱(chēng)量測(cè)控設(shè)備的支撐核心。在硬件和軟件設(shè)計(jì)中采用了一些措施和動(dòng)態(tài)控制方法，較好的解決了稱(chēng)量速度與精度的矛盾，實(shí)現(xiàn)了飼料各種含量檢測(cè)的前處理階段進(jìn)行動(dòng)態(tài)稱(chēng)量計(jì)量的精度和速度要求。

1 自動(dòng)控制系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)

用稱(chēng)重傳感器、應(yīng)變式拉力傳感器、相應(yīng)閥門(mén)、放大器和PLC組成測(cè)控系統(tǒng)來(lái)完成飼料的稱(chēng)重、計(jì)量的工藝過(guò)程，如圖1所示。該系統(tǒng)用PLC作為控制核心，配以稱(chēng)重傳感器、應(yīng)變式拉力傳感器、放大器、機(jī)械裝置和各種電動(dòng)執(zhí)行器，實(shí)現(xiàn)飼料的動(dòng)態(tài)在線(xiàn)稱(chēng)重計(jì)量工作。

稱(chēng)斗上方是放置所需要稱(chēng)量的飼料樣品倉(cāng)，在該倉(cāng)中的原料來(lái)自要求測(cè)試各種含量的飼料散狀樣品料。在樣品倉(cāng)下安裝有一個(gè)螺旋進(jìn)料裝置，該裝置由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)電機(jī)起動(dòng)時(shí)，則樣品倉(cāng)中的粉狀飼料就隨著傳輸絞籠的旋轉(zhuǎn)而進(jìn)入稱(chēng)斗中稱(chēng)量。進(jìn)行稱(chēng)斗之前要經(jīng)過(guò)兩個(gè)閥門(mén)。第一道閥門(mén)是放料閥門(mén)，放料閥門(mén)與稱(chēng)重氣缸和電磁閥相連接直接控制。第二道閥門(mén)分粗放料閥門(mén)和細(xì)放料閥門(mén)。進(jìn)行粗放料讓力傳感器感應(yīng)到重量已達(dá)到所要求的90％——95％時(shí)，則關(guān)閉粗放料閥門(mén)，開(kāi)放細(xì)放料閥門(mén)。稱(chēng)斗上裝有兩個(gè)S梁式應(yīng)變式拉力傳感器，稱(chēng)斗的重量信號(hào)直接由該傳感器組轉(zhuǎn)換成與之對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，經(jīng)放大器把該電壓信號(hào)放大后送入PLC中的模擬量模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，當(dāng)達(dá)到預(yù)定值時(shí)，PLC控制停止下料，然后由PLC控制打開(kāi)稱(chēng)斗門(mén)，把飼料樣品送入到具塞三角瓶。如此就可以完成了飼料稱(chēng)量的自動(dòng)化過(guò)程。

2 PLC控制流程圖設(shè)計(jì)

整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)由PLC來(lái)控制。由于系統(tǒng)采用二級(jí)給料方式。粗給料流量大，用短時(shí)間加入額定重量的90％——95％，還剩余的則采用精放料形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣即可保證速度，又可保證精度。PLC控制流程圖如圖2所示。

由PLC控制流程圖可見(jiàn)，進(jìn)行每次稱(chēng)量工作前，都測(cè)試稱(chēng)斗的凈重，主要是為了消除由于飼料的粘附引起的稱(chēng)量誤差。停機(jī)時(shí)要設(shè)置相應(yīng)處理功能，保證停機(jī)排空稱(chēng)斗內(nèi)飼料。一方面可保證下次開(kāi)機(jī)時(shí)稱(chēng)斗內(nèi)無(wú)粘附飼料，且避免了飼料較長(zhǎng)時(shí)間停留在稱(chēng)斗內(nèi)吸濕而凝結(jié)在稱(chēng)斗壁上。細(xì)加料信號(hào)完畢后，待其穩(wěn)定，然后進(jìn)行實(shí)測(cè)，得到誤差，以使下一個(gè)循環(huán)進(jìn)行補(bǔ)償校正。

系統(tǒng)功能為：對(duì)飼料重量實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，所需要稱(chēng)量的飼料重量設(shè)定值通過(guò)PLC設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)；每次精放料工作完成后進(jìn)行稱(chēng)斗的凈重檢測(cè)修正；對(duì)稱(chēng)量誤差進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償；系統(tǒng)應(yīng)該設(shè)置有相應(yīng)的故障檢測(cè)、報(bào)警信號(hào)。
3 系統(tǒng)主要組成
3．1 控制器

考慮到本控制系統(tǒng)屬于小系統(tǒng)，并且輸入、輸出口不多。所以本系統(tǒng)控制器采用西門(mén)子S7-200機(jī)型(CPU224)PLC外加一個(gè)EM231模塊構(gòu)成。為實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確計(jì)量，本系統(tǒng)除開(kāi)關(guān)量控制外，還加上分辨率較高的模擬量通道。系統(tǒng)中開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)有啟動(dòng)按鈕、停止按鈕、稱(chēng)斗門(mén)狀態(tài)、氣源壓力開(kāi)關(guān)、具塞三角瓶檢測(cè)輸入等檢測(cè)信號(hào)；開(kāi)關(guān)量輸出有粗細(xì)進(jìn)料氣缸、放料氣缸、稱(chēng)斗門(mén)氣缸等控制信號(hào)和一些顯示、報(bào)警輸出信號(hào)。模擬量輸入模塊。EM231接收傳感器質(zhì)量輸入信號(hào)、其中稱(chēng)量斗門(mén)關(guān)閉檢測(cè)用接近開(kāi)關(guān)，緩沖料門(mén)、稱(chēng)重斗門(mén)和夾袋由電磁閥帶動(dòng)氣缸來(lái)控制。控制系統(tǒng)部分I／O接線(xiàn)圖如圖3所示。輸入、輸出地址分配表如表1所示。
3．2 稱(chēng)量傳感器

目前，在稱(chēng)質(zhì)技術(shù)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用電阻應(yīng)變式傳感器，分為金屬絲電阻應(yīng)變式和半導(dǎo)體應(yīng)變式兩種。前者具有精度高、溫度影響小、線(xiàn)度和重復(fù)性好的優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格較高，輸出靈敏度低，后者性能與前者相反。在精度和溫度特性方面較前者差一個(gè)數(shù)量級(jí)，而輸出靈敏度比前者高一個(gè)數(shù)量級(jí)，價(jià)格為前者的一半。根據(jù)實(shí)際控制要求和工作環(huán)境，選用CHBL3型號(hào)S型雙連孔彈性體稱(chēng)重傳感器，系統(tǒng)中選用兩個(gè)傳感器，采用串聯(lián)方法。

CHBL3型號(hào)S型雙連孔彈性體稱(chēng)重傳感器工作原理如圖4所示。圖中，E為9 V的疊層電池，R1——R4是稱(chēng)重傳感器的4個(gè)電阻應(yīng)變片，R5、R6與RW1組成零點(diǎn)調(diào)整電路。當(dāng)載荷為零時(shí)，調(diào)節(jié)Rw1使液晶顯示屏顯示為零。A1，A2為雙運(yùn)放集成電路LM358中的兩個(gè)單元電路，組成了一個(gè)對(duì)稱(chēng)的同相放大器，A／D轉(zhuǎn)換器采用ICL7106雙積分型A／D轉(zhuǎn)換器，液晶顯示采用液晶顯示片。

對(duì)于因溫度變化對(duì)橋接零點(diǎn)和輸出靈敏度的影響，即使采用同一批應(yīng)變片，也會(huì)因應(yīng)變片之間稍有溫度特性之差而引起誤差，所以對(duì)要求精度較高的傳感器，必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償，解決的方法是在被粘貼的基片上采用適當(dāng)溫度系數(shù)的自動(dòng)補(bǔ)償片，并從外部對(duì)它加以適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償。

非線(xiàn)性誤差是傳感器特性中最重要的一點(diǎn)。產(chǎn)生非線(xiàn)性誤差的原因很多，一般來(lái)說(shuō)主要是由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定，通過(guò)線(xiàn)性補(bǔ)償也可得到改善。

滯后和蠕變是關(guān)于應(yīng)變片及粘合劑的誤差。由于粘合劑為高分子材料，其特性隨溫度變化較大，所以稱(chēng)重傳感器必須在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)使用。由于飼料各種含量的檢測(cè)都在室內(nèi)完成。所以這一要求并不影響它的稱(chēng)量精度。

4 結(jié)語(yǔ)
由于PLC具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、計(jì)量準(zhǔn)確、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)在很多工礦企業(yè)在控制技術(shù)上均采用了PLC控制技術(shù)。但此技術(shù)在飼料檢測(cè)應(yīng)用中目前還未見(jiàn)報(bào)道。本課題組成員大膽進(jìn)行改革，采用PLC控制技術(shù)進(jìn)行飼料稱(chēng)量控制。經(jīng)過(guò)幾次測(cè)試，效果不錯(cuò)。