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

目前動物產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測中心在進(jìn)行動物飼料各種含量檢測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)某動物產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測中心負(fù)責(zé)人反映，由于檢測前處理采用手工操作，一天約能檢測試品8份(理想狀態(tài))，即一個星期約能檢測30份飼料樣品。這種檢測速度難以適應(yīng)客戶的要求；二是檢測精度不高，誤差大。由于是手工操作，在稱量飼料時，采用傳統(tǒng)機(jī)械杠桿稱重方法稱量，而此種方法稱量采用目測方式。不同的人目測得到的結(jié)果會有所不同，勢必會造成人為誤差。

在飼料各種含量檢測工作的前處理階段，由于對稱重計量要求比較高。而PLC控制技術(shù)能很好的兼顧了動態(tài)稱重計量的精度和速度。如果把PLC控制技術(shù)引入到飼料各種含量的前處理階段，即飼料的稱量中，這樣既滿足了在線快速動態(tài)重量計量的要求，測量數(shù)據(jù)精度可以大大提高，同時可以提高工作效率。

本課題成員對一家動物飼料安全檢測中心進(jìn)行自動化改造。在改造過程中采用PLC控制技術(shù)作為動態(tài)稱量測控設(shè)備的支撐核心。在硬件和軟件設(shè)計中采用了一些措施和動態(tài)控制方法，較好的解決了稱量速度與精度的矛盾，實現(xiàn)了飼料各種含量檢測的前處理階段進(jìn)行動態(tài)稱量計量的精度和速度要求。

1 自動控制系統(tǒng)框圖設(shè)計

用稱重傳感器、應(yīng)變式拉力傳感器、相應(yīng)閥門、放大器和PLC組成測控系統(tǒng)來完成飼料的稱重、計量的工藝過程，如圖1所示。該系統(tǒng)用PLC作為控制核心，配以稱重傳感器、應(yīng)變式拉力傳感器、放大器、機(jī)械裝置和各種電動執(zhí)行器，實現(xiàn)飼料的動態(tài)在線稱重計量工作。

稱斗上方是放置所需要稱量的飼料樣品倉，在該倉中的原料來自要求測試各種含量的飼料散狀樣品料。在樣品倉下安裝有一個螺旋進(jìn)料裝置，該裝置由一臺電動機(jī)驅(qū)動。當(dāng)電機(jī)起動時，則樣品倉中的粉狀飼料就隨著傳輸絞籠的旋轉(zhuǎn)而進(jìn)入稱斗中稱量。進(jìn)行稱斗之前要經(jīng)過兩個閥門。第一道閥門是放料閥門，放料閥門與稱重氣缸和電磁閥相連接直接控制。第二道閥門分粗放料閥門和細(xì)放料閥門。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，則關(guān)閉粗放料閥門，開放細(xì)放料閥門。稱斗上裝有兩個S梁式應(yīng)變式拉力傳感器，稱斗的重量信號直接由該傳感器組轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)的電壓信號，經(jīng)放大器把該電壓信號放大后送入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，PLC控制停止下料，然后由PLC控制打開稱斗門，把飼料樣品送入到具塞三角瓶。如此就可以完成了飼料稱量的自動化過程。

2 PLC控制流程圖設(shè)計

整個自動控制系統(tǒng)由PLC來控制。由于系統(tǒng)采用二級給料方式。粗給料流量大，用短時間加入額定重量的90％——95％，還剩余的則采用精放料形式來實現(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，進(jìn)行每次稱量工作前，都測試稱斗的凈重，主要是為了消除由于飼料的粘附引起的稱量誤差。停機(jī)時要設(shè)置相應(yīng)處理功能，保證停機(jī)排空稱斗內(nèi)飼料。一方面可保證下次開機(jī)時稱斗內(nèi)無粘附飼料，且避免了飼料較長時間停留在稱斗內(nèi)吸濕而凝結(jié)在稱斗壁上。細(xì)加料信號完畢后，待其穩(wěn)定，然后進(jìn)行實測，得到誤差，以使下一個循環(huán)進(jìn)行補(bǔ)償校正。

系統(tǒng)功能為：對飼料重量實現(xiàn)自動控制，所需要稱量的飼料重量設(shè)定值通過PLC設(shè)置來實現(xiàn)；每次精放料工作完成后進(jìn)行稱斗的凈重檢測修正；對稱量誤差進(jìn)行自動補(bǔ)償；系統(tǒng)應(yīng)該設(shè)置有相應(yīng)的故障檢測、報警信號。
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)控制器采用西門子S7-200機(jī)型(CPU224)PLC外加一個EM231模塊構(gòu)成。為實現(xiàn)準(zhǔn)確計量，本系統(tǒng)除開關(guān)量控制外，還加上分辨率較高的模擬量通道。系統(tǒng)中開關(guān)量輸入信號有啟動按鈕、停止按鈕、稱斗門狀態(tài)、氣源壓力開關(guān)、具塞三角瓶檢測輸入等檢測信號；開關(guān)量輸出有粗細(xì)進(jìn)料氣缸、放料氣缸、稱斗門氣缸等控制信號和一些顯示、報警輸出信號。模擬量輸入模塊。EM231接收傳感器質(zhì)量輸入信號、其中稱量斗門關(guān)閉檢測用接近開關(guān)，緩沖料門、稱重斗門和夾袋由電磁閥帶動氣缸來控制?？刂葡到y(tǒng)部分I／O接線圖如圖3所示。輸入、輸出地址分配表如表1所示。
3．2 稱量傳感器

目前，在稱質(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、線度和重復(fù)性好的優(yōu)點，但價格較高，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數(shù)量級，而輸出靈敏度比前者高一個數(shù)量級，價格為前者的一半。根據(jù)實際控制要求和工作環(huán)境，選用CHBL3型號S型雙連孔彈性體稱重傳感器，系統(tǒng)中選用兩個傳感器，采用串聯(lián)方法。

CHBL3型號S型雙連孔彈性體稱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是稱重傳感器的4個電阻應(yīng)變片，R5、R6與RW1組成零點調(diào)整電路。當(dāng)載荷為零時，調(diào)節(jié)Rw1使液晶顯示屏顯示為零。A1，A2為雙運放集成電路LM358中的兩個單元電路，組成了一個對稱的同相放大器，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。

對于因溫度變化對橋接零點和輸出靈敏度的影響，即使采用同一批應(yīng)變片，也會因應(yīng)變片之間稍有溫度特性之差而引起誤差，所以對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)的自動補(bǔ)償片，并從外部對它加以適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償。

非線性誤差是傳感器特性中最重要的一點。產(chǎn)生非線性誤差的原因很多，一般來說主要是由結(jié)構(gòu)設(shè)計決定，通過線性補(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都在室內(nèi)完成。所以這一要求并不影響它的稱量精度。

4 結(jié)語
由于PLC具有結(jié)構(gòu)簡單、計量準(zhǔn)確、工作可靠等優(yōu)點?，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)在飼料檢測應(yīng)用中目前還未見報道。本課題組成員大膽進(jìn)行改革，采用PLC控制技術(shù)進(jìn)行飼料稱量控制。經(jīng)過幾次測試，效果不錯。