饲料配料自动控制系统设计

毕业设计中文摘要

毕业设计外文摘要

目录

1 绪论 (2)

1.1 课题的研究背景和意义 (2)

1。2 配料控制系统的现状 (2)

2 饲料配料系统总体设计 (4)

2。1 影响配料精度的因素 (4)

2。2 系统控制要求 (5)

2.3 饲料配料的工艺流程 (5)

2。4 系统硬件构成 (6)

3 系统硬件设计 (7)

3.1 系统硬件选型 (8)

3。2 称重模块设计 (17)

3.2 PLC选型 (21)

3。3 系统电路设计 (25)

4 PLC程序设计 (30)

4.1 PLC的编程语言特点 (30)

4.2 PLC的语言类型 (30)

4。3 PLC程序设计 (32)

结论 (42)

致谢 (43)

参考文献 (44)

1 绪论

1。1 课题的研究背景和意义

目前饲料厂发展日益壮大，由小型化向集团化发展，企业市场份额逐渐扩大，与此同时，市场对产品质量的要求也越来越严格，导致产量与精度的矛盾越来越突出，对软件界面的可操作性、容错性、可恢复性、智能性和稳定性提出了更严格的要求。过去以单片机为主的配料系统已经成为了企业日常生产管理，及进行信息化改造的制约因素,因此迫切需要一套全新的系统来满足企业需求［1］。PLC 是微型计算机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是一种以微处理器（CPU）为核心作为数字控制的专用工业控制机。PLC 在现代工业自动化控制中是最值得重视的先进控制技术，是改造传统工业生产设备最理想的优选智能化控制器,现已成为现代工业控制的三大技术支柱（PLC、工业机器人、CAD/CAM)之一,在各行各业的工业控制中得到了广泛应用[2］。

自动化饲料生产系统是一个多输入、多输出的系统,通过采用现代化的电子技术、自动控制技术和计算机网络技术等，实现各条配料输送线的协调和实时控制，对料位、流量进行及时准确地监测和调节,有效降低了操作人员的劳动强度.

1.2 配料控制系统的现状

一套能够稳定连续生产的配料装置是靠一套高可靠性的控制系统来保证其正常工作的.工作中，此系统能够进行不同状态的切换，如：全自动，半自动，手动。生产过程中出现事故时，还应具有事故报警装置，并且能正常投用.总体来说，配料控制系统有下列几种:直接数字控制系统,集散型控制系统,现场型控制系统.

1)直接数字控制系统

直接数字控制系统（Direct Digital Control 简称 DDC），DDC 能够提供诸如现场采集数据，逻辑运算，通过开关量发出指令信号等一系列功能.并且,DDC 是闭环控制系统，能够实现在线实时控制,分时方式控制，灵活和多功能控制等控制模式。DDC 系统的核心部件是计算机，并且要求配置较高［6］.

DDC 系统对于计算机的依赖程度是比较大的，一旦计算机系统出现故障，DDC 整体将失去作用，而导致整体系统的可靠性失灵。因而这种集中控制，集中管理的方式越来越无法满足用户的需要，这样就迫切需要一种分散控制系统的出现来改变这种局面。那

么这种系统就是后来的“信息集中，控制分散"的集散型控制系统[6］.

2）集散型控制系统

集散型控制系统（Distributed Control System，简称 DCS）又称分散式综合控制系统。它是利用微处理器来对整个的生产过程进行集中管理,分散控制的.包括操作,监视,报警,处理等等项目的实施,提高了控制系统的可靠性[6］。

DCS 系统中有上位机和下位机之分，两者的关系密切，它们通过信息交换和传输来实现监视，管理，及分散控制,这样就避免出现数据拥堵的现象从而导致的控制系统可靠性不高的弊病产生［6］.

DCS 控制系统主要分为信息管理层，控制层，现场设备层，指令由管理层发出，通过控制器进行数据传输和交换,再通过 I/O 执行器和现场执行装置,完成整个控制功能。

另外，现在的集散控制系统越来越多的与网络技术相结合，各厂家与网络运营研发机构的合作，使 DCS 系统的厂商互联性大大降低，从而影响到整个 DCS 的开放性和通用性。因而更高级的现场总线控制系统就孕育而生［6]。

3）现场总线控制系统

现场总线控制系统（Fieldbus Control System，简称 FCS）出现在上世纪八十年代的发达国家,PLC 与 DCS 的完美结合，便产生了具有革命性的 FCS 控制系统。现场总线控制系统是将现场的网络设备和一些仪表以及各个控制器进行互联，在现场设备的层面上设置控制功能,这样就使得控制功能能够具有彻底分散的分布特征，从而实现设备的分散控制。

近些年来自动控制技术的不断发展，无论是PLC 系统还是 DCS 系统，甚至 FCS 系统都在不断完善着自己而发展,各系统之间既相互联系，又有本质的区别;各系统凭借自己独有的设计理念和方法，不断向前发展。现如今，随着大型网络控制系统的出现，使各个系统之间的差别也越来越小，相互配合,交互使用的范围也大大提升［6].

FCS 的关键特征：FCS 系统是以数字智能化的现场设备作为基础的。 FCS 系统的核心是总线协议。FCS 系统的实质是在工作现场处理信息.这种系统减少了现场接线、布线的次数，各个仪表之间能够实现一表多用,并且系统设备间具有了更好的兼容性，增强了控制能力,并简化了系统［6]。

2 饲料配料系统总体设计

2.1 影响配料精度的因素

工业配料系统指将几种不同的生产原料，按照生产要求的比例进行混和，加工成产品的过程，在医药、化工、食品、饲料等生产领域都具有广泛的应用.在工业配料控制系统中,高精度和高速度配料对产品质量很重要。由于许多控制过程都存在机理复杂、滞后大、超调，控制对象具有非线性和时变等特点,采用常规控制算法难以适应参数变化及干扰因素的影响，给测试带来了困难,同时控制效果也不理想。

随着科学技术的发展，对复杂和不确定性系统实行自动控制的要求不断提高，使得现代控制理论的局限性日渐明显.为了克服理论和应用之间的矛盾,除了加强生产过程的建模、系统辨识、自适应控制等研究外，试图面向工业配料过程的特点，发现各种对模型要求低、在线计算方便、控制效果好的控制方法和算法。国内提出了一种建立以人的经验、模糊自适应控制为基础的新型控制系统，将传统专家系统知识库中的模糊规则转换到智能配料控制系统中，无需建立精确的数字模型，就能够处理控制过程中的不确定信息,同时实现并行处理。

一般的增量式配料使用称料斗接收原料,称量完一种物料后不排空料斗,只将电子秤内部计数值清零，再接收另一物料.在供料机械设备停止给料后，还将有一部分物料在空中落入称量料斗中，这些余料称为落差.由于有落差的影响，所称物料重量的设定值应为需配制的物料标准重量减去落差值。

不同的原料,其比重和流动性都有不同，料仓内料位的高低会产生下料不均的现象,下料速度快慢等，都会使空中落差产生变化.另外,称量仪表的反应速度，下料的平稳性都会对称重结果产生影响.

由上述分析可看出,给料机停止给料后,由高度落差引起空间物料的不确定性是影响最终物料配制精确度的直接因素。若能精确估计终止给料时刻空间物料量而提前终止给料，就能保证最终配料结果在给定的误差范围内。根据饲料厂重复批量称量的特点，利用大量已有的称量误差数据对空间物料量进行模糊自适应补偿控制，自动控制系统可以保证物料误差在最小范围内波动。