计算机技术在水产配合饲料厂自动配料系统设计中的应用

蒙振海，张钦锋

（广西城市职业大学，广西崇左 532200）

饲料生产是我国的重要工业之一，与种植业、养殖业等密切相关，在国民经济发展中发挥着积极作用。水产配合饲料为水产养殖提供基础，水产养殖产品的质量受水产配合饲料的直接影响。配料工序是水产配合饲料厂的重要工序之一。随着现代科学技术的发展，芯片及工业器件等的改进，促进高精度自动控制系统的研究和发展。我国明确要求水产配合饲料厂必须使用计算机自动配料系统。一些水产配合饲料厂生产规模小，使用人工手动配料方式，导致配料错误率高，工作环境恶劣，人工劳动强度大，影响水产配合饲料的质量。尤其是一些特种水产动物，对配合饲料的要求更高。水产配合饲料厂需改进配料系统技术，设计自动控制配料系统，实现产品追溯、配料控制、配方设置等，提升水产配合饲料厂的产品质量及生产效率。

1 水产配合饲料厂配料系统工艺流程

1.1 自动配料系统工艺流程图 本研究选取某水产配合饲料厂，应用计算机技术设计其自动配料系统。该水产配合饲料厂主要生产的水产配合饲料，为甲鱼粉状特种饲料。根据农业部许可生产要求及水产配合饲料厂的产品配方特点，其自动配料系统工艺流程图如下图。

1.2 水产配合饲料厂自动配料系统总体结构水产配合饲料厂的饲料自动配料系统主要包括显示器、工控机、称重系统、可编程控制器、配料秤斗等，如图2所示。饲料自动配料系统工作时，将各种饲料原料投入相应的配料仓体，主要经过旋转分配器、刮板输送1、刮板输送2、投料口等。在此过程中，称重传感器发挥模拟信号的作用。然后称重仪表开始A/D 转换，形成具体的重量值。主要通过RS232通讯口，该数值被工控机直接读取。在自动配料时，根据已经加载运行的配方数据，工控机中的组态软件会依次下达指令给可编程逻辑控制器（PLC）。按配方的进料顺序指示操作，使PLC输出控制，搅拌配料。工控机可以从称重仪表中读取配料重量作为实际加料的重量值（倪瑞等，2019）。同时也会对比已经加载运行的配方，比较慢加料量、设定值、提前量等。转换比较结果，向PLC传达控制信号。PLC控制变频器会控制运行，或者调整对应仓的饲料配料绞龙及运行速度（王均斌，2019）。使每种饲料原料的重量都能达到精确控制，保证生产质量。完成所有的自动配料过程，将开秤斗的气动阀门打开，使配合料进入混合机内混合，主要通过初清筛、刮板输送4、提升机2等。秤斗上的重量显示为零时，自动将气动阀门关闭。接着混合机计时，开始混合原料，直到设定的时间。根据饲料生产的需要，混合机开门或关门可以延缓一段时间手动放料，也可以将其自动放料进入下一个工序。

2 水产配合饲料厂自动配料系统硬件设计

2.1 自动配料系统硬件器件选型

2.1.1 可编程序控制器（PLC） 本次研究设计使用PLC，选取台达PLC。结合其长期使用情况，显示台达PLC的性价比比较高，并且有Moubus通讯便利指令。本次研究自动配料系统开关量为输入输出信号。基于被控对象的输入、输出口（I/O），选取 DVP32XP200R扩展机，台达DVP60ES200R，方便接线和安装，符合使用需要。

2.1.2 称重仪表与称重传感器。称重是饲料配制的重要内容，控制称重精度直接关系饲料产品质量。水产配合饲料厂自动配料系统需合理选取称重仪表与称重传感器。称重仪表与称重传感器的灵敏度、精度影响系统控制的精度及配料的精度。使用梅特勒-托利多的产品作为本次研究系统的称重传感器和显示仪表。该产品具有稳定的性能，且精度高，称重速度快。不受现场环境的干扰，该产品的称量信号能顺利远距离传递。其显示仪表使用寿命长，可靠性高，控制功能好。秤斗重量大约500 kg，正常配料重量1000 kg。本次研究设计使用的称重传感器为3个1000 kg量程。使用压式称重传感器符合安装位置的条件要求。通过RS232与工控机传输称重重量信号的通讯。IND320L称重仪表有标准RS232通讯口，并且经济实惠。

2.1.3 工控机。本次研究的水产配合饲料厂自动配料系统主要应用计算机技术，因此计算机是核心部件之一。自动配料系统的计算机比一般计算机有更高的要求，要求稳定性强，并且标准RS232通讯口不少于2个（石文豪，2018）。本次设计选取研华ID510系列工控机，一个标准RS232通讯口与称重仪表通讯，另一个与PLC通讯。

2.2 自动配料系统电路设计 本次研究的自动配料系统的配料电路如图3所示。PLC的RS485控制通讯。PLC输出口控制变频器的运行。上位机设置变频器的频率。每个仓体的配料绞龙由一台变频器控制。

3 水产配合饲料厂自动配料系统的软件设计

3.1 工控机软件设计 水产配合饲料厂自动配料系统的工控机软件选取昆仑通态组态软件，包括配方管理、设备连接、记录处理、画面创建等。组态系统需与PLC交换数据，从而监控PLC。编辑写脚本程序，在工控机硬盘中设定存储水产配合饲料的配方设定值、原料名称、慢加料量、进料顺序、频率等（蔡军虎，2018）。在显示表格中读取配方名称及对应参数。将需要交换的PLC参数地址输入到设备窗口连接项内。从而能修改、编辑、加载水产配合饲料的配方。编辑运行策略工具箱的脚本程序可以保存配料结果数据，提前关闭送料，判断慢加频率、快加频率，判断进料顺序等。

3.2 PLC软件设计 在自动配料系统PLC软件设计中，开关信号是PLC的控制对象，依据饲料生产工艺控制电机、阀门等。被控对象I/O口的功能分配见表1。应用步进点转移处理进行自动配料控制。依据工控机中的进料顺序、配方参数控制各料仓原料。本次自动配料系统对变频器的频率设置使用RS485通讯，可满足不同送料速度及不同原料用量、不同原料比重等需求。通过各配料仓的慢加频率、快加频率设置送料速度（胡瑞玲，2018）。PLC提供快加频率值进行配料，达到设定的慢加料量，改变为慢加频率值，通过变频器实现其过程。PLC 输出控制停止变频器，为加料量达到提前量，应关闭对应仓配料绞龙。秤斗和配料绞龙有空中料柱的存在，为评估重量是否超出误差允许，需停止2 s（吴峰等，2018）。如果超出范围可以调控慢加频率值及提前量大小，使其在误差允许值内。

4 自动配料系统在实际水产配合饲料生产的应用效果

使用本次研究设计的自动配料系统可以发现，在生产过程中，通过对提前量、慢加频率的调节，能控制±0.3%FS的动态精度。一次配料时间大约为4 min。在饲料配方打印窗口中输入具体日期可以查询水产配合饲料厂某日的配料数据实际情况。该日生产的甲鱼饲料情况，所有的配方名称都会显示。并且能产生相应的文档，如表2所示。

应用本次研究设计的自动配料系统，水产配合饲料厂的配料动态精度大约为±0.3%FS，反映了其具有较高的配料精度，能满足水产配合饲料厂对精度的要求。计算机自动配料系统能有效提升水产配合饲料厂的自动化程度，生产控制精度，减少漏投、错投等问题。自动配料系统运行可靠，可以改善人工工作环境，减轻劳动强度，提高饲料生产效率。同时，自动配料系统能自动记录配料过程，明确相应的数据信息，方便质量追溯。并且能监控自动配料过程，保证水产配合饲料的产品质量。

表1 PLC输入/输出口功能分配表

表2 某日水产配合饲料厂配料数据及统计

5 结语

本次研究设计的自动配料系统应用计算机技术，实现水产配合饲料配料的自动化，保证了配料的精度。自动配料系统有利于减少人为因素的影响，可自动控制配料生产过程，实现配料质量的准确性、稳定性。从而提升饲料生产效率和质量，提升企业生产效益。