基于PLC的自动化系统应用分析

摘要：饲料业是农业、养殖种植业、畜牧业、农副产品加工业等多个产业的联结枢纽，非常重要。饲料行业以前采用手工，无法精确控制生产流程，生产模式效率低下，产品质量无保证，严重制约了行业生产，如何改进传统生产模式提高效率，是当前亟待解决的问题。

1、饲料生产自动化系统设计

1.1自动化生产线简介

本文以改造A饲料公司生产线为背景，进行系统研究和实践，实现了以PLC为核心，以计算机、变频器、传感器等为元件的自动化系统。控制系统结合了计算机存储优势和PLC控制优势，利用上下位机进行分布控制稳定性很高，有效避免了计算机集中控制带来的不稳定因素。上位机采用人机触摸屏，通过简单的计算机操作就能完成配方参数、配料时间、设备运行等操作，对生产进行实时监测控制，实时模拟设备运行状态，由工控机在后台进行实时存储产工艺数据、配方参数等关键数据。下位机选用Siemens公司的S7系列，其简单的维护性使得基层单位在使用中更加得心应手。

1.2系统设计方案

1.2.1通过计算机实现配料、负荷和相关工艺参数的自动设定，全面控制生产工况，按工段实现开机、联锁和解锁等控制功能。

1.2.2根据用户需求，随时切换展示生产状况，例如粉碎系统中的粉碎电流、配料系统中的取料时间等关键参数，以及气门的实时位置、样仓的料位等，都要通过数值和模拟形态进行反映。

1.2.3为保护生产线的安全，设置报警功能，在传感器收集到报警信号时，显示屏第一时间弹出报警信息，包括报警的生产工段、具体设备及异常参数等，同时还会出现红色预警等显著颜色变化。

1.3控制系统子系统设计

控制系统在多数情况下是多输入多输出系统，如果能够用精准数学模型表达控制要求，就能够设计出准确的控制系统。不过，饲料生产线的动态特性难以求出，难以求出数学模型，因此只能以实际试验来分析各个工段设备的特性。

如：配料系统。配料控制模块包括配料模块、小料模块和液体模块，作为控制系统的核心部分，主要用于完成生产、管理以及其他的特殊功能。配料控制中，首先上位机根据生产工艺流程，发出配方、工艺参数的指令，下位机PLC接受指令后，启动配料生产，同时检测配料的称重信号。称重之后，打开秤斗门进行放料，放完之后检测余料。当检测结果低于限制值则关闭门，超过限制值则启动报警。在配料工作没有达到配方参数之前，继续配料，直到结束。生产过程由PLC控制设备，工控机监控PLC的运行整体流程，实时存储生产数据。

2、硬件和软件设计

控制的核心是A/D转换，因为在灵活性和可靠性上，对于连续变量，需要采用模数进行采集，而计算机只能采集数量，因此需要专用设备进行转换。对于智能设备来说，有内置的监控单元可以采集相关模拟量，非对于智能设备，必须增加专用数据采集器转换为所需的电量信号。本文首先采集压力、速度等物理量，转换为模电信号、数字量，由计算机来分析计算，处理结果再转换为模拟电信号输出到执行设备，进行实时监控。

2.1硬件设计

硬件设计分为顶层设计和底层设计。底层设计中在现场用PLC进行信号测量和采集，计算出相关控制参数。顶层设计以触摸屏作为控制手段，进行监测。

2.1.1PLC

本文选择西门子S7S7-300作为下位机，具有快速数据处理能力和高速计算能力。

2.1.2人机触摸屏

本文选择MT500系列与现场PLC开展通讯，除了普通的触摸屏功能外，还具有数据转换、配方设置、在线模拟、窗口移动和切换的功能。

2.1.3变频器

为了匹配西门子PLC来有效控制喂料器的速度，本文选择西门子Micro-laster420变频器。该变频器无故障工作时间大于50万小时，具有恒定转矩、内置PI、远程控制等功能。

PIDPID控制器是目前最成熟的控制器，根据比例、积分和微分3种规律，可以构成P、PI、PID三种。

2.2软件设计控制系统包括系统自带软件和应用软件两类。自带软件的核心是操作系统，由生产厂家编制。应用软件是工程师根据生产线需求编写的程序，用于指挥生产设备满足各类的工艺要求。系统自带软件又分为组态软件和定制软件两部分。組态软件控制着传感器、数据采集等多个重要装置，定制软件满足客户的各类需求。某一种产品无法囊括全部用户的要求，用户需求多样化的特点使得“组态”和“定制”缺一不可。

组态软件最初是单一管理，逐步向大数据处理发展。早期的硬件系统非常依赖组态软件，随着技术的发展，部分软件已经实现了与硬件的分离。对于组态软件，越来越多的用户重视其实时数据监测的作用，高性能计算机使得实施数据传输更加快捷，能够让用户根据实际数据实时分析，为指挥、决策提供了一手的重要资料。

结束语

综上所述，饲料工业是农业、畜牧业产业链条中的关键一环，为进一步优化饲料生产资源配置，提高生产效率，必须持续提升饲料生产自动化水平。当前，是继电器控制半自动化、PLC控制全自动化等多种控制方式并行，但是继电器控制存在较多的缺陷，PLC技术要明显优于继电器控制，因此以PLC为主的自动化建设已经成为主流趋势。