飼料產(chǎn)業(yè)是現(xiàn)代養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，同樣也是中國的一個朝陽產(chǎn)業(yè)。目前在西部高原偏遠(yuǎn)地區(qū)仍然有為數(shù)眾多的中小型飼料加工企業(yè)采用老式的繼電器接觸控制系統(tǒng)，其控制系統(tǒng)存在加工自動化程度較低、生產(chǎn)效率相對較低和可靠性較差等問題。隨著工控技術(shù)快速發(fā)展，對原有飼料企業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造顯得很有必要。ＰＬＣ目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制現(xiàn)場，該技術(shù)用于飼料生產(chǎn)線控制，具有控制功能強(qiáng)大、可靠性高、邏輯性強(qiáng)、編程簡單等優(yōu)點；觸摸屏是實現(xiàn)人機(jī)交互的橋梁，通過觸摸屏這一人機(jī)交互界面可對設(shè)備進(jìn)行控制和狀態(tài)監(jiān)控，具有可靠性高，避免或減少機(jī)械開關(guān)磨損，提高設(shè)備使用壽命的優(yōu)點，二者結(jié)合是現(xiàn)代工控的一大趨勢。
１小型飼料生產(chǎn)線控制系統(tǒng)改造實例
１．１飼料生產(chǎn)控制系統(tǒng)的組成
某小型飼料生產(chǎn)廠擬在基本不改動現(xiàn)有飼料生產(chǎn)設(shè)備情況下對電控系統(tǒng)進(jìn)行改造，現(xiàn)有設(shè)備情況：８臺卸料機(jī)、８臺定量秤及傳送帶和混合機(jī)。８臺卸料機(jī)對應(yīng)８臺定量秤，以上１８臺設(shè)備均由不同型號的電動機(jī)進(jìn)行驅(qū)動。因此在控制系統(tǒng)中，控制對象為不同型號的電動機(jī)，根據(jù)電動機(jī)功率的大小，電動機(jī)的啟動和停止分別采用不同的方式。由于８臺卸料機(jī)和８臺定量秤采用小功率的電機(jī)，所以采用直接啟動和停止。傳送帶和混合機(jī)采用功率較大的電機(jī)，所以采用星三角減壓啟動和反接制動。
該系統(tǒng)上位機(jī)采用WinCCＦｌｅｘｉｂｌｅ２００８組態(tài)軟件開發(fā)監(jiān)控界面，下位機(jī)采用西門子S7-200系列的ＰＬＣ完成控制功能，中間利用ＭＰＩ電纜進(jìn)行通信。在飼料生產(chǎn)控制中，ＰＬＣ不僅要控制設(shè)備的啟動和停止，同時將輸出狀態(tài)反饋給上位機(jī)。通過上位機(jī)動態(tài)畫面顯示設(shè)備的具體狀態(tài)和對設(shè)備進(jìn)行控制。
在飼料生產(chǎn)控制系統(tǒng)中，主要的組成部分有：人機(jī)交互模塊ＨＭＩ、ＰＬＣ模塊、被控對象，如圖１所示。

１．２飼料生產(chǎn)控制流程
（１）８臺卸料機(jī)工作
在飼料加工過程中，首先８臺卸料機(jī)工作，開始進(jìn)行卸料。
（２）８臺定量秤工作
在卸料機(jī)工作的情況下，對應(yīng)的定量秤開始稱量，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的稱量值時，定量秤開始工作，對應(yīng)的卸料機(jī)停止工作，此時表示稱量完成，定量秤開始卸料。
（３）傳動帶和混合機(jī)工作
在飼料加工過程中，傳動帶和混合機(jī)的啟動和停止分為手動方式和自動方式。手動方式是通過手動來實現(xiàn)傳動帶和混合機(jī)的啟動和停止。自動方式是在８臺定量秤任意兩臺或兩臺以上工作后，傳動帶和混合機(jī)自動啟動，當(dāng)８臺定量秤全部工作后，傳送帶運行２ｓ后，反接制動停止工作，此時假設(shè)表示原料全部傳送完畢，則混合機(jī)運行一段時間后（混料時間可通過觸摸屏上的Ｉ／Ｏ域進(jìn)行設(shè)置），反接制動停止通過，此時假設(shè)表示原料混合完畢。混合機(jī)停止的同時８臺定量秤全部停止工作，同時卸料機(jī)開始工作，此時完成一個工作循環(huán)。
２飼料生產(chǎn)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計［１－３］
２．１Ｉ／Ｏ點數(shù)的計算
根據(jù)小型飼料生產(chǎn)控制系統(tǒng)的工藝流程和控制要求，本著實用和經(jīng)濟(jì)的原則，飼料的稱量直接用定量秤實現(xiàn)（因為該廠的飼料配方改變較少），該型號定量秤在到達(dá)設(shè)定稱量值時，會輸出一個開關(guān)量信號，用這個開關(guān)量信號作為卸料機(jī)的停止信號，這樣就把控制系統(tǒng)實現(xiàn)了簡化，因此，８臺卸料機(jī)的啟動和停止共需要１６個輸入點，８臺定量秤的啟動共需要８個輸入點，傳送帶和混合機(jī)的啟動共需要４個輸入點，同時需要一個急停輸入點，綜上所述共需要２９個輸入點。
８臺卸料機(jī)共需要８個輸出點，８臺定量秤共需要８個輸出點，由于傳送帶和混合機(jī)采用星三角降壓啟動和反接制動，所以共需要８個輸出點，綜上所述共需要２４個輸出點。
落料誤差通過實驗卸料機(jī)的速度等因素在設(shè)置
定量秤的稱量值時予以修正，使得落料誤差最小。
２．２ＰＬＣ選型
考慮成本和Ｉ／Ｏ點數(shù)等因素，選用西門子S7-200系列的ＰＬＣ，ＣＰＵ型號為２２４ＸＰＣＮ。ＣＰＵ
２２４集成了１４個輸入點和１０個輸出點，所以采用一個數(shù)字量擴(kuò)展模塊ＥＭ２２３ＣＮ。共有３０個輸入點和２６個輸出點，滿足所需點數(shù)要求。為保證控制系統(tǒng)及其ＰＬＣ程序的可靠性，擬利用實驗室的ＰＬＣ試驗箱做硬件控制系統(tǒng)和ＰＬＣ控制程序的驗證運行。
３軟件設(shè)計
３．１ＰＬＣ控制程序的設(shè)計
ＰＬＣ編程采用西門子編程軟件ＳＴＥＰ７Ｍｉｃｒｏ／ＷＩＮ３２Ｖ６．０。該軟件是基于Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系統(tǒng)平臺的應(yīng)用軟件，用于S7-200創(chuàng)建可編程邏輯控制程序的標(biāo)準(zhǔn)軟件，可使用梯形圖邏輯ＬＡＤ、功能塊圖ＦＢＤ和語句表ＳＴＬ進(jìn)行編程操作。使用該軟件可根據(jù)控制系統(tǒng)的要求編制控制程序并完成與ＰＬＣ的實時通信，進(jìn)行程序的下載與上傳及在線監(jiān)控。根據(jù)控制要求，編程思路首先是卸料機(jī)的工作，將原料卸載到定量秤上，然后定量秤工作。當(dāng)稱重量到達(dá)設(shè)定值時，卸料機(jī)停止工作，混合機(jī)和傳送帶開始工作，工作一段時間后，混合機(jī)和傳送帶停止工作，卸料機(jī)開始工作，完成一個循環(huán)。具體的程序流程如圖２所示，部分控制程序如圖３所示。

這段網(wǎng)絡(luò)采用的是符號尋址，是用來控制卸料機(jī)１的啟動和停止的，包括輸入映象寄存器和位寄存器。其中的卸料機(jī)１軟啟動是用于組態(tài)軟件中的變量。當(dāng)啟動卸料機(jī)１的開關(guān)被按下或者組態(tài)中的軟啟動被置１時，卸料機(jī)１開始工作，并且工作狀態(tài)被保持，直到急停、停止卸料機(jī)１等被按下時卸料機(jī)１停止工作。
 

圖４所顯示的程序段，即網(wǎng)絡(luò)３２實現(xiàn)的功能是對混合機(jī)混料時間進(jìn)行設(shè)置，地址ＶＷ８０對應(yīng)的是觸摸屏上Ｉ／Ｏ域變量，采用傳送指令讀取Ｉ／Ｏ域變量的混料時間設(shè)定值，并采用整數(shù)乘法指令擴(kuò)大１００倍，然后傳送給控制混合機(jī)工作時間長度的定時器Ｔ９８（１０ｍｓ定時器）作為定時ＰＴ值即可實現(xiàn)。３．２組態(tài)程序的設(shè)計
首先根據(jù)控制需求選擇ＨＭＩ設(shè)備型號，進(jìn)行畫面的靜態(tài)設(shè)計，其次進(jìn)行動畫連接設(shè)計，通過畫面中的對象真實的描述外界對象的狀態(tài)變化，達(dá)到實時監(jiān)控的目的。通過人機(jī)交互界面可以對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行控制，同時記錄工作循環(huán)的次數(shù)和用料總量。
考慮ＰＬＣ型號、控制要求和成本等因素，選擇ＨＭＩ設(shè)備型號為ＰａｎｅｌｓＴＰ２７０。ＴＰ２７０具有創(chuàng)新性的操作員控制和監(jiān)視功能以及固有操作員面板的優(yōu)點，而且堅固耐用，穩(wěn)定可靠，功能強(qiáng)大，性能卓越，簡單易用，價格低廉等優(yōu)點。
３．２．１控制畫面的設(shè)計
控制畫面主要是用來對１８臺生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行控制和監(jiān)控的。在ＨＭＩ設(shè)備中主畫面可以實現(xiàn)設(shè)備的啟、停控制和狀態(tài)顯示，同時利用腳本來對加工流程進(jìn)行簡單的模擬。在簡單對象中，選擇按鈕圖標(biāo)，插入主畫面中，同時設(shè)置該按鈕的屬性，用于控制設(shè)備的啟、停和畫面之間的切換；插入棒圖，編輯屬性，用于顯示運行狀態(tài)；插入指示燈，編輯屬性，與相應(yīng)的變量連接，用于各個設(shè)備的狀態(tài)顯示。控制畫面如圖５所示。

為了能夠模擬生產(chǎn)過程中的工藝流程，在程序中采用了腳本代碼。腳本的觸發(fā)事件是“卸料機(jī)”變量數(shù)值的更改。當(dāng)卸料機(jī)工作或定量秤工作后，主畫面中對應(yīng)的數(shù)值和圖形對象都會發(fā)生變化。
部分腳本程序如下：
ＩｆＳｍａｒｔＴａｇｓ（"卸料機(jī)１"）＝ＴｒｕｅＡｎｄＳｍａｒｔ－Ｔａｇｓ（"定量秤１"）＝ＦａｌｓｅＴｈｅｎ
ＩｆＳｍａｒｔＴａｇｓ（"定量１"）－ＳｍａｒｔＴａｇｓ（"稱量
值１"）＞１Ｔｈｅｎ
ＳｍａｒｔＴａｇｓ（"稱量值１"）＝ＳｍａｒｔＴａｇｓ（"稱量值１"）＋１
ＳｍａｒｔＴａｇｓ（"卸料值１"）＝ＳｍａｒｔＴａｇｓ（"卸料值１"）－１
Ｅｌｓｅ
ＳｍａｒｔＴａｇｓ（"稱量值１"）＝ＳｍａｒｔＴａｇｓ（"稱量值１"）＋０．１
ＳｍａｒｔＴａｇｓ（"卸料值１"）＝ＳｍａｒｔＴａｇｓ（"卸料值１"）－０．１
ＥｎｄＩｆＥｎｄＩｆ
３．２．２數(shù)據(jù)報警畫面的設(shè)計［４］
數(shù)據(jù)報警畫面主要是用來選擇加工飼料的配方和配方中數(shù)據(jù)的顯示，同時可以進(jìn)行報警顯示。報警分為兩種，一種是配方中數(shù)據(jù)設(shè)定值的報警，即當(dāng)設(shè)定值高于上限或低于下限時，產(chǎn)生報警；另一種是稱量設(shè)備稱量值的報警，即當(dāng)稱量值高于配方中的設(shè)定值時，產(chǎn)生報警。在增強(qiáng)視圖中選擇報警視圖插入畫面中，在屬性框中對其進(jìn)行編輯，設(shè)置定量秤的上限值和下限值。數(shù)據(jù)報警畫面如圖６所示。
 

３．２．３實時趨勢畫面的設(shè)計
實時趨勢畫面主要是為了控制人員能夠查看稱量值的實時趨勢，可以通過圖形形象的顯示出各個稱量值的趨勢，時刻掌握設(shè)備的運行狀態(tài)。在增強(qiáng)視圖中，選擇趨勢視圖插入畫面中，在屬性框中對其進(jìn)行編輯，將各條趨勢線與變量相連，并編輯各條趨勢線的顏色。實時趨勢畫面如圖７所示。

４飼料生產(chǎn)控制系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試
由于實驗室中的觸摸屏是Ｓｍａｒｔ７００，所以將WinCCｆｌｅｘｉｂｌｅ２００８組態(tài)軟件中編輯的畫面程序進(jìn)行模擬仿真，點擊組態(tài)軟件中的編譯按鈕，對組態(tài)程序進(jìn)行編譯并啟動模擬運行，出現(xiàn)初始畫面；將寫好的Ｓ７－２００程序下載到ＰＬＣ中，開啟Ｓｔｅｐ７軟件的在線監(jiān)控。再對兩者同時進(jìn)行連接設(shè)置，設(shè)置連接的波特率、連接方式等。撥動實驗設(shè)備上的開關(guān)或者按下組態(tài)畫面中的按鈕，觀察試驗箱上的ＬＥＤ燈的變化和組態(tài)畫面上相應(yīng)的變化，檢測其性能是否滿足要求。
５結(jié)論
基于ＰＬＣ和組態(tài)軟件的飼料生產(chǎn)控制系統(tǒng)，不僅可以通過硬件來實現(xiàn)控制功能，同時可以通過良好的可視化界面對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行控制和監(jiān)控。利用實驗室中現(xiàn)有的Ｓ７－２００ＰＬＣ實驗箱進(jìn)行在線調(diào)試實驗，利用ＷｉｎＣＣｆｌｅｘｉｂｌｅ２００８組態(tài)軟件進(jìn)行模擬調(diào)試實驗，結(jié)果表明，本設(shè)計可以達(dá)到預(yù)期的功能，對于西部的中小型飼料加工企業(yè)具有比較高的參考價值。