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(guó)的一個(gè)朝陽(yáng)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(dòng)化程度較低、生產(chǎn)效率相對(duì)較低和可靠性較差等問題。隨著工控技術(shù)快速發(fā)展，對(duì)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(chǎng)，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(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)；觸摸屏是實(shí)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(duì)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(diǎn)，二者結(jié)合是現(xiàn)代工控的一大趨勢(shì)。
１小型飼料生產(chǎn)線控制系統(tǒng)改造實(shí)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(dòng)現(xiàn)有飼料生產(chǎn)設(shè)備情況下對(duì)電控系統(tǒng)進(jìn)行改造，現(xiàn)有設(shè)備情況：８臺(tái)卸料機(jī)、８臺(tái)定量秤及傳送帶和混合機(jī)。８臺(tái)卸料機(jī)對(duì)應(yīng)８臺(tái)定量秤，以上１８臺(tái)設(shè)備均由不同型號(hào)的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。因此在控制系統(tǒng)中，控制對(duì)象為不同型號(hào)的電動(dòng)機(jī)，根據(jù)電動(dòng)機(jī)功率的大小，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止分別采用不同的方式。由于８臺(tái)卸料機(jī)和８臺(tái)定量秤采用小功率的電機(jī)，所以采用直接啟動(dòng)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?jiǎn)��?dòng)和反接制動(dòng)。
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(dòng)和停止，同時(shí)將輸出狀態(tài)反饋給上位機(jī)。通過上位機(jī)動(dòng)態(tài)畫面顯示設(shè)備的具體狀態(tài)和對(duì)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(duì)象，如圖１所示。

１．２飼料生產(chǎn)控制流程
（１）８臺(tái)卸料機(jī)工作
在飼料加工過程中，首先８臺(tái)卸料機(jī)工作，開始進(jìn)行卸料。
（２）８臺(tái)定量秤工作
在卸料機(jī)工作的情況下，對(duì)應(yīng)的定量秤開始稱量，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的稱量值時(shí)，定量秤開始工作，對(duì)應(yīng)的卸料機(jī)停止工作，此時(shí)表示稱量完成，定量秤開始卸料。
（３）傳動(dòng)帶和混合機(jī)工作
在飼料加工過程中，傳動(dòng)帶和混合機(jī)的啟動(dòng)和停止分為手動(dòng)方式和自動(dòng)方式。手動(dòng)方式是通過手動(dòng)來實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)帶和混合機(jī)的啟動(dòng)和停止。自動(dòng)方式是在８臺(tái)定量秤任意兩臺(tái)或兩臺(tái)以上工作后，傳動(dòng)帶和混合機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，當(dāng)８臺(tái)定量秤全部工作后，傳送帶運(yùn)行２ｓ后，反接制動(dòng)停止工作，此時(shí)假設(shè)表示原料全部傳送完畢，則混合機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后（混料時(shí)間可通過觸摸屏上的Ｉ／Ｏ域進(jìn)行設(shè)置），反接制動(dòng)停止通過，此時(shí)假設(shè)表示原料混合完畢。混合機(jī)停止的同時(shí)８臺(tái)定量秤全部停止工作，同時(shí)卸料機(jī)開始工作，此時(shí)完成一個(gè)工作循環(huán)。
２飼料生產(chǎn)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)［１－３］
２．１Ｉ／Ｏ點(diǎn)數(shù)的計(jì)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(shí)用和經(jīng)濟(jì)的原則，飼料的稱量直接用定量秤實(shí)現(xiàn)（因?yàn)樵搹S的飼料配方改變較少），該型號(hào)定量秤在到達(dá)設(shè)定稱量值時(shí)，會(huì)輸出一個(gè)開關(guān)量信號(hào)，用這個(gè)開關(guān)量信號(hào)作為卸料機(jī)的停止信號(hào)，這樣就把控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)化，因此，８臺(tái)卸料機(jī)的啟動(dòng)和停止共需要１６個(gè)輸入點(diǎn)，８臺(tái)定量秤的啟動(dòng)共需要８?jìng)�(gè)輸入點(diǎn)，傳送帶和混合機(jī)的啟動(dòng)共需要４個(gè)輸入點(diǎn)，同時(shí)需要一個(gè)急停輸入點(diǎn)，綜上所述共需要２９個(gè)輸入點(diǎn)。
８臺(tái)卸料機(jī)共需要８?jìng)�(gè)輸出點(diǎn)，８臺(tái)定量秤共需要８?jìng)�(gè)輸出點(diǎn)，由于傳送帶和混合機(jī)采用星三角降壓?jiǎn)��?dòng)和反接制動(dòng)，所以共需要８?jìng)�(gè)輸出點(diǎn)，綜上所述共需要２４個(gè)輸出點(diǎn)。
落料誤差通過實(shí)驗(yàn)卸料機(jī)的速度等因素在設(shè)置
定量秤的稱量值時(shí)予以修正，使得落料誤差最小。
２．２ＰＬＣ選型
考慮成本和Ｉ／Ｏ點(diǎn)數(shù)等因素，選用西門子S7-200系列的ＰＬＣ，ＣＰＵ型號(hào)為２２４ＸＰＣＮ。ＣＰＵ
２２４集成了１４個(gè)輸入點(diǎn)和１０個(gè)輸出點(diǎn)，所以采用一個(gè)數(shù)字量擴(kuò)展模塊ＥＭ２２３ＣＮ。共有３０個(gè)輸入點(diǎn)和２６個(gè)輸出點(diǎn)，滿足所需點(diǎn)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(shí)驗(yàn)室的ＰＬＣ試驗(yàn)箱做硬件控制系統(tǒng)和ＰＬＣ控制程序的驗(yàn)證運(yùn)行。
３軟件設(shè)計(jì)
３．１ＰＬＣ控制程序的設(shè)計(jì)
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(tái)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(shí)時(shí)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(shí)，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(shí)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(gè)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(hào)尋址，是用來控制卸料機(jī)１的啟動(dòng)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(dòng)是用于組態(tài)軟件中的變量。當(dāng)啟動(dòng)卸料機(jī)１的開關(guān)被按下或者組態(tài)中的軟啟動(dòng)被置１時(shí)，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(shí)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(shí)現(xiàn)的功能是對(duì)混合機(jī)混料時(shí)間進(jìn)行設(shè)置，地址ＶＷ８０對(duì)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(shí)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(shí)間長(zhǎng)度的定時(shí)器Ｔ９８（１０ｍｓ定時(shí)器）作為定時(shí)ＰＴ值即可實(shí)現(xiàn)。３．２組態(tài)程序的設(shè)計(jì)
首先根據(jù)控制需求選擇ＨＭＩ設(shè)備型號(hào)，進(jìn)行畫面的靜態(tài)設(shè)計(jì)，其次進(jìn)行動(dòng)畫連接設(shè)計(jì)，通過畫面中的對(duì)象真實(shí)的描述外界對(duì)象的狀態(tài)變化，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。通過人機(jī)交互界面可以對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行控制，同時(shí)記錄工作循環(huán)的次數(shù)和用料總量。
考慮ＰＬＣ型號(hào)、控制要求和成本等因素，選擇ＨＭＩ設(shè)備型號(hào)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(diǎn)，而且堅(jiān)固耐用，穩(wěn)定可靠，功能強(qiáng)大，性能卓越，簡(jiǎn)單易用，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。
３．２．１控制畫面的設(shè)計(jì)
控制畫面主要是用來對(duì)１８臺(tái)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(shí)現(xiàn)設(shè)備的啟、停控制和狀態(tài)顯示，同時(shí)利用腳本來對(duì)加工流程進(jìn)行簡(jiǎn)單的模擬。在簡(jiǎn)單對(duì)象中，選擇按鈕圖標(biāo)，插入主畫面中，同時(shí)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(yùn)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(gè)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(duì)應(yīng)的數(shù)值和圖形對(duì)象都會(huì)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(bào)警畫面的設(shè)計(jì)［４］
數(shù)據(jù)報(bào)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(shí)可以進(jìn)行報(bào)警顯示。報(bào)警分為兩種，一種是配方中數(shù)據(jù)設(shè)定值的報(bào)警，即當(dāng)設(shè)定值高于上限或低于下限時(shí)，產(chǎn)生報(bào)警；另一種是稱量設(shè)備稱量值的報(bào)警，即當(dāng)稱量值高于配方中的設(shè)定值時(shí)，產(chǎn)生報(bào)警。在增強(qiáng)視圖中選擇報(bào)警視圖插入畫面中，在屬性框中對(duì)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(bào)警畫面如圖６所示。
 

３．２．３實(shí)時(shí)趨勢(shì)畫面的設(shè)計(jì)
實(shí)時(shí)趨勢(shì)畫面主要是為了控制人員能夠查看稱量值的實(shí)時(shí)趨勢(shì)，可以通過圖形形象的顯示出各個(gè)稱量值的趨勢(shì)，時(shí)刻掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。在增強(qiáng)視圖中，選擇趨勢(shì)視圖插入畫面中，在屬性框中對(duì)其進(jìn)行編輯，將各條趨勢(shì)線與變量相連，并編輯各條趨勢(shì)線的顏色。實(shí)時(shí)趨勢(shì)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(shí)驗(yàn)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(diǎn)擊組態(tài)軟件中的編譯按鈕，對(duì)組態(tài)程序進(jìn)行編譯并啟動(dòng)模擬運(yùn)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(duì)兩者同時(shí)進(jìn)行連接設(shè)置，設(shè)置連接的波特率、連接方式等。撥動(dòng)實(shí)驗(yàn)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(yàn)箱上的ＬＥＤ燈的變化和組態(tài)畫面上相應(yīng)的變化，檢測(cè)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(shí)現(xiàn)控制功能，同時(shí)可以通過良好的可視化界面對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行控制和監(jiān)控。利用實(shí)驗(yàn)室中現(xiàn)有的Ｓ７－２００ＰＬＣ實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行在線調(diào)試實(shí)驗(yàn)，利用ＷｉｎＣＣｆｌｅｘｉｂｌｅ２００８組態(tài)軟件進(jìn)行模擬調(diào)試實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，本設(shè)計(jì)可以達(dá)到預(yù)期的功能，對(duì)于西部的中小型飼料加工企業(yè)具有比較高的參考價(jià)值。