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近年，飼料工業(yè)在取得迅速穩(wěn)步發(fā)展的同時，飼料加工工藝及設備也取得了長足進步。飼料廠的配料混合工藝也隨技術進步而豐富多樣。飼料廠的配料混合工藝及其周期長短，對產量和生產成本有著直接的影響。我國飼料廠的配料混合工藝以重量式為主，本文以北京某飼料廠的技術改造為例，對應用微電腦控制 （PLC） 程序自動控制飼料生產進行闡述。

1 系統(tǒng)方案

通過對比分析，我們知道多料數秤配料混合工藝能夠顯著縮短飼料的配混時間，從而大幅度提高產量，節(jié)省建設資金， 因此， 本系統(tǒng)的配混工藝由原來的多料一秤改為多料雙秤同時配料工藝。 系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，根據集散控制系統(tǒng)的構成原理，將原來的計算機集中控制改為由 PC 機和PLC組成的上下位機控制系統(tǒng)。其中， PC 機主要完成配方管理、 監(jiān)控、 顯示等操作， PLC 進行過程控制。上下位機的通信聯絡，依靠串口通信來實現。 生產管理軟件和控制軟件通過自行開發(fā)完成，這樣可以降低開發(fā)成本， 同時， 增加軟件的實用性和針對性。

飼料自動配料系統(tǒng)由喂料器、計量斗、 稱重傳感器、 PC 機、 PLC 可編程控和執(zhí)行機構等組成， 見圖 1。

本系統(tǒng)的運行過程是先由上位計算機將原料配方數據傳到下位機 PLC， 然后再由 PLC 進行控制。 喂料器將各種原料按配方要求分別送到大、小配料秤， 在配料秤內進行配料。 其結果通過重量傳感器檢測后， 信號經 A/D 轉換模塊和稱重顯示控制儀傳回PLC， 配料完成后， PLC 依照控制程序打開料門， 原料進入混合機進行攪拌， 達到要求后，在 PLC的控制下， 料門開啟出料。

2 配料控制軟件設計

配料是飼料生產的關鍵工序，其配料精度直接影響飼料產品的質量。由于落差、進料沖擊、 工藝參數、 物料性質等的變化， 使配料系統(tǒng)的模型具有非線性和時變性。為提高系統(tǒng)對環(huán)境變化的適應能力，改善或消除落差等因素對精度的影響， 采用了對落差進行預測和配料量的逼近控制，以改善配料精度。配料系統(tǒng)的主要設備是喂料器和配料秤。進料量通過喂料器電機的開斷來控制。此外，配料系統(tǒng)還包括對秤斗和混合機卸料門開關的聯鎖控制。配料系統(tǒng)采用八倉二秤配料稱重工藝，其中大秤對應 5 個倉， 小秤對應 3 個倉。工作時，兩臺配料秤同時進料， PLC 對 2 臺秤進行控制。喂料器采用螺旋式， PLC 通過相應的控制軟件， 根據所編排的進料次序， 順序控制各物料所對應喂料器電機的啟停。配料量的大小由配方計算決定。

2.1 PLC 程序設計思想

為了使 PLC 完成配料控制的功能， PLC需要具有重量信號輸入、重量信號處理、 處理結果輸出等功能。 下面就介紹一下PLC程序是如何完成這些功能的。

2.1.1兩臺配料秤的重量信號分別經稱重顯示控制儀和 A/D轉換后進入 PLC 。 稱重顯示儀輸出的是并行 BCD 碼， 經過程序轉換成二進制碼，存儲在 PLC的數據寄存器中。

2.1.2根據配料工藝的要求，所有原料的加料過程都包含點動過程， 以保證配料的精度。 配料系統(tǒng)的操作人員輸入原料配方，配方包括了各種原料的給料量、提前量和精度， 它們與配料過程的關系是： 當原料重量 <（給料量- 提前量）時， 加料。加料停止后， PLC將原料重量與給料量比較， 在允差范圍內為合格； 小于允差下限， 應進行點動加料；大于允差上限為超差。

2.1.3由于配料系統(tǒng)采用的是累加秤，即由一臺秤按先后順序加入幾種原料，這樣除第一種原料外，得到的重量都是幾種原料的總和。在 PLC 程序中需將幾種原料的重量分開，得到每一種原料的重量， 程序如下：在每種原料稱量時， 記下此時的重量， 稱量時用總重量減去先前記下的重量， 得到的就是此種原料的實際重量。

2.1.4秤體上黏附的原料使配料產生偏差，需要進行去皮處理。 去皮的方法與上述方法相似， 即按下 “去皮” 鍵時， PLC記下此時的重量， 此重量即為基準零點。 在稱量時用總重量減去基準零點值，得到的就是原料的準確重量。

2.1.5加料停止后，從螺旋喂料器到秤斗之間還滯留一部分原料要落入秤斗中，為了使配料精度達到要求，在程序中需考慮這一重量，程序中用“提前量”代表這個值， 當原料重量達到 （給料量-提前量）時停止加料， 由滯留在空中的原料補充提前量差值，從而達到精度要求。

2.1.6考慮到有可能因突然停電造成配料停止，為了不使已配好的原料浪費，已配好的原料的重量需要具有停電保護功能。在程序中， 我們把這些重量信號存在可斷電保持的數據寄存器中。

2.2 控制算法

針對飼料配料過程的特點，可以采用自適應算法和模糊算法等。自適應算法需建立精確的數學模型， 算法本身比較復雜。 模糊算法適用于不易建立準確的數學模型，而有大量的經驗數據可供參考的場合。以上算法由于需要進行復雜的運算，本系統(tǒng)所選 PLC 無法完成這些運算過程， 故應選用簡化的算法。 常用的一維最優(yōu)化方法有整體搜索法、 兩分搜索法、多點等區(qū)間搜索法和黃金分割法， 其中黃金分割法收效最快。本系統(tǒng)所用控制算法以黃金分割法為理論基礎，根據配料誤差，經過多次調整控制重量最終達到系統(tǒng)的控制要求。 由于喂料器的開關控制設備簡單、 投資少，因此， 在飼料廠得到了廣泛的應用。本文采用了應用較廣的開關控制方式。對于配料精度的控制關鍵在于適時地斷開喂料器電機，使配料量盡量接近給定值。由于實際進料量與采樣值之間有一差值(落差)， 因此精度的控制取決于對落差的估計。稱量精度的控制算法如下：

第一秤：控制重量 = 配方重量 — 經驗提前量；

稱量誤差 = 實際稱重­— 配方重；

以后各秤：控制重量 = 前一秤的控制重量 — 前一秤的誤差 ×0.618；

實際稱重 = 當前秤的稱重量 — 前一秤的稱重量；

稱量誤差 = 實際稱重 — 配方重。

3 結論

本系統(tǒng)經過現場調試運行，效果良好。 采用雙秤進行配料， 大料在大秤中配制， 小料在小秤中完成配制， 這樣小料的配料精度明顯提高， 整體精度也可得到有效提高。

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