曹应明 顾菊芬

本文针对现代饲料厂对控制系统特别是对配料控制的特殊要求，设计了基于PLC和Wincc的饲料厂智能监控系统，实现全厂设备的自动控制、状态显示、报警记录和数据归档等功能，特别是应用自适应控制算法实现连续配料控制，很好地解决了现代饲料厂对全厂控制特别是精确配料的要求。

1 系统构成与配置

根据全厂及配料工艺控制要求与特点，我们本着“集中管理、分散控制”的原则，采用了西门子公司S7－300控制器和ET200分布式IO站点，监控操作层配置了两台DELL计算机作为工程师站和操作员站。如图1所示，上位监控计算机通过工业以太网与PLC实现通讯，PLC作为主站通过Profibus总线与ET200通讯。

图1 系统硬件构成与配置

该系统实现了管理与控制相分离，上位机用于集中监视管理功能，下位机下放分散到现场实现分布式控制，上下位机之间用工业以太网络互连实现相互之间的信息传递。因此，这种分布式的控制系统体系结构提高了控制器处理能力和响应速度，为实现精确控制提供了保证。

2 监控软件设计

上位机监控部分采用Wincc6.0组态软件进行实时监控。Wincc的性能、功能和开放性均达到当今工业控制的先进水平，它不仅功能强大，易于使用，安全性好，而且全面开放，扩展灵活，性价比高，国内外已有相当的用户基础。监控系统人机交互界面友好，操作方便，主要实现流程显示、手动/远程控制、状态显示、参数设定、实时数据显示、历史数据存档、趋势分析、报警和打印等功能。

图2 Wincc画面——多组份混合配料线

3 控制软件设计

PLC编程工具采用STEP 7V5.3专业版，编程使用STL语言，STL语言执行效率高、可以实现复杂的控制算法，这是梯形图等编程方法所无法实现的。根据工艺流程的要求，实现如下控制功能。

3.1 进料线和传输线的顺序控制

根据控制要求，实现各设备的启动顺序逆物料流向，停止顺序顺物料流向。启动时先启动最后一台设备，经过一定时间延时，再依次启动其他设备。停止时应先停止最前一台设备，待物料运送完毕后再依次停止其他设备。停车时前后两台设备之间的时间差由后一台设备的运行速度和设备长度而定。正常运行时,只要有一个仓下料位器发出信号，该仓就按规定流程进料，直到该仓上料位器发出“满”信号时方停止进料。在该仓进料过程中，其他仓即便下料位器发出无料信号也不能启动。为便于操作、维修和调整，每台电动机都有顺序操作、机旁操作和点动启动方式。当某台设备发生故障时，该台设备及其前面的设备立即停止运转，而该台设备以后的设备待运完物料后再停止。

3.2 配料控制

多组份配料系统如图2所示，各饲料组份经过PLC控制的变频绞龙投入下面的批量秤中，达到配方要求的重量后放入混合机混合。下面简单介绍应用自适应算法实现精确配料的方法。

3.2.1 连续配料

图3 自适应配料过程

如图3所示，这是正常情况下两级连续配料控制的曲线，分为快速配料、慢速配料和冲量配料三部分。P1为快慢配料切换点，P2为配料断点即此时慢速配料结束，绞龙停止配料，由绞龙下方管道内剩余的原料实现冲量配料。控制程序的目的是要确认在快/慢投料后原料实际重量在配料秤允许偏差范围内。为了达到这个目的，控制器在每次仓投料后测得的两个数值w1和w2，通过这两个数值可算出实际原料重量。配料在重量达到P1之前为快配料，然后速度由v2线性递减到v1。递减曲线的斜率(递减速度)由每个配仓的参数t1定义。重量达到P2之后配料停止。设定时间t3结束之后，系统将确认实际重量是否在偏差允许范围之内。

3.2.2 脉冲再配料(见图4)

如果快/慢连续投料完成之后原料实际重量还低于目标重量负偏差，将进行脉冲模式再配料。循环：以速度v1清空配料绞龙（投料速度：慢速），脉冲长度=t6；秤稳定时间（t3）后，测试重量，如果没有满足负偏差则继续重复脉冲配料，但必须在时间c1之内。

3.2.3 配料断点P2和快/慢速配料切换点P1的优化

在快/慢速传送连续喂料完成之后，系统将自动对配料断点和快/慢速配料切换点进行修正。

图4 脉冲自动配料过程

图5 断点和切换点修正

图6 切换点修正

①如果目标值（目标重量）不等于实际值（实际重量），“快/慢速切换点”和配料断点都必须进行修正，如图5。但为了保证稳定有序输出，每次操作只修正50%的偏差。

配料断点修正值＝f1×δw(修正值≤c2)；

快/慢速切换点修正值＝f1×δw(修正值≤c2)。

②如果测得的慢速传送时间（t7）不等于目标时间（t1加t2），必须对“快/慢速切换点”进行修正，如图6。如果t7＜(t1+t2)/4，用测得的平均值“flowrate”修正。

快/慢速切换点修正值=f1×(t1+t2－t7)×(实际值/t6)(修正值≤c2)；

如果t7＞(t1+t2)/4，切换重量与修正的目标时间成比例；

快/慢速切换点修正值=w1×f1×(t1+t2－t7)/t7(修正值≤c2)。

4 结语

该系统在使用过程中取得了良好的效果，不仅提高了配料的精度和速度、增加了配方管理的灵活性、降低了工人的劳动强度而且实现了生产过程中的整体优化，为生产厂家取得了良好的经济效益。

[1]周建洪.自动配料控制系统的研制[J].工矿自动化,2003(6)：27－29.

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