近年，饲料工业在取得迅速稳步发展的同时，饲料加工工艺及设备也取得了长足进步。饲料厂的配料混合工艺也随技术进步而丰富多样。饲料厂的配料混合工艺及其周期长短，对产量和生产成本有着直接的影响。我国饲料厂的配料混合工艺以重量式为主，本文以北京某饲料厂的技术改造为例，对应用微电脑控制 （PLC） 程序自动控制饲料生产进行阐述。

1 系统方案

通过对比分析，我们知道多料数秤配料混合工艺能够显著缩短饲料的配混时间，从而大幅度提高产量，节省建设资金， 因此， 本系统的配混工艺由原来的多料一秤改为多料双秤同时配料工艺。 系统的控制系统，根据集散控制系统的构成原理，将原来的计算机集中控制改为由 PC 机和PLC组成的上下位机控制系统。其中， PC 机主要完成配方管理、 监控、 显示等操作， PLC 进行过程控制。上下位机的通信联络，依靠串口通信来实现。 生产管理软件和控制软件通过自行开发完成，这样可以降低开发成本， 同时， 增加软件的实用性和针对性。

饲料自动配料系统由喂料器、计量斗、 称重传感器、 PC 机、 PLC 可编程控和执行机构等组成， 见图 1。

本系统的运行过程是先由上位计算机将原料配方数据传到下位机 PLC， 然后再由 PLC 进行控制。 喂料器将各种原料按配方要求分别送到大、小配料秤， 在配料秤内进行配料。 其结果通过重量传感器检测后， 信号经 A/D 转换模块和称重显示控制仪传回PLC， 配料完成后， PLC 依照控制程序打开料门， 原料进入混合机进行搅拌， 达到要求后，在 PLC的控制下， 料门开启出料。

2 配料控制软件设计

配料是饲料生产的关键工序，其配料精度直接影响饲料产品的质量。由于落差、进料冲击、 工艺参数、 物料性质等的变化， 使配料系统的模型具有非线性和时变性。为提高系统对环境变化的适应能力，改善或消除落差等因素对精度的影响， 采用了对落差进行预测和配料量的逼近控制，以改善配料精度。配料系统的主要设备是喂料器和配料秤。进料量通过喂料器电机的开断来控制。此外，配料系统还包括对秤斗和混合机卸料门开关的联锁控制。配料系统采用八仓二秤配料称重工艺，其中大秤对应 5 个仓， 小秤对应 3 个仓。工作时，两台配料秤同时进料， PLC 对 2 台秤进行控制。喂料器采用螺旋式， PLC 通过相应的控制软件， 根据所编排的进料次序， 顺序控制各物料所对应喂料器电机的启停。配料量的大小由配方计算决定。

2.1 PLC 程序设计思想

为了使 PLC 完成配料控制的功能， PLC需要具有重量信号输入、重量信号处理、 处理结果输出等功能。 下面就介绍一下PLC程序是如何完成这些功能的。

2.1.1两台配料秤的重量信号分别经称重显示控制仪和 A/D转换后进入 PLC 。 称重显示仪输出的是并行 BCD 码， 经过程序转换成二进制码，存储在 PLC的数据寄存器中。

2.1.2根据配料工艺的要求，所有原料的加料过程都包含点动过程， 以保证配料的精度。 配料系统的操作人员输入原料配方，配方包括了各种原料的给料量、提前量和精度， 它们与配料过程的关系是： 当原料重量 <（给料量- 提前量）时， 加料。加料停止后， PLC将原料重量与给料量比较， 在允差范围内为合格； 小于允差下限， 应进行点动加料；大于允差上限为超差。

2.1.3由于配料系统采用的是累加秤，即由一台秤按先后顺序加入几种原料，这样除第一种原料外，得到的重量都是几种原料的总和。在 PLC 程序中需将几种原料的重量分开，得到每一种原料的重量， 程序如下：在每种原料称量时， 记下此时的重量， 称量时用总重量减去先前记下的重量， 得到的就是此种原料的实际重量。

2.1.4秤体上黏附的原料使配料产生偏差，需要进行去皮处理。 去皮的方法与上述方法相似， 即按下 “去皮” 键时， PLC记下此时的重量， 此重量即为基准零点。 在称量时用总重量减去基准零点值，得到的就是原料的准确重量。

2.1.5加料停止后，从螺旋喂料器到秤斗之间还滞留一部分原料要落入秤斗中，为了使配料精度达到要求，在程序中需考虑这一重量，程序中用“提前量”代表这个值， 当原料重量达到 （给料量-提前量）时停止加料， 由滞留在空中的原料补充提前量差值，从而达到精度要求。

2.1.6考虑到有可能因突然停电造成配料停止，为了不使已配好的原料浪费，已配好的原料的重量需要具有停电保护功能。在程序中， 我们把这些重量信号存在可断电保持的数据寄存器中。

2.2 控制算法

针对饲料配料过程的特点，可以采用自适应算法和模糊算法等。自适应算法需建立精确的数学模型， 算法本身比较复杂。 模糊算法适用于不易建立准确的数学模型，而有大量的经验数据可供参考的场合。以上算法由于需要进行复杂的运算，本系统所选 PLC 无法完成这些运算过程， 故应选用简化的算法。 常用的一维最优化方法有整体搜索法、 两分搜索法、多点等区间搜索法和黄金分割法， 其中黄金分割法收效最快。本系统所用控制算法以黄金分割法为理论基础，根据配料误差，经过多次调整控制重量最终达到系统的控制要求。 由于喂料器的开关控制设备简单、 投资少，因此， 在饲料厂得到了广泛的应用。本文采用了应用较广的开关控制方式。对于配料精度的控制关键在于适时地断开喂料器电机，使配料量尽量接近给定值。由于实际进料量与采样值之间有一差值(落差)， 因此精度的控制取决于对落差的估计。称量精度的控制算法如下：

第一秤：控制重量 = 配方重量 — 经验提前量；

称量误差 = 实际称重­— 配方重；

以后各秤：控制重量 = 前一秤的控制重量 — 前一秤的误差 ×0.618；

实际称重 = 当前秤的称重量 — 前一秤的称重量；

称量误差 = 实际称重 — 配方重。

3 结论

本系统经过现场调试运行，效果良好。 采用双秤进行配料， 大料在大秤中配制， 小料在小秤中完成配制， 这样小料的配料精度明显提高， 整体精度也可得到有效提高。

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