■王小陽

（山西省農業(yè)機械化科學研究院，山西太原 030031）

現行的飼料生產企業(yè)普遍存在生產線現場高溫、高噪聲、環(huán)境惡劣、工作環(huán)境差、工人勞動強度大[1]，以及人工參與較多，作業(yè)效率低下，生產更多地依賴于人，可是不同的人會產生不同結果，會造成飼料品質不統(tǒng)一等問題，這樣生產系統(tǒng)就無法保證為管理決策提供真實、有效的數據，造成飼料質量不穩(wěn)定，直接影響了成品顆粒飼料產品的質量。

面對不斷出現的食品安全事件，國家對食品安全越來越重視，飼料安全最終會關系到食品的終端安全，即人的健康，這就要求飼料生產企業(yè)首先能夠對其產品加工的全過程和生產管理的全過程進行有效的實時監(jiān)控；其次生產控制系統(tǒng)不僅要完成生產工藝的控制，還要具備從生產過程中收集大量的信息，為銷售、采購、財務、品質控制等各部門提供原始數據的能力[2]。適應當前檸條顆粒飼料市場的需求，設計現代化質量控制體系及自動化的生產過程控制是勢在必行的趨向。

1 檸條顆粒飼料生產線自動化控制系統(tǒng)組成及工作原理

系統(tǒng)硬件組成主要包括上位機、下位機、MCC電器控制柜、變頻器、智能稱重儀表、稱重傳感器、阻旋料位計、行程開關以及相關的電纜和橋架。

上位機采用性能高端的工業(yè)控制計算機，主要作用是對下位機的運行狀態(tài)進行監(jiān)控，全畫面顯示所有工藝流程同時有數據記錄、異常報警記錄、網絡通訊等作用。下位機PLC采用的是西門子S7-200系列的PLC，S7-200是一種通用型的PLC，具有模塊化、無風扇結構、易于實現分布式的配置以及易于掌握等特點，適合自動化工程中的應用[3]。S7-200中的CPU模塊主要有指令執(zhí)行、I/0讀寫、高速計數、PID調節(jié)等技術功能[4]。S7-200的指令集一般主要有位指令、比較指令、定時指令、計數指令等，總數可到300多條。主要負責接受控制指令及控制參數，對各種信號進行采集，控制輸出設備工作。

在對國內檸條顆粒飼料生產線現狀分析的基礎上，結合生產企業(yè)的實際情況以及自動化控制系統(tǒng)的主要特點與關鍵技術，提出了該自動化控制系統(tǒng)應具備以下功能：①生產工藝過程監(jiān)控功能；②配方管理、配料系統(tǒng)功能；③報表系統(tǒng)功能；④系統(tǒng)的用戶管理功能；⑤設備管理、維護功能；⑥網絡遠程服務功能。

該控制系統(tǒng)采用分布式控制系統(tǒng)，即上位機與下位機聯合通訊的控制方法。工業(yè)控制計算機作上位機，下位機采用可編程序控制器。這種系統(tǒng)具有穩(wěn)定性高、便于管理、軟件開發(fā)費用低，設備替換性好等優(yōu)點。

2 檸條顆粒飼料生產線自動化控制系統(tǒng)軟件設計

2.1 HITECH-ADP監(jiān)控組態(tài)軟件的設計

伴隨個人計算機技術、網絡技術和工業(yè)自動化需求發(fā)展，目前基于個人計算機的監(jiān)控組態(tài)軟件在工業(yè)控制領域與自動化產品監(jiān)控應用十分普遍。組態(tài)軟件呈現出網絡化、小型化、開放式以及低成本等趨勢，廣泛運用于工業(yè)、農業(yè)、樓宇和辦公等領域，形成了國際通用的或者企業(yè)通用的標準化硬件設備、軟件系統(tǒng)和網絡結構等規(guī)范，已成為自動化控制系統(tǒng)當中不可缺少的關鍵組成部分[5]。監(jiān)控組態(tài)軟件主要具有監(jiān)控、數據采集、網絡控制、應用開發(fā)等功能，是伴由計算機技術、可編程控制器、網絡技術及工業(yè)控制等技術發(fā)展起來的。

HITECH-ADP監(jiān)控組態(tài)軟件是一套基于Windows平臺的，用于快速構造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，可運行于Microsoft Windows 2000/XP/Vista/Win7等操作系統(tǒng)。HITECH-ADP監(jiān)控組態(tài)軟件為用戶提供了解決實際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺，綜合了監(jiān)控與數據采集系統(tǒng)、組態(tài)等技術，提供了可以在Windows操作系統(tǒng)環(huán)境下使用各種通用軟件的功能，能夠完成現場流程控制、數據采集、實時報警、數據處理、動畫顯示等功能。HITECH-ADP監(jiān)控組態(tài)軟件與西門子公司的PLC產品系統(tǒng)緊密結合，通過統(tǒng)一的組態(tài)、編程、數據管理及系統(tǒng)通訊，極大地降低了用戶軟硬件組態(tài)的工程量。

2.1.1 系統(tǒng)主界面

主界面包括所有工藝流程，通過鼠標自由切換到其他任意畫面，畫面元素立體顯示，各運行參數動態(tài)顯示在畫面上，各工藝段提供手動和自動二種工作方式。自動時工藝段內的設備點“啟動”按鈕后，按照物料流動方向，逆方向啟動，點“停止”按鈕后，按照物料流動方向，順方向停止；手動時可任意手動啟停單臺設備；如果段內設備出現故障時，點“急停”按鈕后，段內所有設備立即停止工作。系統(tǒng)主界面如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)主界面

2.1.2 參數設置界面

根據檸條顆粒飼料生產工藝要求，需要對脈沖除塵器、制粒機星三角啟動時間、配料攪籠啟動時間以及歷史記錄寫值時間進行設置。參數設置界面如圖2所示。

圖2 參數設置界面

2.1.3 配方設置界面

自動配料是檸條顆粒飼料生產加工工藝的核心工序，直接影響成品飼料質量的高低，也由此直接影響飼料企業(yè)的存活。界面除了有配方輸入功能外，還可以更改加料次序以及“混合時間”、“混合出料時間”、“刮板機送料時間”等參數的設置。配方設置界面如圖3所示。

圖3 配方設置界面

2.1.4 歷史記錄界面

歷史記錄是對數據進行記錄的一種重要形式，是生產過程不可缺少的一個部分，能對長期的生產過程進行統(tǒng)計、分析。使用時，可將當日、當班的各生產報表（各種原料實際消耗和成品產量等）按照客戶要求進行打?。桓黝悎蟊磉€可自由設定，輸出為EXCEL、CSV文件格式，保存到本地計算機或者是指定部門的遠程計算機上，為銷售、采購、財務、品質控制等各部門提供原始數據，使管理人員能夠實時掌握和分析生產情況。歷史記錄界面如圖4所示。

圖4 歷史記錄界面

2.1.5 運行管理界面

該界面提供了主要設備實際運行時間和檢修維護時間設置的窗口，當實際運行時間大于檢修維護時間，系統(tǒng)將自動報警提示，幫助管理人員對設備進行精細化管理。運行管理界面如圖5所示。

2.1.6 調試及用戶管理界面

圖5 運行管理界面

HITECH-ADP監(jiān)控組態(tài)軟件提供了一套完善的安全機制，進入系統(tǒng)時，首先要求輸入操作員密碼才能夠進入，不同功能的界面需要有操作權限的操作員才能對其進行操作；為了軟件調試的要求，界面設計配料系統(tǒng)模擬的“料位”、“小料”、“混合”、“秤門”、“秤頭”按鈕，這也是組態(tài)軟件不可缺少的一部分。調試及用戶管理界面如圖6所示。

2.2 下位機PLC的軟件設計

下位機PLC編程軟件采用STEP7-Micro/WIN[6]，STEP7-Micro/WIN編程軟件用于S7-200的編程語言梯形邏輯圖（Ladder Logic）、語句表（Statement List）和功能塊圖（Function Block Diagram）都集成在一個標準軟件包中[7]。下位機西門子S7-200系列的PLC的軟件設計如圖7所示。

圖6 調試及用戶管理界面

圖7 下位機PLC的軟件設計

2.3 監(jiān)控組態(tài)軟件與PLC的連接

工作參數窗口主要負責建立系統(tǒng)與外部硬件設備的連接，只有建立了工作參數窗口，才能使監(jiān)控組態(tài)軟件從外部設備讀取數據并控制外部設備的工作狀態(tài)，進而實現整個加工過程的實時監(jiān)控。

首先單擊“應用窗口”，然后單擊“工作參數”按鈕，進入工作參數組態(tài)對話框。在“工作參數”對話框中，設置PWS地址、通訊口/聯線方式以及Simatic S7-200的預設地址/站號、傳輸數率、資料位、校驗位、停止位等參數。如圖8所示。

3 結論

檸條顆粒飼料生產線控制系統(tǒng)根據檸條顆粒飼料加工生產設備以及整個生產工藝要求，據此提出了整個生產線控制系統(tǒng)和各個子部分的控制方案。實現了從原料到成品包裝各個生產環(huán)節(jié)的視窗化的操作模式，方便了操作工人的使用，實現了系統(tǒng)的實時化監(jiān)控、數據共享等多項要求。解決了原來普遍存在配料控制系統(tǒng)精度不高，穩(wěn)定性欠缺，人機界面不友好，操作繁瑣，不易掌握，報表系統(tǒng)簡單，無法對配合飼料實時監(jiān)控等問題，實現了既定的設計目標和要求。

圖8 監(jiān)控組態(tài)軟件與PLC連接設置