1、前言
隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，一種基于工業(yè)自動化控制要求而設(shè)計的控制設(shè)備——可編程序控制器（Programmable Controller），目前己在工業(yè)自動化控制領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。由于這種控制器集成化程度高，兼?zhèn)淞擞嬎銠C的功能特點，其結(jié)構(gòu)簡單緊湊，控制指令豐富，抗干擾能力強，使用操作靈活方便，對使用環(huán)境無過高要求，而且實現(xiàn)了復(fù)雜邏輯控制電路的智能化和軟件化，控制電路及控制程序修改十分方便。再加上程序語言采用工程技術(shù)人員所熟悉的梯形圖（近似于繼電器邏輯電路）進(jìn)行編制，易于實現(xiàn)各種復(fù)雜的控制，而且硬件控制線路十分簡單，學(xué)習(xí)和掌握也十分容易，因而可編程序控制器在工業(yè)自動化控制領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
目前，飼料廠配料工序多采用微機控制系統(tǒng)（國內(nèi)生產(chǎn)的控制機組大多采用微機和STD總線工控機，進(jìn)口控制機組以可編程序控制器為主）進(jìn)行控制，而原糧粉碎工段設(shè)備控制仍以手動操作為主，少數(shù)用繼電器盤實現(xiàn)順序控制。采用繼電器盤進(jìn)行順序和時間控制，硬件線路復(fù)雜，可靠性不高，柜內(nèi)占用空間大，不便于線路修改及維護。而采用手動控制極易產(chǎn)生誤操作，控制準(zhǔn)確性差，人為因素影響大，易增加不必要的設(shè)備啟、停次數(shù)，增加設(shè)備空載運行時間，嚴(yán)重時甚至損壞設(shè)備，因而很難保證產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品一致性，也增加了設(shè)備能耗、運行噪音和產(chǎn)品成本。針對這一情況，我們開發(fā)了可編程序控制器應(yīng)用于原糧粉碎工段自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了原糧粉碎工段控制的電氣自動化。
2、粉碎工段工藝介紹
2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)工藝流程
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由物料提升機、水平輸送機、除塵器、粉碎機、物料分配器及粉料成品倉等構(gòu)成。圖1表示出整個原糧粉碎工段的工藝結(jié)構(gòu)流程圖。整套系統(tǒng)運行特點為連續(xù)工作制，要具有良好的設(shè)備保護能力。一旦出現(xiàn)設(shè)備故障而未及時得到保護，就不但可能使設(shè)備毀壞，而且使各種物料在輸送管路及加工設(shè)備中產(chǎn)生堵塞，給生產(chǎn)帶來不必要的工作量及麻煩。另外，粉碎機為大功率設(shè)備，一般功率為75KW以上，它的合理控制與保護，對系統(tǒng)降低耗能總量及設(shè)備運行噪音起到關(guān)鍵的作用。
圖1 粉碎工段工藝結(jié)構(gòu)圖
2.2 系統(tǒng)設(shè)備控制工藝
下面介紹原糧粉碎工段控制系統(tǒng)的主要控制工藝流程特點：
其控制工藝對除塵器、提升機、輸送機、粉碎機及料斗電插門的啟、停順序和啟、停延遲時間都有較嚴(yán)格的控制要求。在原糧粉碎工段運行過程中，設(shè)備啟動順序為：除塵器→提升機→輸送機→粉碎機→開電插門；停止順序為：關(guān)電插門→粉碎機→輸送機→提升機→除塵器。而各設(shè)備間延時啟停時間的設(shè)定，要根據(jù)設(shè)備及物料的不同，經(jīng)過現(xiàn)場多次反復(fù)測試及調(diào)整，才能得到理想的數(shù)值。在運行過程中某設(shè)備有過載現(xiàn)象時，要求能及時停止過載設(shè)備，然后按停止順序停相關(guān)工段的其他設(shè)備。此外，上述設(shè)備在手動操作時，通常需聯(lián)鎖啟停，以避免物料堆積。
粉碎機的控制要求啟動時采用合理的啟動方式，以保護電機及工廠供電電網(wǎng)的安全。我們利用了可編程序控制器豐富的內(nèi)部定時器資源及其極高的定時精度的特點，對粉碎機的啟動控制采用了星-三角降壓啟動的控制方法。實踐的結(jié)果證明該控制方法不僅安全可靠、調(diào)整方便、降低了啟動能耗和噪音，而且也減少了電機啟動器的投資，為飼料廠帶來巨大的經(jīng)濟效益。
3、可編程序控制器的選擇
輸出點數(shù)的確定：根據(jù)原糧粉碎工段系統(tǒng)的控制設(shè)備臺數(shù)及控制要求為粉碎機的正向及反向啟停、除塵器的啟停、提升機（兩個）的啟停、輸送機（兩個）的啟停、電插門的開關(guān)、物料分配器電磁閥（左分及右分）、設(shè)備故障保護及各設(shè)備的運行狀態(tài)指示及報警，總共輸出控制點為23個。
輸入點數(shù)的確定：輸入信號有程序啟動與停止、自動/手動選擇、設(shè)備聯(lián)鎖、設(shè)備的啟停信號、設(shè)備運行狀態(tài)檢測信號及設(shè)備過載檢測信號等，總共38個控制信號。
日立E系列提供一種40點輸入及24點輸出的可編程序控制器，型號為E-64HR，其結(jié)構(gòu)為單機式結(jié)構(gòu)，控制指令豐富、簡單易懂，十分符合本系統(tǒng)的控制要求。其次，日立E系列極高的可靠性能也是我們選擇它的一個重要原因。
4、控制流程圖及控制程序編制
要想完整準(zhǔn)確地編制控制程序，首先要根據(jù)控制工藝流程繪制出控制流程圖。圖2為該系統(tǒng)的控制流程圖。可編程序控制器提供的移位寄存器功能指令，可以十分方便地實現(xiàn)設(shè)備的順序啟停。根據(jù)控制流程，我們可以將控制程序分為：程序指針控制程序、手動操作控制程序、自動操作控制程序和設(shè)備狀態(tài)檢測、顯示及故障報警程序。系統(tǒng)控制程序略。
圖2 程序控制流程圖
5、控制系統(tǒng)的主要功能
下面介紹該控制系統(tǒng)的主要功能：
多種控制功能可選 系統(tǒng)控制程序設(shè)有手動和自動運行模式。手動控制時，又可選擇聯(lián)鎖或解鎖功能，選擇時通過選擇開關(guān)，選擇十分方便，不需在控制線路中加過多的轉(zhuǎn)換開關(guān)。
2．自動啟、停過程的鎖定功能 當(dāng)啟動自動控制程序時，原糧粉碎工段相關(guān)設(shè)備按工藝要求依次延時啟動。在設(shè)備尚未全部啟動完畢前按下停止鈕，停止操作不起作用。系統(tǒng)處于啟動鎖定狀態(tài)，直至設(shè)備全部啟動。反之，停止時停止操作狀態(tài)也被鎖定。
3．手動、自動操作鎖定功能 手動或自動操作功能在啟動前已被選定。一旦啟動控制程序，當(dāng)前的操作狀態(tài)即被鎖定而無法更改，只有按下停止操作鈕，待全部設(shè)備停止后，所更改的操作狀態(tài)才有效。
4.完善的自動控制功能 在粉碎工段的自動啟、停過程中，設(shè)有自動開電插門5秒（未全部打開）和自動關(guān)電插門10秒（保證電插門關(guān)死）的控制程序。當(dāng)啟動自動程序后，設(shè)備依次自動啟動，并最后完全打開電插門；停止時，設(shè)備反序自動停止后，再關(guān)電插門。在運行過程中，可手動啟、停粉碎機，并開、關(guān)相應(yīng)電插門，當(dāng)粉碎機被停止后，按自動停止順序停止粉碎工段相關(guān)的其他設(shè)備。在控制柜給電后，可由一對啟、停鈕控制輔料工序設(shè)備按工藝要求自動依次延時啟、停，以適應(yīng)上料隨機性和繼續(xù)工作的要求。
5.設(shè)備過載自動保護功能 當(dāng)有設(shè)備過載尚未恢復(fù)，則不能執(zhí)行自動程序。在設(shè)備自動啟動過程中和啟動完成后有過載，先停過載設(shè)備，再關(guān)電插門，然后按反序依次停其他設(shè)備；手動操作時，單臺設(shè)備過載，單臺停。
6.故障報警及故障查詢功能 當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)過載現(xiàn)象時，控制屏上有一紅燈閃爍報警，并伴有蜂鳴聲，故障消除后，操作功能恢復(fù)，紅燈停止閃爍，故障設(shè)備也可以直觀地從可編程序控制器的輸入顯示窗中查到。
7．控制參數(shù)可隨意調(diào)整 時間控制參數(shù)可根據(jù)設(shè)備具體功率和物料的容重進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整十分方便，時間精度達(dá)1／100秒。
6、結(jié)束語
飼料廠原糧粉碎工段采用可編程序控制器進(jìn)行控制，從設(shè)備投資來看，如有兩套粉碎機的系統(tǒng)中，可編程序控制器只需增加投資約4000元，1套粉碎機的系統(tǒng)約增加3500元。但由于可編程序控制器集控制、電源板、定時器、輸入/輸出單元（輸出選繼電器輸出單元）于一體，采用整體設(shè)計，可靠性極高，抗干擾能力極強，而且可省掉幾十個中間繼電器和十幾個時間繼電器，硬件上的自鎖和互鎖控制可由軟件實現(xiàn)，從而使控制線路大大簡化，整個控制系統(tǒng)可靠性大大地得到了提高，實際凈增加投資很少，這是采用繼電器盤，甚至單板機控制無法與之相比的。從實際使用效果來看，不僅簡化了操作過程，提高了控制可靠性和準(zhǔn)確性，而且降低了維修維護工作量，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。由于設(shè)備啟、停采用了精確的自動控制，從而減少了設(shè)備空載時間和啟、停的次數(shù)，提高了生產(chǎn)效率，降低了電力損耗，減少了設(shè)備損壞。改善了生產(chǎn)環(huán)境，增加了社會效益和經(jīng)濟效益。
可編程序控制器不僅可以實現(xiàn)各種開關(guān)量控制、配上A／D及D／A模擬量模塊，還可以實現(xiàn)各種定量控制。如粉碎機控制系統(tǒng)加入電流檢測閉環(huán)控制，可實現(xiàn)粉碎系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)喂料量的更加完善的控制系統(tǒng)。總而言之，在飼料工業(yè)實現(xiàn)部分和全廠自動化控制以及生產(chǎn)管理現(xiàn)代化的過程中，可編程序控制器將會以其優(yōu)越的功能，發(fā)揮越來越重要的作用。