飼料產業是現代養殖業發展的物質基礎，同樣也是中國的一個朝陽產業。目前在西部高原偏遠地區仍然有為數眾多的中小型飼料加工企業采用老式的繼電器接觸控制系統，其控制系統存在加工自動化程度較低、生產效率相對較低和可靠性較差等問題。隨著工控技術快速發展，對原有飼料企業進行技術改造顯得很有必要。ＰＬＣ目前已經廣泛應用于工業控制現場，該技術用于飼料生產線控制，具有控制功能強大、可靠性高、邏輯性強、編程簡單等優點；觸摸屏是實現人機交互的橋梁，通過觸摸屏這一人機交互界面可對設備進行控制和狀態監控，具有可靠性高，避免或減少機械開關磨損，提高設備使用壽命的優點，二者結合是現代工控的一大趨勢。
１小型飼料生產線控制系統改造實例
１．１飼料生產控制系統的組成
某小型飼料生產廠擬在基本不改動現有飼料生產設備情況下對電控系統進行改造，現有設備情況：８臺卸料機、８臺定量秤及傳送帶和混合機。８臺卸料機對應８臺定量秤，以上１８臺設備均由不同型號的電動機進行驅動。因此在控制系統中，控制對象為不同型號的電動機，根據電動機功率的大小，電動機的啟動和停止分別采用不同的方式。由于８臺卸料機和８臺定量秤采用小功率的電機，所以采用直接啟動和停止。傳送帶和混合機采用功率較大的電機，所以采用星三角減壓啟動和反接制動。
該系統上位機采用WinCCＦｌｅｘｉｂｌｅ２００８組態軟件開發監控界面，下位機采用西門子S7-200系列的ＰＬＣ完成控制功能，中間利用ＭＰＩ電纜進行通信。在飼料生產控制中，ＰＬＣ不僅要控制設備的啟動和停止，同時將輸出狀態反饋給上位機。通過上位機動態畫面顯示設備的具體狀態和對設備進行控制。
在飼料生產控制系統中，主要的組成部分有：人機交互模塊ＨＭＩ、ＰＬＣ模塊、被控對象，如圖１所示。

１．２飼料生產控制流程
（１）８臺卸料機工作
在飼料加工過程中，首先８臺卸料機工作，開始進行卸料。
（２）８臺定量秤工作
在卸料機工作的情況下，對應的定量秤開始稱量，當達到設定的稱量值時，定量秤開始工作，對應的卸料機停止工作，此時表示稱量完成，定量秤開始卸料。
（３）傳動帶和混合機工作
在飼料加工過程中，傳動帶和混合機的啟動和停止分為手動方式和自動方式。手動方式是通過手動來實現傳動帶和混合機的啟動和停止。自動方式是在８臺定量秤任意兩臺或兩臺以上工作后，傳動帶和混合機自動啟動，當８臺定量秤全部工作后，傳送帶運行２ｓ后，反接制動停止工作，此時假設表示原料全部傳送完畢，則混合機運行一段時間后（混料時間可通過觸摸屏上的Ｉ／Ｏ域進行設置），反接制動停止通過，此時假設表示原料混合完畢。混合機停止的同時８臺定量秤全部停止工作，同時卸料機開始工作，此時完成一個工作循環。
２飼料生產控制系統硬件設計［１－３］
２．１Ｉ／Ｏ點數的計算
根據小型飼料生產控制系統的工藝流程和控制要求，本著實用和經濟的原則，飼料的稱量直接用定量秤實現（因為該廠的飼料配方改變較少），該型號定量秤在到達設定稱量值時，會輸出一個開關量信號，用這個開關量信號作為卸料機的停止信號，這樣就把控制系統實現了簡化，因此，８臺卸料機的啟動和停止共需要１６個輸入點，８臺定量秤的啟動共需要８個輸入點，傳送帶和混合機的啟動共需要４個輸入點，同時需要一個急停輸入點，綜上所述共需要２９個輸入點。
８臺卸料機共需要８個輸出點，８臺定量秤共需要８個輸出點，由于傳送帶和混合機采用星三角降壓啟動和反接制動，所以共需要８個輸出點，綜上所述共需要２４個輸出點。
落料誤差通過實驗卸料機的速度等因素在設置
定量秤的稱量值時予以修正，使得落料誤差最小。
２．２ＰＬＣ選型
考慮成本和Ｉ／Ｏ點數等因素，選用西門子S7-200系列的ＰＬＣ，ＣＰＵ型號為２２４ＸＰＣＮ。ＣＰＵ
２２４集成了１４個輸入點和１０個輸出點，所以采用一個數字量擴展模塊ＥＭ２２３ＣＮ。共有３０個輸入點和２６個輸出點，滿足所需點數要求。為保證控制系統及其ＰＬＣ程序的可靠性，擬利用實驗室的ＰＬＣ試驗箱做硬件控制系統和ＰＬＣ控制程序的驗證運行。
３軟件設計
３．１ＰＬＣ控制程序的設計
ＰＬＣ編程采用西門子編程軟件ＳＴＥＰ７Ｍｉｃｒｏ／ＷＩＮ３２Ｖ６．０。該軟件是基于Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系統平臺的應用軟件，用于S7-200創建可編程邏輯控制程序的標準軟件，可使用梯形圖邏輯ＬＡＤ、功能塊圖ＦＢＤ和語句表ＳＴＬ進行編程操作。使用該軟件可根據控制系統的要求編制控制程序并完成與ＰＬＣ的實時通信，進行程序的下載與上傳及在線監控。根據控制要求，編程思路首先是卸料機的工作，將原料卸載到定量秤上，然后定量秤工作。當稱重量到達設定值時，卸料機停止工作，混合機和傳送帶開始工作，工作一段時間后，混合機和傳送帶停止工作，卸料機開始工作，完成一個循環。具體的程序流程如圖２所示，部分控制程序如圖３所示。

這段網絡采用的是符號尋址，是用來控制卸料機１的啟動和停止的，包括輸入映象寄存器和位寄存器。其中的卸料機１軟啟動是用于組態軟件中的變量。當啟動卸料機１的開關被按下或者組態中的軟啟動被置１時，卸料機１開始工作，并且工作狀態被保持，直到急停、停止卸料機１等被按下時卸料機１停止工作。
 

圖４所顯示的程序段，即網絡３２實現的功能是對混合機混料時間進行設置，地址ＶＷ８０對應的是觸摸屏上Ｉ／Ｏ域變量，采用傳送指令讀取Ｉ／Ｏ域變量的混料時間設定值，并采用整數乘法指令擴大１００倍，然后傳送給控制混合機工作時間長度的定時器Ｔ９８（１０ｍｓ定時器）作為定時ＰＴ值即可實現。３．２組態程序的設計
首先根據控制需求選擇ＨＭＩ設備型號，進行畫面的靜態設計，其次進行動畫連接設計，通過畫面中的對象真實的描述外界對象的狀態變化，達到實時監控的目的。通過人機交互界面可以對生產設備進行控制，同時記錄工作循環的次數和用料總量。
考慮ＰＬＣ型號、控制要求和成本等因素，選擇ＨＭＩ設備型號為ＰａｎｅｌｓＴＰ２７０。ＴＰ２７０具有創新性的操作員控制和監視功能以及固有操作員面板的優點，而且堅固耐用，穩定可靠，功能強大，性能卓越，簡單易用，價格低廉等優點。
３．２．１控制畫面的設計
控制畫面主要是用來對１８臺生產設備進行控制和監控的。在ＨＭＩ設備中主畫面可以實現設備的啟、�？刂坪蜖顟B顯示，同時利用腳本來對加工流程進行簡單的模擬。在簡單對象中，選擇按鈕圖標，插入主畫面中，同時設置該按鈕的屬性，用于控制設備的啟、停和畫面之間的切換；插入棒圖，編輯屬性，用于顯示運行狀態；插入指示燈，編輯屬性，與相應的變量連接，用于各個設備的狀態顯示。控制畫面如圖５所示。

為了能夠模擬生產過程中的工藝流程，在程序中采用了腳本代碼。腳本的觸發事件是“卸料機”變量數值的更改。當卸料機工作或定量秤工作后，主畫面中對應的數值和圖形對象都會發生變化。
部分腳本程序如下：
ＩｆＳｍａｒｔＴａｇｓ（"卸料機１"）＝ＴｒｕｅＡｎｄＳｍａｒｔ－Ｔａｇｓ（"定量秤１"）＝ＦａｌｓｅＴｈｅｎ
ＩｆＳｍａｒｔＴａｇｓ（"定量１"）－ＳｍａｒｔＴａｇｓ（"稱量
值１"）＞１Ｔｈｅｎ
ＳｍａｒｔＴａｇｓ（"稱量值１"）＝ＳｍａｒｔＴａｇｓ（"稱量值１"）＋１
ＳｍａｒｔＴａｇｓ（"卸料值１"）＝ＳｍａｒｔＴａｇｓ（"卸料值１"）－１
Ｅｌｓｅ
ＳｍａｒｔＴａｇｓ（"稱量值１"）＝ＳｍａｒｔＴａｇｓ（"稱量值１"）＋０．１
ＳｍａｒｔＴａｇｓ（"卸料值１"）＝ＳｍａｒｔＴａｇｓ（"卸料值１"）－０．１
ＥｎｄＩｆＥｎｄＩｆ
３．２．２數據報警畫面的設計［４］
數據報警畫面主要是用來選擇加工飼料的配方和配方中數據的顯示，同時可以進行報警顯示。報警分為兩種，一種是配方中數據設定值的報警，即當設定值高于上限或低于下限時，產生報警；另一種是稱量設備稱量值的報警，即當稱量值高于配方中的設定值時，產生報警。在增強視圖中選擇報警視圖插入畫面中，在屬性框中對其進行編輯，設置定量秤的上限值和下限值。數據報警畫面如圖６所示。
 

３．２．３實時趨勢畫面的設計
實時趨勢畫面主要是為了控制人員能夠查看稱量值的實時趨勢，可以通過圖形形象的顯示出各個稱量值的趨勢，時刻掌握設備的運行狀態。在增強視圖中，選擇趨勢視圖插入畫面中，在屬性框中對其進行編輯，將各條趨勢線與變量相連，并編輯各條趨勢線的顏色。實時趨勢畫面如圖７所示。

４飼料生產控制系統的軟硬件調試
由于實驗室中的觸摸屏是Ｓｍａｒｔ７００，所以將WinCCｆｌｅｘｉｂｌｅ２００８組態軟件中編輯的畫面程序進行模擬仿真，點擊組態軟件中的編譯按鈕，對組態程序進行編譯并啟動模擬運行，出現初始畫面；將寫好的Ｓ７－２００程序下載到ＰＬＣ中，開啟Ｓｔｅｐ７軟件的在線監控。再對兩者同時進行連接設置，設置連接的波特率、連接方式等。撥動實驗設備上的開關或者按下組態畫面中的按鈕，觀察試驗箱上的ＬＥＤ燈的變化和組態畫面上相應的變化，檢測其性能是否滿足要求。
５結論
基于ＰＬＣ和組態軟件的飼料生產控制系統，不僅可以通過硬件來實現控制功能，同時可以通過良好的可視化界面對生產設備進行控制和監控。利用實驗室中現有的Ｓ７－２００ＰＬＣ實驗箱進行在線調試實驗，利用ＷｉｎＣＣｆｌｅｘｉｂｌｅ２００８組態軟件進行模擬調試實驗，結果表明，本設計可以達到預期的功能，對于西部的中小型飼料加工企業具有比較高的參考價值。