基于PLC控制的自动喂猪系统资料.docx
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基于PLC控制的自动喂猪系统资料
摘要
伴随我国市场经济体系的不断完善，我国养猪产业有了长足进展，目前我国年猪存栏量、出栏量、肉产量均为世界第一。
以上数据概括了养猪量的不断增加，劳动成本也随之增加。
本次课题设计本着降低劳动力，提高生产效益，从而增加养猪利润，采用自动化养殖技术。
主要利用PLC控制技术及传感器应用实现自动拌料、自动送料、自动清洗等功能。
关键词：
PLC传感器自动喂猪系统
第1章我国养猪行业概况
1-1人工喂猪流程
图1-1为人工喂猪流程，养猪生产中，人工拌料的时候很多，饲料过渡时需要拌料，料中加药时需要拌料，采用湿拌料时需要拌料；但生产中常出现拌料不均匀现象，同时也存在费时费力现象,有时饲养员心情不好时还有鞭笞猪的不良现象，这直接导致猪生长缓慢，降低了养猪利润。
生料喂猪新技术：
采用生料喂猪，不仅节省人力、财力，而且能增加猪的采食量，促进增重，同时可减少饲料消耗。
提高饲料报酬，但是必须讲究生喂的方法。
生喂饲料的选择可选择作生喂的饲料主要是禾本科籽实，如玉米、小麦、稻谷等及其加工副产品，如稻糠、麦麸等。
上述饲料煮熟后营养物质损失达13%以上，其饲养效果只相当于生喂的87%。
此外，青绿饲料也应生喂。
生喂方式有讲究生喂可分湿喂和干喂两种，湿喂料与水的比例不能超过1：
2.50，否则就会减少消化液的分泌，降低消化酶的活性，影响饲料的消化吸收，最适宜的比例应该为1：
1。
拌好的饲料，以能挤出水滴为宜。
干喂是以粉状的形式饲喂，饲后再喂水。
干喂的好处：
一是饲料不易变质，配1次可喂几天，节省人工;二是便于制成配合饲料喂猪。
如果用电气设备自动养猪，则可以降低劳动力从而提高养猪利润，我国是养猪大国，养猪的规模普遍为中小型，而国外的一套自动养猪系统少则几十万，多则几百万（欧元）。
例如：
TEAM系统早在1993年便由奥斯本公司开发出来，但到目前为止在中国仍没有得到应用，VELOS系统也只有寥寥几个大型养猪场正在使用。
国外系统由于技术的垄断，特别是RFID技术的高度保密，使得他们可以随意定价，比如VELOS系统在国内的价格超过30万，而TEAM系统和法国ACEMOMF24母猪多功能自动饲喂系统的价格更是在百万以上，这对于国内的中小型养猪场而言是十分昂贵的，使国内很多养猪户望而却步。
这天文数字决定了这套设备不能普及国内，为了解决这问题，我采用所学的PLC编程控制技术和传感器应用技术，设计了简单的生料自动喂猪系统，实行基本的加料、拌料、出料、送料、喂养、清洗等一系列自动化操作。
这套喂养系统的成本较国外的而言，相当的低，适用于我国中型养猪专业户。
第二章自动喂猪系统的组成
2.1自动喂养系统优点及组成
1.自动饲喂系统优点有：
（1）定时定量喂饲，特别是母猪饲喂；
（2）避免限饲引起的应激反应；
（3）切断了疫病的传播途径；
（4）节省劳动力；
（5）方便、快捷。
2.自动喂养系统的组成
1）.储料塔2）.出料管道
3）.出料口控制器4）.搅拌器
5）.微电脑电控箱6）.料塔接斗
7）.运料小车8）.导轨
9）.小车出料电机10）.小车清洗
11）.水管12）.料位控制器
2.2自动喂养系统主电路及各部件的作用
整个喂猪系统中共用到了4个电动机，其中三个分别是搅拌机驱动装置、小车行走驱动装置和出料轴的驱动装置，还有一个是运料仓的清洗水泵电机。
如图2-1所示
图2-1PLC自动喂猪系统主电路及控制电路图
M1—搅拌机的驱动电动机，主功能是搅拌饲料，受定时时间脉冲和小车原点行程开关SQ4控制。
M2—小车运料的驱动电动机，主要功能搬运搅拌好的饲料，受传感器SQ1和行程开关SQ5控制。
M3—小车上出料的驱动电动机，主要功能是将小车上搅拌好的饲料倒入料槽，受传感器SQ2、SQ3、SQ6、SQ7控制。
M4—水泵，小车清洗装置，主要是清洗小车上的杂物，受传感器SQ4控制。
YH—电磁阀，主要是储料塔出料门控制，受定时时间脉冲控制。
2.3自动喂猪系统的工作原理及动作流程图
当启动开关SB1闭合后，KM1得电闭合，电动机M1正转得电，搅拌机开始搅拌，同时电磁阀YH得电吸合，储料塔开始出料。
延时3分钟后，电磁阀YH失电，弹簧复位，储料塔停止出料，再经过5分钟KM1失电断开，电动机M1停止正转，即搅拌机停止拌料。
检测小车是否在原位SQ4，当小车在原位是SQ4被压合，KM2得电闭合，电动机M1得电反转，搅拌机开始出料，当料满时，即SQ1被压合，KM2失电，电动机M1停止反转，即搅拌机停止出料，同时KM3得电，电动机M2得电正转，小车开始前进。
当小车前置传感器SQ2碰到猪料槽时，KM5得电闭合，电动机M3正转，小车上的储料斗电机正转出料，当升到限位SQ6时，KM5失电断开，电动机M3停止正转，当小车后置传感器SQ3碰到猪料槽时，KM6得电闭合，电动机M3反转，即小车上的储料斗电机反转停止出料，当降到限位SQ7时，KM6失电断开，重复进行，直到小车到达终点限位SQ5，即SQ5被压合，则KM3失电断开，电动机M2正转停止，小车停止前进，同时KM4得电闭合，电动机M2反转开始，小车返回。
当小车返回到原点，即SQ4被压合，KM7得电闭合，水泵M4得电清洗，3分钟后整机停止运作。
动作流程如图2-2所示
图2-2PLC自动喂猪系统流程图
2.4系统中驱动装置的选择
1.搅拌电机
搅拌机，作为本次设计的搅拌系统，是一种带有叶片的轴在圆筒或槽中旋转，将多种原料进行搅拌混合，使之成为一种混合物或适宜稠度的机器。
本次设计中选用立式搅拌机，理由：
立式搅拌机的主要优点有：
投资小、维护简单、使用年限长、占地面积小、外观大方、移动方便。
立式搅拌机带有正转搅拌反转出料功能，符合本次设计的要求
它的驱动装置：
电机和传动机构置于拌筒下方;由电动机、减速器和摆线针直接带动，如图2-3所示
图2-3立式搅拌机的外观图
搅拌机的电动机要求是低速运行。
为达到要求，所以本次选用三相异步电动机和减速器封闭传动，用来降低转速并增大转矩。
但存在缺点，转速低运行发热量会增加，风扇转速降低冷却效果变差，长期使用电机会过热，加速绝缘老化。
补救方法：
可以在搅拌机的电动机旁安装散热装置。
小车运料及出料装置，是本次设计的搬运系统，当小车料满运行时，小车上的料斗传感器接触到料槽时将启动出料电机，其中小车和出料驱动电动机均为三相异步电动机，且安装了减速器。
如图2-4所示
图2-4小车运料及出料装置图
2.5自动喂猪系统的传感器应用
本次设计的系统中，出料电动机的触发信号、小车到达终点信号和装料已满信号都是用的传感器，且种类不同。
1.行程开关
行程开关安装在小车的原点和终点位置作用是防止小车跑出轨道，当到达规定位置时被压合，小车停止运作。
小车出料电机轴的顶部及底部也安装了行程开关，作用是防治出料电机一直无限启动，当电动机带动轴到达最高级最低位置时被压合，切断电动机工作如图2-5所示。
1-物体检测点2-弹簧3-常闭触点4-常开触点
图2-5行程开关实物及内部原理图
工作原理：
当小车或电机轴到达规定位置时，压在1上面，弹簧2因受力的作用变形缩回，导致常闭触点3断开，常开触点4闭合信号被触发。
小车停止工作。
2.压力传感器
压力传感器用在小车的料斗底部，作用是检测装料是否已满，当装料满时传感器被接通，停止出料，小车开始前进。
如图2-6所示
图2-6压阻式硅压力传感器实物及原理图
工作原理：
工作原理当小车装料满时的压力直接作用于传感器的膜片上（不锈钢或陶瓷），使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，和用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号，停止出料，同时启动小车前进。
3.光电传感器
光电传感器是安装在小车前后端的装置，作用是检测小车时候到达猪料槽，当达到猪料槽时被触发，开始出料或停止出料。
如图2-7所示
右图分为：
发送器、接收器和检测电路。
发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管（LED）、激光二极管及红外发射二极管
图2-7光电传感器实物及结构示意图
工作原理：
光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。
接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。
在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。
在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。
此外，光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维。
三角反射板是结构牢固的发射装置。
它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。
猪料槽上装有三角反射板，当小车经过猪料槽时，发射器发出的光束经过三角反射板返回，再由接收器接收检测，最后启动出料电动机出料或停止出料。
优点：
准确、高重复性、响应速度快、高可靠性、长寿命、免维护。
2.6系统中辅助设备的选择
1.储料塔主要用来储存干燥的粉状或颗粒状配合饲料，以供舍内喂饲用。
一般每个猪舍设一个储料塔，建在猪舍的一端或一侧。
储料塔一般用镀锌铁皮制成，以圆形為多，下部呈圆锥形或锥形。
国内有采用低流量高压力的脉冲气流输送。
储料塔有组合式和整体式之分，一般大型储料塔均为组合式，而本次的自动喂猪系统所用到的储料塔需大型的才能满足，所以本次储料塔选用组合式。
2.破拱器是以突然喷出的压缩气体的强烈气流，以超过一马赫（音速）的速度直接冲入贮存散体物料的闭塞故障区，这种突然释放的膨胀冲击波，克服了物料静摩擦，使容器内的物料又一次恢复流动．它是利用空气动力原理，工作介质为空气，由一差压装置和可实现自动控制的快速排气阀、瞬间将空气压力能转变成空气射流动力能，可以产生强大的冲击力，是一种清洁、无污染、低耗能的理想清堵吹灰设备。
破拱器具有结构简单、使用安全方便，冲击力大、安全、节能、自动控制、操作简单，不损伤仓斗等基本优点，是目前最理想的破拱助流装置。
3.出料管道有金属和塑胶两种，塑料管材与传统金属管道相比，具有自重轻、耐腐蚀、耐压强度高、卫生安全、水流阻力小、节约能源、节省金属、改善生活环境、使用寿命长、安装方便等特点，出料管道基本处于垂直方向，收到的压力很小，主要考虑到大气腐蚀等因素影响，所以本次选用塑料管作为储料塔的出料管道。
2.7PLC的选型
1.PLC的比较
PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。
它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入输出，控制各种机械和生产过程。
PLC已经广泛运用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。
PLC应用广泛，种类繁多，其机构型式、性能、容量、指令系统、编程方法、价格等不同。
因此，合理选用PLC，对于提高PLC在控制系统中得应用起着重要作用。
PLC具有高可靠性、抗干扰能力强、功能强大、灵活，易学易用、体积小，重量轻，价格便宜等特点
1.抗干扰能力强，可靠性高。
（采用无触点电路，高品质的电源模块，采用屏蔽、滤波、隔离等措施；完善的I/O接口；独特的程序运行方式，环境适应性强。
）
2.控制性能强，柔性好。
（逻辑控制、步进、定时/计数、模拟量控制、数据处理、通讯联网；修改程序方便。
）
3.编程简单，易学易用。
（采用近似于继—接线路的梯形图编程语言，指令系统简单，在PLC内部增加了解释程序。
）
4.组合灵活，使用方便（为系列产品，可组合成各种规模的控制系统。
直接与外部的I/O设备相连，接线简单，I/O状态显示清晰，便于调试。
）
5.实现联网控制
中国市场上得PLC供应商有几十家，可分为欧美品牌日系品牌、韩国品牌、台湾地区及国内品牌几个集群。
由于PLC从诞生至今，一直是工业领域的主流控制系统，其主流供应商也当然是工业领域的领导品牌。
SIEMENES、MITSUBISHI、OMRON更是各行业用户耳熟能详的名字。
西门子PLC
德国西门子（SIEMENES）是世界著名的PLC制造商，以性能精良而久负盛名。
西门子PLC主要产品是S5、S7系列。
在S5系列中S5-90U、S5-95U属于微型整体式PLC：
S5-100U是小型模块式PLC；中型机主要包括S5-115U、S5-115UH，而大型机主要包括S5-155U、S5-155H。
S7系列是西门子公司近年来在S5系列PLC基础上推出的新产品，其性价比高，其中S5-200系列属于微型PLC，S7-300系列属于中小型PLC，S7-400属于中高性能的大型PLC.
三菱PLC
三菱公司是日本生产的PLC产品的主要厂家之一，很早就进入中国市场。
它具有固定灵活的系统配置、丰富的品种、编程简单、共同的外部设备等特点。
其小型机F1/F2系列是F系列的升级产品，它加强了指令系统，增加了特殊功能单元和通信功能，比F系列更具有控制能力。
继F1/F2些列之后，三菱有推出了FX系列，在容量、速度和网络功能等方面有了全面的加强。
近年来还在不断推出满足不同需求的微型PLC，如FXQS、FX1N/FX3U等产品，其中大型机有A系列QNA系列和Q系列等
欧姆龙PLC
欧姆龙（OMRON）公司是世界上生产PLC的著名厂家之一，至今已有50多年历史，该公司的PLC以门类多、型号多、功能强和适应面广等特点占据我国PLC市场的较大份额。
它的PLC指令系统功能强大，能满足各种控制要求；具有品种齐全的通信模块，在CPU本体上备有标准上位接口；将PC卡使用在PLC中，可以临时存储设备运行情况和各种生产过程数据，并能够十分方便的与太网连接，微型机以SP系列为代表，其体积小、速度快。
小型机有P型、H型、CPM2A系列、CQM1等。
中型机有C200H、C200HS、C200HS/CS1等，其中CS1系列具有中型机的规模，大型机的功能，是一种极具推广价值的新机型。
大型机有C1000H、C2000H、CV等，均采用结构化编程，易读，易调试，并具有更强大的通信功能。
为满足工业控制领域对设备的高性能、高集成度以及提高维护性能的需求，欧姆龙公司推出了全新的具有高度扩展性的小型一体化PLC-SYSMACCP1H，主要包括CP1H-X（标准型）、CP1H-XA（模拟量内置型）和CP1H-Y（高速定位型）3种型号。
这一系列的PLC通过内置多功能充实、强化了应用能力，缩短了复杂程序的设计时间，在电力工业’汽车工业、建筑机械工业等领域得到了广泛的应用。
2.PLC的选型
1.自动喂猪系统的I/O分配表
输入
输出
输入元件
输入代号
作用
输出元件
输出代号
作用
SB1
X0
定时脉冲
KM1
Y0
搅拌机正转
SQ1
X1
小车装满传感器
KM2
Y1
搅拌机反转
SQ2
X2
小车前置出料传感器
KM3
Y2
小车前进
SQ3
X3
小车后置闭料传感器
KM4
Y3
小车后退
SQ4
X4
小车原点限位
KM5
Y4
升（出料）
SQ5
X5
小车终点限位
KM6
Y5
降（停止出料）
SQ6
X6
出料上升限位
YV
Y6
出料管道电磁阀
SQ7
X7
关料下降限位
KM7
Y7
水泵
SB2
X10
急停按钮
SB3
X11
手动启动
SB4
X12
小车前进（手动）
SB5
X13
小车后退（手动）
SB6
X14
搅拌机反转出料（手动）
SB7
X15
料斗伸出出料
SB8
X16
料斗缩回闭料
据上对照表发现PLC的输入端分别为：
定时脉冲信号、小车转了满传感器、小车前置出料传感器、小车后置闭料传感器、小车原点行程开关、小车终点行程开关、小车出料上升限位开关、小车闭料下降限位开关、急停按钮、手动启动按钮、小车前进按钮（手动）、小车后退按钮（手动）、搅拌机反转出料按钮（手动）、小车出料按钮（手动）、小车闭料按钮（手动），一共15个输入。
输出端分别为：
搅拌机正转、搅拌机反转、小车前进、小车后退、小车出料、小车闭料、出料管道电磁阀、水泵，一共8个输出。
所以本次PLC选用三菱的FX1N-30MRPLC
第三章自动喂猪系统的PLC程序
1.自动喂猪系统PLC程序（自动部分）
1）储料塔出料及搅拌程序，如图3-1
储料塔出料及搅拌程序中的1到12步，主要是整个系统的启动与复位，其中SB2（X10）为程序总停按钮，X0为设定的时间触发信号，13到34步是系统搅拌电机的定时运行程序，其中T0，T1分别是控制搅拌电机和电磁阀的运作时间的。
其中X4控制小车远点行程开关，当小车到达原点位置时，触发下个步进。
图3-1储料塔出料及搅拌程序
2）搅拌机出料及小车前进程序，如图3-2所示
搅拌机出料及小车前进程序中的35到39步是出料系统，即当小车在原点SQ4（X4）被压合,搅拌电机反转出料，40到44步是运料小车前进程序，当出料满（X1被触发），小车正转前进（Y2得电）。
图3-2搅拌机出料及小车前进程序
3）料斗出料及停止出料程序，如图3-3所示
料斗出料及停止出料程序为运料小车出关料控制电路，其中SQ6（X6）和SQ7（X7）是小车上出料电动机限位开关，避免出料口无限增大，SQ5（X5）为小车终点行程开关。
图3-3料斗出料及停止出料程序
4）小车返回及清洗程序，如图3-4所示
小车返回及清洗程序中62到67步程序为运料小车返回控制，其中SQ4（X4）为小车返回到原点，即触发清洗系统（Y7得电）同时电机停止反转（Y3失电），待清洗时间到，触发下个动作。
图3-4小车返回及清洗程序
5）复位程序，如图3-5所示
复位程序中为清洗完毕的清理复位。
图3-5复位程序
2.自动喂猪系统PLC程序（手动部分）
1）手动主程序，如图3-6所示
手动主程序中88到126步为整个喂猪系统的手动操作程序
其中SB3（X11）为手动程序的启动按钮，搅拌器自动检测小车是否到位，搅拌机自动正转拌料，当搅拌好时按下SB6（X14），搅拌机反转出料，大哥看出料满时，松开SB6，停止出料。
按下SB4（X12）小车前进，当到达猪料槽时，按下SB7（X15），下车料斗电机正转出料到猪料槽，当到达上限位时，触发限位电机停转，按下SB8（X16），电机反转停止出料，当到达下限位时，电机停转，一次类推。
到小车全部送完料后，按下SB5（X13），小车返回，当到达原点限位SQ4（X4），小车停转，清洗水泵启动，开始清洗，延时5分钟后整机停止。
图3-6手动主程序
感谢信
在论文即将完成之际，我谨向给予我指导、关心和帮助的各位老师、同学及亲戚致以衷心的感谢。
首先要感谢的是我的辅导老师，沈蓬。
我的毕业论文是在沈老师的悉心指导下完成的。
他得教学态度严谨求实，工作方式一丝不苟，平易近人，平时遇到问题都十分耐心的为我解答疑惑。
在我毕业设计期间，包括论文的选题、构思、实现，电气原理图的绘制，程序的设计等方面都给予我极大的指导和帮助。
让我接触到了很多理论和实际上的饿新问题，也是我的知识面得到了扩展。
在此，我特向沈老师表示真诚的感谢和由衷的敬意。
曾经帮助过我的老师、同学、朋友及亲戚，是你们在我大学期间给予了我宝贵的知识，正是由于你们的悉心指导和帮助，才给我提供了良好的学习环境，使我不断的提高自己的专研能力并顺利完成此次论文。
还要感谢我的父母，感谢他们这么多年对我含辛茹苦的抚养，他们的教诲和鼓励给予了我不断奋斗进取的力量。
感谢所有关心我、帮助过我的人，谢谢你们！
参考文献
1紫琪中国畜牧业统计年鉴2001，，2010
2何希才主编传感器及其应用，北京：
国防工业出版社，2001
3王国海主编可编程序控制器及其应用，北京：
中国劳动社会保障出版社，2007
附录
PLC总程序图
升级会员 