基于PLC控制的自动喂猪系统.docx

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基于PLC控制的自动喂猪系统

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

第一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：

，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

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

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。

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

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

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。

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。

PLC的选型

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