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1、基于 PLC 控制的自动喂猪系统第 - 1 - 页 共 76 页摘要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 自动喂猪系统基于 PLC 控制的自动喂猪系统第 - 2 - 页 共 76 页第第 1 1 章章 我国养猪行业概况我国养猪行业概况1-11-1 人工喂猪流程人工喂猪流程图 1-1
2、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
3、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，V
4、ELOS 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，使得基于 PLC 控制的自动喂猪系统第 - 3 - 页 共 76 页他们可以随意定价，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
5、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。基于 PLC 控制的自动喂猪系统第 - 4 - 页 共 76 页第二章第二章 自动喂猪系统的组成自动喂猪系统的组成2.12.1 自动喂养系统优点及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
6、管 12) .料位控制器2.22.2 自动喂养系统主电路及各部件的作用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 所示基于 PLC 控制的自动喂猪系统第 - 5 - 页 共 76 页图图 2-12-1 PLCPLC 自动喂猪系统主电路及控制电路图自动喂猪系统主电路及控制电路图基于 PLC 控制的自动喂猪系统第 - 6 - 页 共 76 页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
7、，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。2.32.3 自动喂猪系统的工作原理及动作流程图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
8、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 M
9、3 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 所示基于 PLC 控制的自动喂猪系统第 - 7 - 页 共 76 页图图 2-22-2 PLCPLC 自动喂猪系统流程图自动喂猪系统流程图基于 PLC 控制的自动喂猪系统第 - 8 - 页 共 76 页
10、2.42.4 系统中驱动装置的选择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 所示图图 2-32-3 立式搅拌机的外观图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
11、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 所基于 PLC 控制的自动喂猪系统第 - 9 - 页 共 76 页示基于 PLC 控制的自动喂猪系统第 - 10 - 页 共 76 页图图 2-42-4 小车运料及出料装置图小车运料及出料装置图基于 PLC 控制的自动喂
12、猪系统第 - 11 - 页 共 76 页2.52.5 自动喂猪系统的传感器应用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-常开触点图图 2-52-5 行程开关实物及内部原理图行程开关实物及内部原理图工作
13、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 所示基于 PLC 控制的自动喂猪系统第 - 12 - 页 共 76 页图图 2-62-6 压阻式硅压力传感器实物及原理图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
14、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图 2-72-7 光电传感器实物及结构示意图光电传感器实物及结构示意图工作原理：基于 PLC 控制的自动喂猪系统第 - 13 - 页 共 76 页光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、 光电三极管、光
15、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。基于 PLC 控制的自动喂猪系统第 - 14 - 页 共 76 页2.62.6 系统中辅助设备的选择系统中辅助设备的选择 1.储料
16、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，
