单道多工位饵料投喂机控制系统设计

文章编号：1006-4311（2015）09-0037-04

0 引言

单道多工位气力输送饵料投喂机工作时，将需要输送的饲料集中加装到系统的饲料仓中，在气力的推动下通过下料控制、供料等装置由管道经由分料阀，将饵料输送到各目标投饵机中，并按设定的时间内向池塘抛撒，完成水产养殖投饵作业。要对系统的多项操作功能进行控制，同时还要随时掌握系统设备的工作状态，才能保证正常的运行操作。我们采用了多路无线控制模块、可编程延时器模块等电子模块组合成多路无线监控系统，实现了上述要求的各项功能。经试验运行可以满足本系统的控制要求，由于电子模块价格便宜使得整个控制系统有较低的成本造价，是一种经济实用的控制方式。

1 系统控制

单道多工位气力输送饵料投喂机系统作业工作时，需要有总控制平台对饲料气力输送设备终端投饵设备进行控制，同时需要将终端投饵设备工作状态信息反馈到总控制平台，来完成养殖鱼塘生产作业任务。其系统由饲料气力输送设施、饲料分配装置、饲料投喂设施组成，见图1所示。布局分散是本系统的一个重要特点，也造成系统控制的难点。

2 动力控制

在气力压运输送系统中，动力控制主要对产生压力空气源的风机、驱动关风器的电动减速机进行控制，实现输送饲料的流态化。

在动力系统中采用三相380伏交流电源供电的设备是：用来产生压力空气的输料风机；用于压力空气隔离的关风器。其他电器电源为220伏交流或12伏直流电源供电。

3 远程输料投料控制

3.1 控制模式设计 运行单道多工位气力输送饵料投喂机系统，在运行时需要对各投饵点位进行控制，同时还要采集各投饵点位的状态信息，掌握系统运行状态。因此，整个控制系统应设置一个总控平台，负责向各投饵点位发送控制指令，总控平台还应具有各点位工作状态信息采集显示功能，为操作人员提供系统运行状态信息见图2。

总控平台向各投料点位发送的控制指令是：

①投饵点位分料阀分料、复位信号；②终端投饵机启动、停机信号；③投饵点位工作状态巡回检测启动、停止信号；④终端投饵机临时停止信号；⑤终端控制器复位归零信号。

各投饵点位终端控制器向总控制台传输反馈各投料点位的工作状态是：①控制器中分料阀的分料、直通状态；②终端投饵机抛料风机开启、关闭状态；③终端投饵机定量下料器开启、关闭状态；④终端投饵机料仓有、无饵料；⑤终端投饵机料仓饵料是否加满；⑥是否巡回检测状态。

根据系统控制监测功能要求，应用PC机为上位机，在各个投饵点位控制器中应用PLC或控制卡板为下位机，使用监控组态软件编程，通过I/O设备采用RS485建立远距离通讯网络，对各点位信息进行采集并进行操作控制，是一种较理想的选择。由于项目工作经费有限，我们采用了多路无线控制模块、可编程延时器模块等电子模块组合成多路无线监控系统，实现了上述要求的各项功能。尽管组合模块组成的系统响应时间较慢，经试验运行可以满足本系统的控制要求，由于电子模块价格便宜使得整个控制系统有较低的成本造价。

在单道多工位气力输送饵料投喂机系统中，各投饵目标设置一般比较分散，若采用有线控制方式由于控制项目多、目标点位多、布局分散、相对距离远等特点，需要使用大量多芯电缆很不经济，采用无线发射与接收模块组合成的控制系统，可以完成系统控制与状态信号反馈功能，同时具有简单易行费用较低等优势，其结构见图3所示。

我们在总控制平台采用4路无线发射模块用于功能控制，使用6路点动无线接收模块用于各投料点位工作状态的接收。在终端控制器使用4路自锁型无线接收模块，负责接收功能控制信号并对设备进行控制。采用6路无线发射模块，在巡回检测模块的控制下将投料终端各个设备的状态信息，依次发射传输到总控制平台。

3.2 总控制平台电路原理 根据系统运行功能和试验项目的要求，按照5路控制模式设计了系统总控制平台。总控制平台由功能控制、地址控制、无线接收与发射、投料设置与状态显示4个单元组成，其结构原理见图4所示。

3.2.1 无线接收与发射单元 无线接收单元选用TAD-T6A型点动无线遥控开关接收模块，与各投料点位终端控制器发射装置使用统一编码，系统运行时通过地址模块选址可辨别所接收信号的发出点位。投料设置与状态显示单元中状态显示部分，负责将各点位工作状态信号经延时保存后驱动显示指示灯。各点位反馈的料满停机信号时，输送到动力控制箱切断吹料控制电源停止输料。

无线发射功能控制选用非锁存TAD-T70-M4型无线遥控开关模块，对发射装置进行改造，按照投料点位数量对发射地址进行编码，地址码应与各投料点位终端控制器无线接收装置地址相互一致。将地址设置与功能控制端口引出连接线，与地址控制单元及功能控制单元接通，供地址控制单元选址使用。

系统电路中的无线发射与无线接收采用PT2262/2272 CMOS工艺制造的低功耗通用编解码电路，三态地址端管脚（悬空，接高电平，接低电平）任意组合可提供531441个地址码。在通常使用中，一般采用8位地址码和4位数据码，这时编码电路PT2262和解码PT2272的第1～8脚为地址设定脚，有三种状态可供选择：悬空、接正电源、接地三种状态。3的8次方为6561，所以地址编码不重复度为6561组，只有发射端PT2262和接收端PT2272的地址编码完全相同，才能配对使用。

在无线发射与接收器中标有LBH字样三排方格为编码区，设置地址码的原则是：同一个系统地址码必须一致；不同的系统可以依靠不同的地址码加以区分。至于设置什么样的地址码要以投饵机控制的实际需要自行设置。

3.2.2 地址选择控制 由总控制平台对各终端控制器进行控制，在发射单元对地址进行编码的基础上进行对应控制。在对各终端点位进行作业操作时，首先由操作者选定作业点位按下对应点位的琴键按钮，即接通该点位的地址，就可以开启这个点位的控制开关进行投饵操作，该点位即可进入正常工作状态。以此类推可对全部点位的投饵操作进行控制。在完成控制操作后将琴键控制开关退出置为零位，各点位可按程序预先设定的控制要求对各终端投饵设施进行控制。其中某一路投饵时间到达时，触发延时继电器吸合即自动开启该路地址，延时吸合时间应大于控制信号脉冲宽度，以保证将停止投料信号顺利发出。本部分电路由3联多位按键开关、继电器模块、可设置延时继电器组成，琴键开关的每一个按键负责控制一路投料目标终点控制器。

3.2.3 功能控制与状态指示 功能控制是对各投料点位的分料阀分料与复位，终端投饵机开启与自动计时停止、手动停止，终端控制器巡回检测，终端控制器复位的控制。其中各投料点位的分料阀、终端控制器巡回检测、终端控制器的复位控制，由总控制台的一组按钮统一控制，其控制的具体目标点位决定于地址选择控制器的琴键开关所选定的目标地址。

状态显示电路由6组延时继电器与指示灯组成分别指示投料终端的巡回检测、投饵机的鼓风机、投饵机的下料器、分料阀、料仓高料位与低料位状态情况。由6路无线接收模块的点动信号分别触发各延时继电器吸合并延时，延时时间少于巡回检测的周期时长，在下一个巡回周期刷新状态信号显示到来之前延时结束，做到一个巡回周期对状态信号刷新一次。

终端投饵机手动开启、自动计时停止、手动停止控制，是控制系统中的一个重要组成部分，图5是用于5个投料点位的投饵机控制的电路原理图。

每个投料点位用一组电路控制，包括由一个4路可编程时间控制器模块（用K-BC表示），2个延时继电器与4个普通继电器组成。4路可编程时间控制器为串联时间控制模式，按照投料要求结合4路编程器模块功能，绘制出投料控制时序图，见图6所示。

若需要对某一点位投饵机进行投料时，在t1时间由下料开启按钮发出1-下料触发脉冲，同时K-BC触点1吸合并开始计时开始3-下料计时，这时投饵机抛料风机开启工作，t2时间投饵机下料器开启即开始进行投料作业，本触点吸合时间依据该投料点位的投饵要求事先设定。当到达t3时K-BC触点1关闭触点2吸合，在t3至t4时间段内为投料终止提示，此时接通指示灯与蜂鸣器表示投料即将结束。提示结束到达t4时，K-BC触点2关闭触点3吸合，发出选址脉冲触发选址延时继电器，这时用于控制停止投料型号的地址通道打开，其6-选址延时长度由t4至t6，时间通道宽度保证7-停料脉冲信号的顺畅通过。当到达t5时K-BC触点3关闭触点4吸合，这时发出7-停料脉冲信号，投饵机下料器关闭停止抛料操作。

3.2.4 功能控制的自锁 由于在各终端控制其中的无线接收采用的是自锁型模块，属于双稳态控制模式。在收到一个信号后触点吸合，收到下一个信号后触点即释放。在进行操作控制时若按下2次开启按钮投饵机将被关闭，此时若搬动停止开关则投饵机又会开启，这样由于误操作就会造成控制混乱。

①下料开启自锁。当触发K-BC开启下料时，K-BC第一路计时继电器吸合接通单稳态继电器，在短暂延时后吸合切断下料启动按钮回路，这时再按下启动按钮则不会再发出控制脉冲，避免发生误操作现象发生。

②停机暂停自锁。由2只TZ继电器并联控制停机自锁，在投饵机没有开启时，2只TZ继电器触点为常开状态，搬动停止开关电路不能接通，因此不会发生误触发。当触发K-BC开启下料时，K-BC第一路计时继电器吸合接通TZ继电器的两组触点，此时搬动停止开关触发K-BC停止回零，同时延时器向终端投饵机发出停机单脉冲信号。

③复位自锁。使用2个继电器实现锁定功能，2个继电器常开触点串联只有两个继电器同时吸合时，复位信号电路接通可以对终端控制器发出复位信号。当K-BC未被触发时K-BC触点1的常闭触点端接通，这时当某路地址选择按键按下时另一个继电器常闭触点接通，在这个状态下可以对选定地址的终端控制器发出复位控制信号。如果K-BC处在投料计时状态常闭触点1则断开，控制继电器释放触点断开或在未选定地址时另一继电器触点为断开状态，都不可以发出复位指令。

3.3 终端控制器 在每一个投料点位都要设置终端控制器，其主要功能是负责接收由总控制平台发出控制信号，驱动分料阀、投饵机、巡回检测器工作与复位；还负责将巡回检测的状态信号反馈到总控制平台的工作。终端控制器由无线接收与发射、功能功能控制与检测两个单元构成，其结构原理见图7。

3.3.1 无线接收与发射 无线接收单元选用存TAD-T70-M4型自锁无线遥控开关接收器部分，与总控制平台的发射装置有相对应的地址编码。可以将由总控制平台发射的控制信号接收转化为双稳态开关信号驱动功能控制单元的中间继电器。

无线发射功能控制选用非锁存TAD-T6A型无线遥控开关的发射装置并进行改造，将各路控制端口引出连接线，共巡回检测模块选址使用。为了简化电路发射选择统一地址，不再进行编码控制。

3.3.2 功能控制与信号检测 功能控制与信号检测负责对分料阀、投饵机、状态检测和复位操作进行控制，还需要将分料阀、投饵机、巡回检测料仓饵料量等6个转台信息分别发送到总控制平台，其电路原理图见图8所示。

对分料阀的控制。信号直接来自无线接收模块，当接收到分料信号时接收继电器吸合将分料阀控制电路接通，分料阀置于分料位置，这时行程限位开关开启提供分料位置信号。分料结束后继电器释放，结束分料操作。

对投饵机的双向延时控制。对投饵机进行延时投料与结束投料延时关机控制，保证投饵机输料管道畅通。投料当接收模块在t1时收到开启投饵机信号后，触发延时关闭继电器Y1并接通接电延时吸合继电器Y2。Y1触发即吸合驱动G11为投饵机供电，投饵机抛料风机立即开启准备抛撒饵料；Y2接电后开始延时，待抛料风机运行正常后到达t2时间，Y2吸合接通驱动T11接通下料器电源开始进行抛料作业，这样做可以防止饵料在管道内堆积。当投料时间进行到t3时接收到停止信号时，Y2断电立刻释放，触发T11断开下料器电源停止抛料作业，这时投饵机抛料风机仍旧转动继续将管道内剩余饵料抽吸干净，当到达t4时Y1延时结束触发G11断开投饵机供电停机，投饵机工作时序图见图9。

巡回检测控制。由可编程循序控制器完成，选用8路以上循环顺序控制，其中6路用于6个状态检测信号的巡回采集，富裕的通路设定一定的时间间隔，给功能控制信号留出时间通道。将可编程循序控制器设置为接通触发工作模式，当检测信号接通时，开始巡回检测并向总控平台发射设备工作状态信号；当检测信号断开时巡回检测结束。

复位控制。在控制系统工作过程中有时会因为各种干扰，终端控制器工作状态可能会出现异常，这时使用控制将系统状态回归零位。当发出复位信号后，触发吸合延时释放继电器Y3被触发后吸合，这时Y3的常闭触点断开接收模块的供电，待延是结束后Y3的常闭触点闭合，系统控制状态均回归零位。

4 讨论

王志勇等[2]研制的集中自动投饵系统，向投饵目标抛撒饲料是在饲料输送的同时进行的，是由饲料集中发送端按照投饵目标投饵要求，控制饲料输送量并直接吹入养殖池塘，对各投料目标终端无控制要求。应用PLC对动力系统、下料装置、分配装置分别进行控制，这样既可以做到饵料的精确投放，这个系统结构适用于对各投料点位进行依次顺序投饵作业的形式。由于对各投饵目标依次顺序投饵作业的形式，整个投饵周期延续较长的时间，会使排在后边的池塘的投饵时间严重滞后。

单道多工位气力输送饵料投喂机的控制系统需要分为两个层次，一是在饲料集中发送端对动力系统和下料装置进行控制，完成向各投料点位输送饲料的任务；二是控制各目标投料点位的分料装置，完成向终端饵料及输送饲料的任务。还要对投饵机开启与关闭时间进行控制。在完成控制任务的同时，还要具有将投料终端设施的工作状态信号发回功能。这样的控制方式可以做到各投料点位的投饵机同时开机，可以避免应用气力管道输送需要顺序投饵的问题。由于将气力输送与终端投饵操作分开进行，可以充分发挥气力输送系统的迅速快捷的优势，在饲料投喂的间隔时间内可快速将饲料输送到位，各投料点位就可以按照养殖工艺要求进行投饵，不受管道输送条件的约束。

5 小结

①采用单道多工位气力输送饵料投喂机的控制系统，可以做到投饵作业更加合理化，节约时间既提高了饵料输送效率也提高了饵料投喂效率，减少了电力消耗。

②应用无线遥控方式更适于在气力输送系用中应用，由于池塘养殖投饵系统具有布局分散相对距离较远的特点，在500米的控制范围内使用无线控制方式，是一种经济有效的控制方式。

③该控制系统使用无线遥控开关、多路时间编程、不同类型性延时及多路继电器模块，经实际应用试验达到设计要求。目前市场销售的电子功能模块种类繁多功能齐全，应用各种电子模块组合而成的控制系统，具有简便易行成本低廉等特点。

④由于各模块之间信号传递响应时间较慢，控制信号发送时间应有一定的间隔，整个系统功能控制与巡回检测速度相对较慢。因此模块组合电路控制系统，适于在低频次变换控制中应用。

⑤如果经济条件允许，应用计算机控制系统可以较好的实现系统的控制与状态监测功能。应用PC机为上位机，在各个投饵点位控制器中应用PLC或控制卡板为下位机，使用监控组态软件编程，通过I/O设备采用RS485建立远距离通讯网络，对各点位信息进行采集并进行操作控制，是一种较理想的选择。

参考文献：

[1]郭根喜，庄宝陆，王良运，胡昱，黄小华，等.基于PLC的远程气力输送自动投饵控制系统的设计与实现[J].南方水产，2008，12.

[2]王志勇，谌志新，江涛.集中自动投饵系统的研制[J].渔业现代化，2011，1.

[3]王志勇，谌志新，等.标准化池塘养殖自动投饵系统设计[J]. 农业机械学报，2010，8.

[4]姚福来，田英辉，孙鹤旭等编著.自动化设备和工程设计、安装、调试、故障诊断[M].机械工业出版社，2013，8.

[5]孟庆松，孟庆武、孙国兵等编著.监控组态软件及其应用[M].中国电力出版社，2012，7.

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