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分娩母猪自动饲喂系统的探索性设计与研究

2018-02-21 14:32:19

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在我国农业信息化的大趋势下,我国养猪业的生产方式也发生着根本的改变,正在向产业化、集约化和规模化的方向发展,这就要求将我国传统的依靠人工经验饲喂的方式转变成智能化精细饲喂的方式,才能实现我国养猪业的规模化生产。为实现这一目标,我国的相关养殖企业和研究机构进行了大量的研究工作,并取得了显著的成果。
  一、分娩母猪自动饲喂系统的总体设计与功能
  1、系统总体设计思路
  自动上料系统饲喂规模控制在10头种猪左右,采用开环控制,PC上位机与PLC下位机通过线缆连接通信,PLC下位机与多台步进电机分别通过步进驱动器连接控制,步进电机与落料器通过联轴器连接,组成了完整的自动饲喂系统。工作时当在主机界面中输入一个适当的经验料量值,自动给料器就会自动控制电机转动,带动旋转落料器旋转下料,完成饲喂任务。
  2、系统功能
  系统的基本功能是   先在PC上位计算机界面中输入一个经验料量值,料量值被传送到PLC下位机中,然后转换成控制电机转动需要的当量脉冲数,当自动给料器接到命令后,自动控制步进电机转动,带动与之配套的旋转落料器旋转下料,每一个种猪都是由各自的电机带动相应的旋转落料器旋转下料,而PLC控制器中有一套产生脉冲的核心子程序供调用。
  二、分娩母猪自动饲喂系统的结构组成
  本自动喂料系统由自动给料系统硬件、自动给料系统软件两部分组成,以硬件为基础,以软件为支撑二者共同作用,可实现饲料的适量   投放,同时能够将所有的下料数据保存在种猪饲喂数据库中,并且所有的饲喂数据能以图形的形式直观地显示出来,以便饲喂人员根据饲喂曲线图   好地掌握分娩母猪产子前后进食量的变化规律。
  1、自动给料系统硬件
  自动给料系统主要由PC上位机、PLC控制器、步进电机、步进电机驱动器、槽轮式旋转落料器、联轴器、储料槽等硬件组成。而槽轮式落料器的设计是该系统的核心,因为它的设计和给料系统   下料息息相关。其设计思想就是根据种猪所需要的料量值和落料器旋转一圈落下的料量值得出落料器需要转动的圈数,再将落料器应该转动的圈数转换成控制电动机转动的脉冲当量。这正是容积式计量方式的一种实际应用。
  槽轮式旋转落料器主要由槽轮、轴、壳体、料斗(储料槽)等零件组成,其结构简图如图3所示。工作过程是槽轮在旋转的过程中将从料斗加入的饲料带入到落料器的出料口出下落。此过程槽轮既起计量的作用,又起旋转落料的作用。落料器槽轮转一圈的下料量等于槽轮所有齿轮间容积的和。而转动多少圈由PLC控制器发出的当量脉冲决定。槽轮式旋转落料器的优点就是在饲料的下落过程中,避免了因落料冲击或震动,影响落料精度,也避免了饲料易被挤碎等问题。
  2、自动给料系统软件
  本饲喂系统的软件设计思想采用典型的分散布置、集中控制思路。软件程序由上位机的监视控制程序、上下位机的通信程序、下位机的控制程序组成,程序启动后,通过人机交互界面可实现给料量的输入、历史饲喂数据的显示和查询等。给料系统软件的工作过程是当人工在饲喂主界面中输入料量值后,由下位机执行给料,同时给料值保存在上位机数据库中。
  2.1、上位机显示控制程序设计
  上位机显示控制程序由北京亚控科技公司自主开发的组态王6.0软件进行编程。包括主界面程序、给料界面程序、历史曲线生成界面程序等。主界面中设置若干个喂料变量,即给料量值。将这些喂料变量通过设置和远程PLC控制器中的寄存器直接连接,就能够实现组态王中的变量和PLC实时一一对应,从而将输入的料量值实时传递到PLC中,PLC主程序检测到传过来的信息,调用控制电机转动的脉冲程序发出脉冲到步进电机驱动器,控制步进电机转动。
  在主界面中,点击“历史曲线”图标,会弹出种猪饲喂历史曲线图,该图主要用于事后查看数据和状态变化趋势以及总结规律。历史曲线界面包含一个数据库,库中有若干张表,用来存放每头猪的给料值,历史曲线的生成是通过对曲线构件的设置把离散的数据以图形的形式显示出来的。
  2.2、下位机控制程序设计
  下位机控制程序由西门子的STEP7-Micro/WIN32软件进行编程。PLC控制程序由控制电机转动的主程序、脉冲产生程序等组成。工作流程是当接收到PC上位机发出的控制命令后,经脉冲产生程序产生当量脉冲,然后经主程序输出到步进电机驱动器中,控制步进电机转动,实现精细下料。
  2.3、通信程序设计
  组态王的一大优点就是将各家知名品牌的PLC通信程序打包做成自己的驱动,用户只需要设置选择就可以完成通信任务。采用PPI点对点主从式通信,上位机中设置的所有变量即给料量,都和PLC中的寄存器一一对应,二者同时实时变化。
  针对种猪传统饲喂方式设备简陋、饲喂人员劳动强度大、饲料利用率低以及生产效益差等特点,设计研究了一套分娩母猪自动饲喂系统。该系统以普通PC机作为控制软件的运行平台,以PLC为核心控制硬件,以槽轮式落料器为执行机构,实现了自动精细下料,为规模养殖提供了广阔的前景。 

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