混凝土搅拌车控制原理在饲料搅拌机系统中的应用

　　摘要:以畜牧业规模化养殖对饲草加工的需求为出发点，在混凝土搅拌车优选配合比控制系统的基础上，结合全混饲料搅拌机的应用特性，设计和研究了一套以AT9621为核心处理器的全混饲料搅拌机智能控制系统，并对该系统进行了试验验证。试验结果表明:该全混饲料搅拌机智能控制系统精度非常高，能够达到设计要求，具有较高的有效性和可行性。

　　关键词:混凝土,优选配合比,全混饲料,搅拌机,导航

　　近年来，国家不断鼓励和扶持农民群众大力发展畜牧养殖业，大大加快畜牧业发展步伐。随着畜牧养殖业的不断发展，畜牧业养殖户对自动化设备的要求将会越来越高，而现阶段，饲料的混合配比大多还是由人工完成，效率低下。

　　为此，本文以解决饲料原材料自动配比为出发点，设计了一套基于AT9621全混饲料搅拌机智能控制系统，大大地减少了畜牧养殖业的劳动力。

　　1混凝土搅拌车优选配合比控制系统

　　混凝土质量的好坏会直接影响水木工程的施工质量，因此在原材料配比设计中重点需要考虑混凝土的耐久性和稳定性，确保整个工程的质量安全。混凝土原材料主要包括水、砂、石和水泥等，在施工过程中要严格按照施工材料标准进行控制;另外，对各个原材料的占比也应该严格进行管理，采用优选配占比进行原材料的比配。实现高性能混凝土的优选配占比应注意如下几个方面:①添加减水剂;②严格控制水灰比;③使用矿物掺和料;④使用合适的砂、石。

　　除了控制原材料优选配占比，制作高效的混凝土还需要有一个可靠的混凝土搅拌机控制系统，其核心功能是保证配料系统、供水系统及搅拌系统的可靠运作，从而保证各个物料的精确配比。为了实现配料系统、供水系统、搅拌系统控制的精准度，系统采用变频器控制电机的转速，该系统采用Atmel公司的AT9621控制器实现混凝土搅拌机工业控制系统。

　　系统采用Atmel公司的AT9621微处理器为核心控制器件，配料系统(包括称重传感器、电动机等)由微处理器进行控制，人机交互由模块接口连接输入输出实现，服务器与微处理器之间通过TCP/IP的方式进行数据的传输与共享。从系统网络功能来分，整个搅拌机控制可以分为控制层、监测层和设备驱动层。

　　从网络层次结构上来说，系统网络分为3个层次:控制层、监控层和设备层。其中，控制层主要由服务器和AT9621微处理器构成，二者是整个控制系统的大脑，通过读取现场信号、对内部程序的扫描和接收服务器发送过来的指令信息，输出信号对现场控制柜进行控制操作;监控层则通过人机交互界面对微处理器的一些原先设定的参数信息进行修改，并实现对整个混凝土搅拌机工作流程的监视;设备层则包括现场的传感器、电动机、电磁阀和现场控制开关，具体是通过传感器获取现场的作业信息，实现对设备的驱动控制。

　　2全混饲料搅拌机智能控制系统

　　全混饲料搅拌机是根据牛、羊、猪等牲畜生产阶段，按照配方将各原材料混合搅拌成的一种富有营养的全价日粮。本文在混凝土搅拌车优选配合比控制系统的基础上，结合饲料搅拌机的特性，研发了一种全混饲料搅拌机控制系统。该系统采用合理的控制方法，能够对原材料进行搅拌、切割等操作，使各种饲料按比例混合，保证了饲料的营养价格，达到科学饲养的目的。

　　2.1全混饲料搅拌装置的设计方案

　　本文根据全混饲料原材料剪切、揉搓、混合等搅拌特点，在混凝土搅拌车优选配合比控制系统上设计了一种全混饲料搅拌机智能控制系统。该系统的搅拌装置由加料和卸料机构、拌仓、原动机、混合室、出料门、传动机构、螺旋搅龙、梅花刀片、机架，以及支承装置等组成。全混饲料搅拌装置总体设计方案。

　　全混饲料搅拌装置是一种新型高效混合设备，螺旋搅龙共有3个，上层两个搅龙将物料从中央向两侧输送，完成物料的对流混合，下层单个搅龙将搅拌好的物料进行输出;其减速电机主要为旋转搅龙提供动力，安装于搅龙螺旋叶片上的梅花刀片随搅龙旋转。

　　2.2智能控制系统的硬件设计

　　2.2.1控制系统结构设计

　　搅拌机智能控制系统以AT9621微处理器为核心，根据全混饲料的搅拌规则，结合螺旋搅龙控制方式，以物料的分类称重及均匀搅拌为目的，按照配料控制算法自动、连续地控制各部分物料的计量，自动进行配料、投料，实现麦秸秆、小麦粉、玉米粉的精细混合，完成生产任务。搅拌机智能控制系统包括微处理器、称重传感器、可控硅、控制柜、LCD、键盘、鼠标和网口等部件。

　　2.2.2称重传感单元

　　称重传感单元由称重传感器、信号调理电路、阀门开关及电机驱动等部分构成。称重传感器将原料仓输送过来的物料质量转化为微弱的模拟信号，传送给微处理器。由于工业环境比较复杂多变，为了使称重传感器输出的模拟信号准备被单片机采集到，特加入信号调理电路，通过放大、滤波和AD转换后传送给微处理器，解决了信号线路中的衰减误差。另外，为了准确控制原材料的质量，采用电机驱动的方式对阀门开关进行实时关闭，保证优选配比的精度。

　　2.2.3控制柜与操作台

　　搅拌现场的控制柜中，微处理器AT9621输出的I/O信号经过放大驱动电路去控制继电器，由继电器的闭合和断开实现对其他功率负载的控制。而其他生产过程中的正常信号及异常信号则经过电平转化后由微处理器AT9621的IO采集，并根据实现预设的软件子系统进行处理。操作台配备手动切换开关，现场工作人员可以通过该操作平台上的各种开关按钮实现对整个搅拌流程的控制。其中，原材料的质量以及搅拌时序都可以通过现场的LCD显示屏进行了解，方便操作人员进行生产控制和调试。

　　2.3智能控制系统的软件设计

　　软件设计是整个系统正常运行的核心，全混饲料搅拌机是按照预设的程序流程运行的。系统上电后，首先会经过一系列的初始化操作，然后会设置一些参数，进而可以选择采用自动配料或手动配料方式，接下来根据流程跳用其他个子程序进行上料搅拌等操作，实现全混饲料的搅拌功能。

　　3全混饲料搅拌机配比设计

　　3.1全混饲料搅拌机配比设计

　　为了确保全混饲料搅拌机原材料在搅拌过程中混合均匀，本文采用闭环反馈的控制方法对麦秸秆、小麦粉、玉米粉等流量和比例进行精准控制。为了提高系统整体的智能化程度，本文采用微处理器驱动电机和称重的方式严格控制原材料管道的流量。本文采用驱动电机的方式控制3种物料的流量，省去了人类机械式的体力劳动，大大节省了人力财力。

　　其中，电机1、2、3分别用于A、B、C物料管道的流量，3个电机则使用PID调节控制，极大地提高原材料混合前的比例程度。另外，在搅拌过程中，搅拌机启停的延时、空中物料对称量传感器的冲击，都会影响配料误差。为了提高原材料配比精度，系统专门有一个PID调节控制部件对搅拌电机进行控制，系统可以根据搅拌流程实现转速的控制，如开始时高速搅拌，当流程快结束时转为慢速搅拌。

　　4试验结果与分析

　　为了验证全混饲料搅拌机智能控制系统可行性与准确性，进行了麦秸秆、小麦粉及玉米粉的精细混合试验。试验中，选用新鲜收割的麦秸秆，其含水率在15.6%左右，长度约200mm，玉米粉含水率为13.2%，小麦粉含水率16.8%;另外，作为示踪剂的大米含水率为14.9%。

　　试验中，原材料麦秸秆、小麦粉、玉米粉的比例分别为70%、15%、15%进行配比，然后对麦秸秆、小麦粉、玉米粉以及配比均匀度进行计算，即对选取的样本中的麦秸秆、小麦粉、玉米粉及示踪剂大米的所占比例进行计算。

　　经过该搅拌机配比后的全混饲料变异度全部在20%以下，有3份样本在10%以下，说明饲料混合均匀度很高;而5份样本中，麦秸秆、小麦粉和玉米粉都分别在75%、15%和15%左右，精度非常高，能够达到设计要求，证明该系统的有效性和可行性。

　　5结论

　　针对现代农业养殖的发展需求，以全混饲料搅拌为研究对象，在混凝土搅拌车优选配合比控制系统的基础上，设计和研究了一套全混饲料搅拌机智能控制系统。该系统硬件包括微处理器、称重传感器、可控硅、控制柜、LCD、键盘、鼠标和网口等部件。软件上以C语言编写开发，可以选择采用自动或手动两种配料模式。试验结果表明:该全混饲料搅拌机智能控制系统精度非常高，能够达到设计要求，具有较高的有效性和可行性。

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