论我国饲料加工企业电控系统的研发

洪小平

从理论上来说，任何场合用电都要通过电控系统，只不过有些场所的用电非常简单（如居民用电），这时一般不用系统这种说法，其实，它可以看成是一种简化的电控系统。从供电部门的角度来看，供电场所大致分为四大类，即工业用电、农业用电、商业用电、居民用电。这四大类用电场所，工业用电现今已达到用电总量的60%以上，随着中国工业化程度的提高，这一比例还会增大。由于工业用电量大且用电设备复杂，所以电控系统在工业领域普遍采用，而且在许多工业类企业中常采用集中控制的方式（即采用中央控制室的模式）对电能加以集中控制。不过，值得注意的是，在某些简单的用电场合，有时也会采用集中控制的方式，如许多较高档的宾馆，房间中所有的用电器开关及旋钮都集中在床头柜上，以便于使用者操作。一般来说，我们把用来输送电能的线路叫一次线路，把控制电能输送的电路叫二次线路，在商业用电及居民用电两大场合，往往把控制电路直接安排在一次线路上。在这些场合就没有二次线路的说法。例如，对一个照明灯的供电，作为控制电路的开关就直接接在供电线路（一次线路）上，而对于工业、农业用电，由于用电设备功率大且复杂，二次线路与一次线路是相互隔离的（如通过继电器或接触器的线圈与触点进行隔离）。对于许多更复杂的工业场所，还得大量采用智能化控制方式，如利用电脑等电子线路对用电行为进行更复杂的控制，电子线路首先对二次线路进行控制，再由二次线路去控制一次线路对用电设备的供电，在这种情况下，我们可以定义控制二次线路的电子线路为三次线路。

1 普通电控系统的设计方法

对于工业供电，大致可分为两种情况，即并联式生产企业及串联式生产企业。对于并联式生产企业，由于其设备大都相同，且其间无相互关系，各自独立运行，所以其供电类似于居民供电，很简单，用不着专门的电控系统对其进行供电，例如：服装厂、大部分机械厂等属于这类企业。对于串联式生产企业，由于其各个环节的供电有着复杂的关系，这时就需要专门的电控系统对其进行控制，大部分生产线属于这种情况。生产线的直观表达就是工艺流程图。不同的工业企业有着完全不同的工艺流程图，就是同一类生产企业，其工艺流程图也会有些差别。那么，对于这些千差万别的工艺流程图，我们该如何为其设计出符合要求的电控系统呢？

一般来说，电控系统的电路设计可分三步进行：①独立供电；②关系实现；③辅助电路。

1.1 独立供电

在设计电控系统时，第一步就是给所有的用电器（如电动机或单台机器设备）供上电，有时可能是自锁式供电，有时可能是点动式供电。

1.2 关系实现

由于各设备在运行期间有着复杂的关系，例如：互锁关系、前后相继关系、顺序或逆序运行关系等。这些关系理论上都可由与、或、非三种基本的逻辑关系设计出来，就当今来说，实现这些逻辑关系可采用的方案有三种，通过真实的连线来实现，通过PLC（可编程控制器）来实现，通过IPC（工业电脑）来实现。

1.3 辅助电路

应该说，以上两步已完成了主体线路的设计，但对于一个实用而又好用的电控系统来说，还要求具有直观的用户界面，例如：某台设备在运转时应从控制柜上直观地看得出来，这种功能就靠辅助电路来完成，指示灯电路就是非常常见的辅助电路。

以上谈到的三点只包含了开关电路的设计，但在许多生产流水线上存在着数量不等的模拟量，例如：电子秤的读数、温度表的读数等，都是模拟量。要实现这些模拟量与开关量的关系，一般要用到PLC或IPC，而且在许多场合还要实现更进一步的功能，如：记录生产过程中的数据，并对数据进行各种处理或把数据发送到网上等。

2 我国饲料加工企业电控系统的历史与现状

在我国，饲料加工企业大致有30年的历史了，早期饲料加工一般采用手动式分散控制，即各个工段独立运行，相应的电控系统亦就近设置，比如：粉碎工段的粉碎机及相关设备就有一台相应的控制柜控制其运行，而与其它工段无关，这种分散性的控制至今已很少见到，只是在一些小型饲料厂或很老的饲料厂里才有。

进入20世纪90年代，我国开始大量采用美式生产工艺，这时集中控制开始大量出现，并成为主流的电控方式，有的企业（特别是那时的国有饲料企业）为了采用所谓的世界上最先进的技术，高价引进了不少国外的全屏控制（全部采用IPC及PLC）电控系统，这些系统使用起来确实很方便，但维护成本十分高昂，不过那时饲料企业利润很高，那样的成本一般也能承担。

进入21世纪后，由于饲料加工企业的持续快速增多，饲料企业的利润迅速下降。至今，利润普遍下降了九成甚至更多，饲料加工业从此进入了微利时代，有些饲料厂甚至亏损，在这种情况下，饲料企业的经营者就不得不精打细算，否则就有可能被淘汰出局，这时，企业用人成本、设备维护成本就显得很突出，直接影响到企业的主要利润，在这种情况下，企业用人（例如：电工）就只会选工资不很高的，有的饲料企业甚至配不起电工了，而由一些搞机修的人员兼任电工，在这种情况下，原先引进的电控系统几乎无法维护，加之维修材料亦非常难以购置且价格昂贵，所以出现了大量企业后来逐渐取消当时引进的所谓全屏控制而改为现在的核心部分采用IPC控制（如：配料部分），而其它部分采用通用电路（而非PLC和IPC）进行控制，从而有效地解决了电控系统维护困难且价格昂贵的矛盾。

3 我国饲料加工企业电控系统研发的三大误区

饲料加工企业属于一种典型的生产线型工业企业，它具有工业企业的一些共同的特点，同时，它亦有其特殊性的一面，这就意味着所有工业电控技术有的可用于饲料加工业，有的则不适合饲料加工业，由于对我国饲料加工业特殊性的认识不足，而造成了许多饲料加工企业电控系统研发的误区，给饲料厂家日后的生产活动造成了严重的困扰，我们在近几年就经常碰到饲料加工企业需要我们帮他们整改掉以前系统缺陷的案例。对于这些年来我国饲料加工企业电控系统的缺陷，在此把它们归纳为主要的三大误区，供有关设计人员及饲料加工企业的相关人员参考。

对于许多缺陷，往往是相对使用环境而言的，所以在确诊缺陷之前，有必要先弄清我国现阶段的饲料加工企业的“基本国情”。①用电环境方面，我国的用电环境相对来说不能令人满意，电压波动大，杂波率高，负荷变化激烈。②从业人员的水平普遍不是很高，大部分为高中毕业甚至更低学历的水平，尽管现在高校毕业生非常多，但现在的大学生不愿从事艰苦的电工工作，再者他们在大学里其实根本也没有学到什么真正的技术，水平往往还不如以前的高中甚至初中毕业的老电工。③电气元、器件供应方面，在我国，电气元器件还是以传统的通用电气元器件为主，而PLC等电子化的电气设备购置非常不方便，一般到省城的特定地方才能购买到，且各PLC厂家由于其指令系统不同，所以PLC之间就没有替代性，用户往往就要“在一棵树上吊死”，只有买原厂家的PLC或其升级产品，至于到县城这一级区域，PLC几乎就更是罕见，而通用的传统电气元器件在县城里都随处可见。基于以上我国的“基本国情”，笔者在此提出以下三大误区。

3.1 全屏控制的误区

所谓“全屏控制”，就是指对饲料生产的所有五大工段全部采用IPC及PLC控制的控制方式，此种方式表面上看起来先进，亦能迷惑许多不太精通电控技术的饲料企业业主，因为说起来好听，看起来壮观，只可惜在日后的使用过程中，逐步暴露出其不适应中国的缺陷来。拿粉碎工段来说，通过通用的电路就很容易实现一键式从后向前逆序启动及一键式从前向后顺序关闭，而全屏控制则是在电脑上用鼠标点击一下相应的按钮，再通过IPC把这一信号传到PLC或端子板，再通过二次线路的继电器去控制一次线路的接触器，通过这层层关卡，最终实现了所谓的电脑全屏控制，由于控制环节的增加，故障出现的几率就成倍增加，更为不幸的是，一旦全屏系统出现了问题，做维护工作的电工往往是束手无策，连手动生产都进行不了，只有等设备厂家的技术人员前来维修，这一等往往就是好几天的时间，对于许多饲料企业来说，往往是等不起的，会造成很大的经济损失。我们就经常碰到以前用全屏控制的饲料企业要我们帮他把以前的全屏控制改为通用控制方式的事情。对他们来说，这真是件不小的教训，以至于许多饲料集团的技术主管发誓再也不会采纳不成熟的某些全屏控制系统了。

3.2 PLC应用的误区

PLC作为一种上世纪普遍采用的工业控制设备，其灵活可变的逻辑电路实现方式给汽车制造等行业带来了不少的方便，因为只要改变PLC中固化的程序，就可以改变其逻辑电路，且不用重新接线，这对于许多经常要改变生产过程的工业企业确实是非常方便的。但是，饲料加工企业的工艺流程一旦设计完成之后就基本固定不变，加之有了电脑配料系统之后，只要改变配方就可以很方便地生产出符合用户需求的任何饲料来，这样一来，往往是PLC一旦用在了饲料加工企业的电控系统中，就从来没有改变过其内部固化的程序，饲料厂家用于PLC编程的编程器亦没有配备，因为一方面也没有必要配，另一方面即使配了也无人会使用，或者当时的电工会用，由于人员的流动，后来接管的电工又不会用等。从理论上来说，如果某种逻辑电路长期不变，用PLC来实现其逻辑关系比用普通实物连线来实现其逻辑关系没有任何优势可言，不但没有优势，由于用电环境、电工水平及购置方便性等方面的原因，PLC反而存在许多劣势，以至于最终成为一种缺陷。

3.3 系统软件的误区

在谈到软件，特别是作为系统软件的操作系统，许多人都会跟着美国微软公司的思路走，总是认为后来出现的操作系统比以前的要先进。

对于商业操作系统来说，这种看法基本上是正确的，但工业控制与商业应用有着本质的区别，其中最本质的区别就是工业控制对实时性要求很高，需要的是实时性很高的操作系统，Windows作为一款成功实用的商业操作系统，其性价比确实不错，但Windows本质上不是实时操作系统，尽管它也不断向实时方面努力，所以在使用Windows作为工业控制的系统软件时就要充分认识到这一点，否则设计出来的电控系统就可能出现许多缺陷。但是，由于Windows有大量的其它系统软件支持，特别是大量的数据库系统的支持，所以其数据处理能力是非常强大的，相对而言，其实时控制能力就很不稳定，若要用Windows作为电控系统的系统软件，就要扬长避短，反复权衡。当然，除Windows之外，还有许多专业的实时系统软件可供选用，世界上许多一流的从事工业控制的公司，大都使用实时性好的工业操作系统，但其弱点是数据处理能力不够强大和通用。

4 历史设计缺陷的修正与未来电控系统的研发

过去十几年间，由于各种原因而造成了一些存在设计缺陷的电控系统，对于这些有缺陷的电控系统的改造，一般需要做三方面的修正，首先是二次线路方面的重新设计、制作和安装。由于某些存在缺陷的二次线路常采用PLC来实现其控制逻辑，而由于供电环境的不稳定，时常造成PLC的损坏或其内部固化程序的失效，一般的电工对此常常是束手无策，若改为用实物形态的继电器、定时器、导线等来加以实现其等效的逻辑电路，电工就会感到得心应手，其元器件的购买也十分方便。其次是模拟屏的制作，凡存在缺陷的电控系统往往没有模拟屏，一旦控制电脑发生问题，整条生产线就陷入了彻底的瘫痪，连手动生产都无法进行，这必将严重影响生产，对于这种系统，要为其增加模拟屏，其上以生产工艺流程图为背景，配各种手动操作开关、按钮及指示灯，形成完备的手动控制体系，即使用于自动控制的电脑由于某种原因而不能使用时，还能用手动的方法进行生产，在此期间从容地等待设计厂家来维修，基本上不影响生产。其三是安装专用的电脑配料系统，对于饲料生产来说，控制难度最大且最复杂的工段就是配料与混合工段，其它工段都是由简单的逻辑电路组成，所以在配料与混合工段采用技术先进的电脑配料系统是非常必要的，能使整条生产线的自动化程度恰到好处，整套系统简洁明了，即便于生产，又便于维护。

对于未来我国饲料加工企业电控系统的设计工作，笔者认为要采用自动与手动并行的设计方式进行，即手动与自动都能独立运行，即使自动控制系统由于某些原因而暂时不能使用，手动控制亦要能很好地工作，形成一种冗余控制机制，现在的复杂设备（例如：飞机、小汽车等）就是采用这种自动手动各自能独立工作的冗余操控模式，这对于我们设计饲料加工企业的电控系统来说，是值得借鉴的。

[1]洪小平.论饲料加工企业电脑配料系统的研发[J].饲料工业,2005,26(15):57-59.

[2]抚州远东智能科技有限公司技术部《技术工作大全》.