CN103910184A - 母猪饲料传输线的自动控制装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种能可靠、定时喂食并可有远程计算机控制的母猪饲料传输线的控制装置及控制方法，有远程计算机、无线数传模块、嵌入式控制箱、饲料下部机构和若干传感器组成。在最后的一个定量杯内、在紧邻的传输管道上、料罐下部的侧面都固定一只电容式接近开关，一套直流减速电机驱动的鼓轮——滑轮机构开闭所有定量杯的下料口。嵌入式控制器即可独立运行控制一套饲料传输管道，也可通过无线数传模块由远程的计算机设置控制参数，如果传感器侧测得管道堵塞、料罐内的饲料耗尽、定量杯下料机构故障，远程计算机可及时获知。本发明大幅度降低养猪场的链式饲料传输管道堵塞的概率，并通过计算机系统的遥测与遥控，实现无人化喂养。
Description
技术领域
本发明涉及一种能定时喂食并可由远程计算机控制的母猪饲料传输线的控制装置及控制方法，尤其是能大幅降低饲料传输线堵塞的传感构成方式。
背景技术
规模化养猪场目前普遍使用粉状饲料，基于链条驱动的管道式饲料传输线已经获得较为普及的应用，大幅降低了喂饲环节的劳动强度、提高了工作效率。然而，现有的链式管道传输线存在如下几个问题：1）电气控制系统一般只基于最后一只定量杯的接近开关来判断所有的定量杯是否已经装满，那么当这个传感器失效，或者电气连线故障时，无法及时获得饲料已经准备就绪的信息，导致送料电机持续运转而使管道堵塞，严重影响正常的生产；2）由于存在上述的不可靠可能，定量杯的饲料下放仍然为手动方式，办公管理人员无法及时了解猪舍内的实际情况，因此这样的系统只实现了半自动化。
目前已经出现了多种自动化喂饲的研究与应用，例如专利号“201010197039.9”提出了一种母猪自动化饲喂方法，将每个圈养母猪的猪圈用栅栏分隔成待饲区和已饲区两个独立区域，在栅栏中并列设置有一个以上的母猪饲喂装置和栅栏门，各母猪饲喂装置中分别设有连通两独立区域的单向通道，单向通道的入口与待饲区连通，单向通道的出口与已饲区连通，在进食前先将母猪全部赶到待饲区中并关闭栅栏门，位于待饲区中的母猪通过单向通道在母猪饲喂装置中进食后经由单向通道进入到已饲区中，待猪圈中所有的母猪逐个进食完全部进入已饲区后再打开栅栏门。这种方法对于母猪数量很多的大型养猪场的效率较低。专利号“201020186981.0”利用猪在采食过程中触动设置在料罐出料口处的控料球来控制饲料的流出，可以达到猪采食时饲料能流出料罐，实现自动喂料，又可以在猪停止触动控料球时，防止饲料流出，解决了现有技术中饲料的流出不受控制。该方法主要依靠机械装置，无法实现信号的远传。专利号“201220497620.7”提出了一种旋转式养猪自动补料槽，在圆形的料槽设置料罐，在料罐的下部设置四个转动块，在旋转料罐与料槽的接触部位形成一定的间隙，作为出料口，使用时，在旋转料罐内加入饲料，当猪拱动转动块时，旋转料罐在支撑中心轴的支撑下绕支撑中心轴转动，饲料从出料口涌出，实现自动补料。该方法仍然以机械机构实现自动化，仍然无法上传现场信息。专利号“201310178512.2”设计了母猪自动喂饲器，包括触发传感器、单片机，触发传感器将感应到的信号发送给单片机，饲喂器用于向料槽内投入饲料，饲料投入时间以及饲料的投入量由单片机进行控制。虽然利用了电子信号，但无法远传信号，更无法远程控制。
上述专利仍然以局部、少数猪的饲养为出发点，很难应用于现有的链式管道传输线。
发明内容
为了克服现有的链式管道传输线可能由于传感器失效而堵塞，以及无法及时反馈现场信号到远程办公室的不足, 本发明提供一种母猪饲料传输线的自动控制装置及控制方法，它不仅能解决传输管道堵塞的问题，而且能把整个饲料传输线的状态远传给办公室的计算机，真正实现母猪喂养的远程遥控、遥测。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：由远程计算机、无线数传模块、嵌入式控制箱、控制饲料下落机构和若干饲料、机构位置的传感器组成自动控制系统。
在饲料传输管道处的传感器的布置为：在饲料传输管道的最末一只分支的定量杯内放一只电容式接近开关，其传感面位于设定的饲料面高度处；在紧邻该分支的拉链回程方向的饲料传输管道的正上方开一个小孔，把一只电容式接近开关插入该小孔，其传感面位于饲料传输管道的内侧切面处；在距离拉链驱动箱最近的一只定量杯的圆锥形底部与重球接触处开一个小孔，把一只电容式接近开关插入该小孔，其传感面位于定量杯的内侧切面处。
在在料罐处的传感器的布置为：在料罐下部圆锥形出料口的最底部的侧面开一个小孔，把一只电容式接近开关插入该小孔，其传感面可略伸出料罐的内侧；在该料罐的盖板下侧，放置一只超声波测距模块，使超声波垂直向下发射，依据反射回波的时间差可以计算出当前该模块饲料表面的距离；所有的上述电容式接近开关的传感面被饲料覆盖时，其常开触点将闭合，否则处于断开状态。
控制饲料从定量杯自动下落的机构是：在室内饲料传输管道的首端，是一套直流减速电机驱动的鼓轮——滑轮机构，鼓轮固定在直流减速电机的输出轴上，其表面缠绕钢丝绳，钢丝绳与定量杯内重球都直接连接。
整个自动控制系统的构成是：远程PC机为整套自动控制系统的核心，它通过无线数传模块之间的通讯建立后台与嵌入式控制箱之间联系，嵌入式控制箱位于每一套拉链驱动箱附近，它由嵌入式控制器、交流接触器、热继电器和无线数传模块组成，嵌入式控制箱、超声波测距模块和无线数传模块之间通过串行通讯网络连接。一方面，嵌入式控制器内部有独立的时钟系统，即使无法与远程PC机进行无线通讯，它也能按预定的设计方案独立运行；另一方面，通过无线通讯网络，远程的PC机可设定嵌入式控制器启动送料电机的时刻、每天喂饲的次数。由于往往存在多套饲料传输管道，因此给每一台嵌入式控制器设置一个ID号，由远程PC机主动逐个（轮询）发起数据采集请求或控制命令，对应ID号的嵌入式控制器响应命令。能够采集的输入信号包括：所有的接近开关、超声波测距数据。当到喂饲的时刻时，嵌入式控制器输出信号启动送料电机，饲料被传输到各定量杯中，当最后一只定量杯被灌满时，电容式接近开关的常开触点闭合，嵌入式控制器的输出信号断开，停止送料电机，送料结束；但如果该接近开关失效，饲料被继续向前传输，传输管道上的电容式接近开关的常开触点由由周期性的断开、闭合变化转变为持续闭合状态，嵌入式控制器测得这种转变后，也立即停止送料电机，并在下一次PC机的轮询过程中上传接近开关的故障信息。由于增加了一个冗余的传感器，使得传输管道被堵塞的概率大幅下降。嵌入式控制器接着控制直流减速电机拉动钢丝绳，定量杯内的重球被提起，饲料下落到母猪的食槽内，当下料口处的电容式接近开关的常开触点断开时，说明饲料已经全部下落，嵌入式控制器控制直流减速电机反转，放松钢丝绳，重球依靠重力下落，堵住定量杯的下料口，等待下次再加料。如果在直流减速电机反转后，电容式接近开关的常开触点没有再次闭合，说明钢丝绳或下料机构可能出了故障，在下一次PC机的轮询过程中上传接近开关的信息。
远程PC机内的监控软件由通讯前置软件模块、人机界面、测控主控模块和数据库系统组成。测控主控模块以固定的间隔时间主动发起通讯请求，通过无线数传模块，逐个与饲料线端的嵌入式控制器控制箱通讯，获取各控制箱所辖传感器和执行机构的状态，状态量在人机界面显示出来，并保存到数据库中。在人机界面上，可设置启动喂饲的时间、喂饲的次数，并可在取得管理员权限时启动或停止任何一台饲料传输线。如果电容式接近开关测到料罐内的饲料已经耗尽，或由超声波测距模块测得饲料接近下限位，人机界面上出现警告信息，由管理员通知派出饲料运输车及时加料。
本发明的有益效果是，可以大幅降低养猪场的链式饲料传输管道堵塞的概率，并通过计算机系统对饲料传输线实现遥测与遥控，实现无人化喂养。
附图说明
下面结合附图和一个实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的饲料传输管与定量杯处的传感器布置图。
图2是本发明的料罐处的传感器布置图。
图3是本发明的控制饲料从定量杯自动下落的机构图。
图4是本发明的控制系统全图。
图中，1.电容式接近开关A，2. 饲料传输管道，3.拉链，4.钢丝绳，5.定量杯，6.电容式接近开关B，7.饲料，8.定量杯，9.重球，10.电容式接近开关C，11.盖板，12.超声波测距模块，13.料罐，14.电容式接近开关D，15.拉链驱动箱，16.滑轮，17.下料机构支架，18.鼓轮，19.直流减速电机，20.PC机，21.PC端无线数传模块，22. PLC端无线数传模块，23.PLC控制箱1，24.送料电机
在图1中，传感器的布置为：在饲料传输管道（2）的最末一只分支的定量杯（5）内放一只电容式接近开关B（6），其传感面位于设定的饲料（7）面高度处；在紧邻该分支的拉链（3）回程方向的饲料传输管道（2）的正上方开一个小孔，把一只电容式接近开关A（1）插入该小孔，其传感面位于饲料传输管道（2）的内侧切面处；在距离拉链驱动箱（15）最近的一只定量杯（8）的圆锥形底部与重球（9）接触处开一个小孔，把一只电容式接近开关C（10）插入该小孔，其传感面位于定量杯（8）的内侧切面处。
在图2中，传感器的布置为：在料罐（13）下部圆锥形出料口的最底部的侧面开一个小孔，把一只电容式接近开关D（14）插入该小孔，其传感面可略伸出料罐的内侧；在该料罐（13）的盖板（11）下侧，放置一只超声波测距模块（12），使超声波垂直向下发射，依据反射回波的时间差可以计算出当前该模块（12）饲料表面的距离；所有的上述电容式接近开关（1，6，10，14）的传感面被饲料覆盖时，其常开触点将闭合，否则处于断开状态。
在图3中，控制饲料从定量杯（5，8）自动下落的机构是：在室内饲料传输管道（2）的首端，是一套直流减速电机（19）驱动的鼓轮（18）——滑轮（16）机构，鼓轮（18）固定在直流减速电机（19）的输出轴上，其表面缠绕钢丝绳（4），钢丝绳（4）与定量杯（5，8）内重球（9）都直接连接。
在图4中，整个自动控制系统的构成是：远程PC机（20）为整套自动控制系统的核心，它通过无线数传模块（21）、无线数传模块（22）之间的通讯建立后台与PLC控制箱之间联系，PLC控制箱（23）位于每一套拉链驱动箱（15）附近，它由PLC、交流接触器、热继电器和无线数传模块（22）组成，PLC控制箱（23）、超声波测距模块（12）和无线数传模块（22）之间通过RS485网络连接。一方面，PLC内部有独立的时钟系统，即使无法与远程PC机（20）进行无线通讯，它也能按预定的设计方案独立运行；另一方面，通过无线通讯网络，远程的PC机可设定PLC启动送料电机（24）的时刻、每天喂饲的次数。由于往往存在多套饲料传输管道（2），因此给每一台PLC设置一个ID号，由远程PC机主动逐个（轮询）发起数据采集请求或控制命令，对应ID号的PLC响应命令。能够采集的输入信号包括：所有的接近开关（1、6、10、14）、超声波测距数据。当到喂饲的时刻时，PLC输出信号启动送料电机（24），饲料被传输到各定量杯（5、8）中，当最后一只定量杯（5）被灌满时，电容式接近开关B（6）的常开触点闭合，PLC的输出信号断开，停止送料电机（24），送料结束；但如果该接近开关（6）失效，饲料被继续向前传输，传输管道（2）上的电容式接近开关A（1）的常开触点由由周期性的断开、闭合变化转变为持续闭合状态，PLC测得这种转变后，也立即停止送料电机（24），并在下一次PC机的轮询过程中上传接近开关B（6）的故障信息。由于增加了一个冗余的传感器，使得传输管道（2）被堵塞的概率大幅下降。PLC接着控制直流减速电机（19）拉动钢丝绳（4），定量杯（5、8）内的重球（9）被提起，饲料（7）下落到母猪的食槽内，当下料口处的电容式接近开关C（10）的常开触点断开时，说明饲料（7）已经全部下落，PLC控制直流减速电机（19）反转，放松钢丝绳（4），重球（9）依靠重力下落，堵住定量杯（5、8）的下料口，等待下次再加料。如果在直流减速电机（19）反转后，电容式接近开关C（）的常开触点没有再次闭合，说明钢丝绳（4）或下料机构可能出了故障，在下一次PC机的轮询过程中上传接近开关C（6）的信息。
远程PC机（20）内的监控软件由通讯前置软件模块、人机界面、测控主控模块和数据库系统组成。测控主控模块以固定的间隔时间主动发起通讯请求，通过无线数传模块（21），逐个与饲料线端的PLC控制箱（23）通讯，获取各控制箱（23）所辖传感器和执行机构的状态，状态量在人机界面显示出来，并保存到数据库中。在人机界面上，可设置启动喂饲的时间、喂饲的次数，并可在取得管理员权限时启动或停止任何一台饲料传输线。如果电容式接近开关D（14）测到料罐（13）内的饲料已经耗尽，或由超声波测距模块（12）测得饲料接近下限位，人机界面上出现警告信息，由管理员通知派出饲料运输车及时加料。
Claims (6)
1.一种母猪饲料传输线的自动控制装置及控制方法，由远程计算机、无线数传模块、嵌入式控制箱、控制饲料下落机构和若干饲料、机构位置的传感器组成，其特征是：在饲料传输管道的最末一只分支的定量杯内放一只电容式接近开关，其传感面位于设定的饲料面高度处；在紧邻该分支的拉链回程方向的饲料传输管道的正上方开一个小孔，把一只电容式接近开关插入该小孔，其传感面位于饲料传输管道的内侧切面处；在距离拉链驱动箱最近的一只定量杯的圆锥形底部与重球接触处开一个小孔，把一只电容式接近开关插入该小孔，其传感面位于定量杯的内侧切面处。
2.根据权利要求1所述的母猪饲料传输线的自动控制装置及控制方法，其特征是：在料罐下部圆锥形出料口的最底部的侧面开一个小孔，把一只电容式接近开关插入该小孔，其传感面可略伸出料罐的内侧；在该料罐的盖板下侧，放置一只超声波测距模块，使超声波垂直向下发射，依据反射回波的时间差可以计算出当前该模块饲料表面的距离；所有的上述电容式接近开关的传感面被饲料覆盖时，其常开触点将闭合，否则处于断开状态。
3.根据权利要求1所述的母猪饲料传输线的自动控制装置及控制方法，其特征是：在室内饲料传输管道的首端，是一套直流减速电机驱动的鼓轮——滑轮机构，鼓轮固定在直流减速电机的输出轴上，其表面缠绕钢丝绳，钢丝绳与定量杯内重球都直接连接。
4.根据权利要求1所述的母猪饲料传输线的自动控制装置及控制方法，其特征是：远程PC机为整套自动控制系统的核心，它通过无线数传模块之间的通讯建立后台与嵌入式控制箱之间联系，嵌入式控制箱位于每一套拉链驱动箱附近，它由嵌入式控制器、交流接触器、热继电器和无线数传模块组成，嵌入式控制箱、超声波测距模块和无线数传模块之间通过串行通讯网络连接。
5.根据权利要求1所述的母猪饲料传输线的自动控制装置及控制方法，其特征是：一方面，嵌入式控制器内部有独立的时钟系统，即使无法与远程PC机进行无线通讯，它也能按预定的设计方案独立运行；另一方面，通过无线通讯网络，远程的PC机可设定嵌入式控制器启动送料电机的时刻、每天喂饲的次数；当到喂饲的时刻时，嵌入式控制器输出信号启动送料电机，饲料被传输到各定量杯中，当最后一只定量杯被灌满时，电容式接近开关的常开触点闭合，嵌入式控制器的输出信号断开，停止送料电机，送料结束；但如果该接近开关失效，饲料被继续向前传输，传输管道上的电容式接近开关的常开触点由由周期性的断开、闭合变化转变为持续闭合状态，嵌入式控制器测得这种转变后，也立即停止送料电机，并在下一次PC机的轮询过程中上传接近开关的故障信息。
6.根据权利要求1所述的母猪饲料传输线的自动控制装置及控制方法，其特征是：如果在控制饲料下落直流减速电机反转后，电容式接近开关的常开触点没有再次闭合，说明钢丝绳或下料机构可能出了故障，在下一次PC机的轮询过程中上传接近开关的信息。
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