摘要： 針對當前病死畜禽尸骸等有機廢棄物處理中存在的遠程網絡化管理與控制水平低等問題，本文為基于高溫生物發酵處理方法的無害化處理機械裝備設計了網絡化控制系統。采用錘擊功能的組合式破碎刀具快速粉碎牛、羊、豬等大型病死畜禽尸骸，通過搭建兩層分布式網絡架構，實現遠程監控和在線故障診斷等功能。以三菱FX3GE可編程控制器及智能儀表為核心設計了全自動數字化控制系統硬件方案，給出編程軟件組態配置方法，并根據工藝要求設計了無害化處理自動控制算法流程及數據采集通信算法，最后將該系統產業化應用于FCW系列機型。實踐應用表明，該控制系統性能穩定，自動化和網絡信息化水平高，產出的有機肥原料環保無公害，具有廣闊的產業化推廣應用前景。

　　關鍵詞： 病死畜禽; 無害化處理; 高溫生物發酵; 網絡化控制系統; 可編程控制器; 組合式破碎刀具

　　作者： 聞霞

　　通信作者： 任雯

　　我國畜禽養殖總量位居世界第一，養殖場的畜禽死亡率居高不下。以豬為例，每年成年母豬、中豬及乳豬的死亡率分別為2%～3%，7%～8%及10%[12]，病死畜禽會引發動物疫病，甚至大規模的畜禽死亡[3]。及時處理、清潔環保及合理利用是對病死畜禽無害化處理的必然要求[46]，降低畜禽死亡率并環保無害化處理病死畜禽尸骸是當前智慧綠色畜牧業的前沿熱點技術。丁偉等人[79]分別為畜禽舍設計了防疫消毒機器人控制系統、子母式智能化消毒系統和基于無線傳感網絡的智能畜禽舍環境控制系統;李傳友等人[1012]介紹了當前深埋、化尸窯、焚燒等傳統病死畜禽無害化處理技術的特點以及在水土、空氣污染等方面存在的挑戰;陳金瑞等人[13]分析了病死豬處理的要求和性能指標，給出了基于“機械處理+高溫滅菌+生物發酵”原理的病死豬無害化處理新方法的設備選型對策;翟振等人[14]分析了畜禽尸骸無害化處理物對油菜生長及重金屬富集特征的影響，驗證了增施倍量動物尸骸無害化處理物不僅有利于油菜植株的生產，而且對土壤及油菜均安全。許多研究人員基于機械式高溫滅菌生物發酵工藝的新型無害化處理裝備展開了初步研究。陳金瑞[15]提出了螺帶式結構和定刀加動刀式結構的處理機刀具機械結構設計方案;張應林等人[16]設計了一種適用于大型病死畜禽快速高效切割的組合式破碎刀具;岳桐等人[17]開發了病死畜禽無害化處理監管系統，實現了對浦東病死畜禽無害化處理全過程的信息化監管和分析;胡崢[18]給出了病死禽畜無害化處理設備電氣控制的設計方案。基于此，針對傳統病死畜禽無害化處理機控制系統不具有遠程網絡化管理與控制且自動化水平低等存在的問題，本文基于組合式破碎刀具的機械結構，采用兩層網絡架構，設計了新型病死畜禽無害化處理機網絡化控制系統。實踐應用表明，該控制系統性能穩定，自動化和網絡信息化水平高，產出的有機肥原料環保無公害，具有廣闊的產業化推廣前景。

　　1設計方案

　　1.1病死畜禽無害化處理工藝

　　本文采用的病死畜禽無害化處理工藝如圖1所示。該工藝使用機電一體化設備對病死畜禽尸骸等有機廢棄物進行分切、絞碎、發酵、殺菌及干燥，并通過添加專用微生物菌，對有機廢棄物進行發酵降解，最終轉化為無臭無害粉狀的環保有機肥料。

　　1.2結構組成

　　病死畜禽無害化處理過程中，分切和絞碎環節非常重要。針對牛羊豬等大型病死畜禽，一般采用具有錘擊功能的組合式破碎刀具[16，19]，病死畜禽無害化處理機結構組成示意圖如圖2所示。該機構主要包括密閉攪拌槽、斬碎單元、主軸電機、加熱裝置、熱氣管、鼓風機、滑門和V型搗拌組件等，其中組合式斬碎單元包含主軸電機驅動的轉軸以及螺旋環繞其上的側刃刀、碎擊錘、橫雙刃刀，加熱裝置包括用于加熱鼓風機吸入外部空氣的加熱管和攪拌槽側面包覆安裝的加熱組件兩部分。

　　1.3現場總線架構

　　現場總線架構如圖3所示。控制系統主要由基于傳輸控制協議/網際協議(transmission control protocol/internet protocol，TCP/IP)的以太網和RS-485串行總線組成，分別完成信息管理層和現場設備層中設備間的通信。

　　單臺病死畜禽無害化處理機以可編程控制器(programmable logic controller，PLC)[2021]為主控制器，PLC通過RS-485串行總線與觸摸屏和模擬量測量儀表和故障診斷模塊，從而實現數據通信。無害化處理車間內部多臺無害化處理機通過PLC內置的以太網通信接口，基于TCP/IP協議與上層工程師站、管理員站以及網絡服務器通信。工程師站通過組態軟件搭建上位機監控系統，包括主監控窗口屬性設置、設備驅動、用戶動畫界面及實時數據庫的組態等;管理員站通過企業資源計劃管理軟件完成生產管理、數據報表和統計等功能;網絡服務器實現企業局域網與Internet云端的連接，完成遠程網頁瀏覽、控制算法維護和故障診斷功能。

　　2現場設備層設計

　　根據無害化處理工藝要求，現場設備層主要包括PLC主控器、人機交互界面(觸摸屏)、模擬量采集智能儀表、主軸電機、加熱裝置、自動送料與出料系統、電機故障監測與報警等功能模塊。控制電路原理如圖4所示。

　　2.1PLC主控制器

　　主控制器采用三菱新一代PLC，型號為FX3GE-40MR，內置支持10BASE-T/100BASE-TX高速通信的以太網接口，無縫接入基于TCP/IP的以太網，與信息管理層交換數據。支持基于Web的數據監測，即可從任意聯網的終端設備通過標準Web瀏覽器讀取PLC信息，設置關鍵字保護，禁止未經授權的設置訪問。PLC輸入信號名稱和對應的輸入變量定義如表1所示。表1中，輸入信號主要包括設備啟停控制、密閉處理槽門蓋開關控制、料斗和料門開關控制和狀態監測、主軸/振動篩/輸送帶電機、風機、油泵、超溫等故障報警信號及電源保護檢測信號;輸出信號包括風機、加熱管、主軸電機正/反轉、油泵電機/總閥、自動運行/停機/故障指示燈和聲光報警信號。

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