飼料工廠自動化(上)

一、前   言

        台灣畜牧養殖業企業化經營後，與禽畜養殖業息息相關之飼料業亦迅速蓬勃發展。根據統計，目前國內飼料廠約有700餘家，大多數集中在中南部地區，其從業人員約11600人左右，年銷售金額達500億元。

        中國生產力中心為經濟部所屬財團法人機構，負責推動(全面提高生產力)運動，積極輔導中小企業經營管理合理化、生產自動化、電腦化……等各項輔導，期使台灣中小企業能降低成本，提高市場競爭能力，使企業的「明天會更好」。而中國生產力中心中區服務處，在生物自動化電腦化的領域上，即扮演一個尖兵，我們希望藉著我們的輔導能改變企業生產經營結構，並在整個行業上，造成衝擊，產生無蕪存菁之作用，這亦是我們「全面提高生產力」的一個目標。

        中國生產力中心，沿革經濟部自動化技術服務團，在整合性電腦化輔導已有一些成果與經驗，並且於民國75年3月受某企業股份有限公司之委託，開始進行其飼料廠自動化之規劃，其間由於該公司總經理之魄力，飼料廠經理、廠長之協助與關懷，使我們終能於民國75年12月完成飼料廠自動化工程，而目前我們亦正積極從事台糖公司小港飼料廠以及台糖屏東紙漿廠之自動化規劃，由於上述二個飼料廠之自動化專案，使我們對飼料業之製程、生產、經營管理，有些粗淺之了解，期望藉著本文，將飼料廠之自動化，作概括性的介紹並希望飼料業先輩們不吝指正。

二、飼料工廠自動化原因

        (一)配料系統之複雜性。

        (二)配方中每一種原料實際消耗值無法有效掌握。

        (三)產品品質之確保。

        (四)人工成本之降低。

        (五)製程之最佳化與節約能源。

        (六)電動機之數目與連鎖之複雜程度。

說   明：

        1.該飼料廠之配方，包含雞、鴨、牛、豬、水產…等適應各種禽畜及不同生長期所需，其配方種類高達六、七十種，每一種配方須控制約15個配料桶之落量，總共約有四十個配料桶，整個配料控制非常複雜，因而配料之自動化一直是每一飼料廠多年來急欲解決之問題。

        2.目前大多數中小型飼料廠，其配料磅秤或散裝磅秤大多數為機械式，因而每一配方中各種不同原料之實際消耗量無法得知。在配料品質控制以及原物料倉儲管理，飼料成本計算，都是一個黑箱(Black Box)，造成管理上一大困擾。

        3.由於自動配料系統以及成品輸送之複雜，因而需要熟練之操作人員，造成人力無法彈性運用。

        4.由於能源價格之昂貴，而能源節約是一件在運轉成本、產品品質和安全性三者之最佳化成果，而利用電腦之精確控制，複雜之運算功能，使得產品品質(配料落量之準確性)及其能源控制(需量控制，demand control)，製品之最佳化，皆能提供最佳之解決辦法。

三、輔導範圍介紹

        (一)輔導範圍依製造流程可分為下列各項之電腦軟硬體規劃、設計、程式書寫、現場工程安裝、試車、工程資料整理歸檔，對輔導廠商之完整教育訓練。

        1.粉碎／破碎及原料輸送系統。

        2.配料系統及混合、液體添加控制。

        3.成品(袋裝、散裝)輸送及換桶控制。

        4.二次加工系統(製粒、水產飼料)控制。

        (二)輔導範圍如依控制型式可區分為如下：

        1.各種馬達輸送控制、高低料位、堵料、速度檢測、換桶等相關設備控制。

        2.液體添加(如糖蜜、牛油、魚油…)控制。

        3.自動配料系統。

        4.整廠生產監視控制系統(SUPERVISORY CONTROL SYSTEM)

四、作法說明

(一)現場輸入、輸出(INPUT／OUTPUT)信號之收集與監控畫面切割

        首先依照製造流程特性，收集現場輸入、輸出信號，並且將整個製程區分為各個獨立之子系統，而屬於此子系統之相關設備如各種輸送機、粉碎機、篩選機、配料桶、磅秤……等以簡單示意圖顯示在監控電腦銀幕上，而可程式控制器(proprammable logic controller)即可每一畫面(display)作為其控制單元(control unit)，因而所有的製程就由不同之畫面所構成，如同書本一樣，可以翻到任一畫面，去觀察現場設備之運轉狀況，藉以取代傳統之流程板(mimic Diagram)。

(二)系統需求評估

        依照現場收集之輸入／輸出，及廠商系統需求，決定硬體架構與採購規範，以及記憶體容量等。

(三)系統控制與監視說明

1.系統啟動與停止：

        每一畫面之生產設備，只須按一個鍵後，以Group方式啟動，即同一畫面之設備，因製程特性，由後往前啟動，每台馬達中間間隔3秒以避免啟動電流過大，其間有連鎖關係，上一台馬達沒啟動，下一台即無法啟動，直到一個畫面啟動完後，再啟動下一個相關之Group。

        欲啟動飼料配合系統之馬達，只須在人機介面(menmachine interface)之監控電腦顯示幕上，翻出圖三畫面，按〔START WARNING〕→〔START〕→〔F5〕則圖三消失，並且馬達依糖蜜混合機(M313)→斗升機(M312)→帶運機(M311)→混合機(M310)→帶運機(M307)的次序啟動，完成一個畫面之啟動，若要停止只須按圖三之STOP→F5，則其後之所有連鎖馬達一起停止。

圖三

2.運轉狀況監視說明：

        每一個畫面上之生產設備運轉狀況，如高低料位、堵料、閥板開關、馬達運轉或跳脫……等均可在畫面上以不同顏色在其畫面上之設備示意圖形中顯示，並可發出警報，例如以紅色表示運轉正常，閃爍紅色表示故障，如此便能在中央控制室中掌握到所有現場之運轉正常與否，迅速解決故障所在點。

3.自動配料控制說明：

        操作員只要選擇要作那一種配方(配方名稱以中文方式在監控電腦上顯示，由操作者自由選擇)，做多少批次，則電腦即自動將有設定值之配料桶落完設定量後，再自動跳至另一有設定值之配料桶，直到所有設定桶落完定量後，完成一批次，並且自動再作另一批次，作完設定批次後停止。在配料桶落料期間，若料不足，則配料桶底下之閥板會一直開著，等到落量達設定量後才會閉合。如圖五、圖六所示欲作某一配方(配方號碼：0030)，則在監視控制電腦顯示銀幕上之按鍵次序為〔配料系統選擇〕→〔SET BATCH〕→〔批次次數〕→〔29∼32〕→(圖六)〔START〕→〔0030〕即可。

     圖五 ： 配       方       選        擇       與        批       次        設       定

圖六：自  動  配  料  配   方  起  動

        目前可儲存80個配方值，同一配方可連續作50批次，並可按照廠方之實際需要，很容易的再加以擴充。由於所有配方值全存在電腦中，所以操作員並不需要設定每一配料桶之落量，並且液體添加，亦能依不同配方，自動添加控制而不致添加錯誤。

4.配方實際耗用量報表說明：

        每作完一批次時，電腦會自動由列表機印出起始時間，結束時間，配方名稱，配方設定量，原料實際消耗量，誤差，設定批次，並與主電腦連線，以作為主管資材管理及成本計算之重要數據，報表形式如圖七所示。

   圖七 ： 報                       表                       形                       式

圖八 ： ALARM                  畫                   面

                            [STSTEM ALARM]

    ┌────────┘    

    │   [   F1   ]     [F2／F3]    [   F4   ]     [   F5   ]    [   F6   ] 

    ├──┴───┴────┴───┴───┘

    │   [  F21  ]     [   F22   ]    [  F23  ]     [  F24  ]    [  F25  ]

    ├──┴───┴────┴───┴───┘

    │   [  F16  ]     [   F15   ]    [  F14  ]                 [RETUEN]

    └──┴───┴────┘

5.警報處理說明：

        當現場任何一個系統有警報故障時，則在每一個畫面之中上角位置〔ALARM〕會閃爍，按下〔ALARM〕，則畫面出現下圖，而發生故障之系統(例如F1)，則〔F1〕會閃爍，我們按〔F1〕時，畫面呈現F1之所有設備示意圖，並且在故障點或警告點如堵料、高低料位……等位置發生閃爍，如此，不管我們在那一個畫面，我們仍可監視全廠之生產狀況。

五、系統硬體架構

        系統硬體架構如圖九所示：

  圖九：  電            腦            硬            體            架            構            圖

                                                                              19"監控CRT

                                                                                        │

                                                        列表機              監控電腦

                                                             │                       │PLC通訊網路

  主機(HOST Computer)─︴︴─ 個人電腦 ─ 可程式控制器 ─ 程式書寫器

                                                                                        │I／O通訊網路

                                                                                Remote I／O

                                                                                        │

                                                ┌──────┬──┴──┬─────┐

                                          原料輸送             二次加工         成品輸送          自動配料

        在這個飼料廠自動化規劃中，我們選用一台大型的可程式控制器來控制現場約1,000點INPUT／OUTPUT信號，並且利用ASCII埠將可程式控制器收集之配方原料實際用量，傳輸到個人電腦，透過個人電腦中Basic程式之處理，將資料存於軟式磁碟片中，並且即時列印出來。我們並且利用一台彩色的監控電腦來下達配料、系統啟動、停止等命令，並利用其19"之顯示幕來監督其現場生產控制狀況。

                                                                           (76年度飼料製造技術研習會研討專題)

                                                   飼料營養雜誌(72~82)－游本桓．吳鴻成．八八年一期

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