基于PLC 的复合肥成套设备智能控制系统设计与实现

引言

随着农业现代化和工业自动化的发展，对复合肥生产设备的自动化控制提出了更高要求。传统复合肥成套设备往往依赖人工操作，生产参数控制不精确，工艺调节效率低，亦存在安全隐患和质量不稳定等问题。PLC 技术具有可靠性高、编程灵活、可重构性强等优点，适合用于复杂生产流程的控制与管理。本文立足于复合肥生产工艺特点，设计并实现一套基于 PLC 与 HMI 协同控制的智能系统，通过流程优化、逻辑控制与数据采集，实现生产过程的全自动化控制与实时监控，提升设备运行效率与生产质量。本研究的意图在于提供一种可推广的智能控制解决方案，为复合肥生产的自动化升级贡献借鉴。

一、PLC 智能控制系统总体架构与功能模块

本文设计的控制系统总体结构包括 PLC 控制单元、HMI 触摸屏、过程传感器与执行器、现场总线网络、以及上位监控与数据记录模块。PLC 控制单元负责执行配料、传送、混合、筛分、温控等工艺控制逻辑；HMI 触摸屏作为人机交互界面，实现参数设置、工况显示与报警提示；现场总线（如 ModbusRTU 或PROFINET）连接传感器、执行器与 PLC，实现数据采集与控制信号传输。上位监控系统用于数据存储、历史趋势分析与生产报表生成。系统功能模块涵盖自动化配料、物料输送控制、混合过程监控、温湿度实时调控、设备故障自诊断与安全联锁保护，并可设定生产批次参数。整体架构兼顾实时控制与数据分析，具备良好的可扩展性与可维护性。

二、控制逻辑设计与算法实现

控制逻辑基于 PLC 梯形图与结构化文本两种编程方式实现。首先，在配料阶段，通过称重传感器检测物料重量，PLC 根据设定配比自动启动储料阀和送料系统，精准控制原料质量。在料斗重量达到目标后自动关闭送料，并启动混合器。混合阶段采用定时与称重双重控制，确保混合作业均匀稳定。筛分阶段，通过振动控制算法检测出料粒度，并决定是否返料继续筛分。温控采用 PID 闭环控制算法，实时调节热风温度与通风量，保持物料在最佳工艺温湿度区间。此外，系统加入安全保护逻辑，当温度、压力、料位超限时，PLC 自动停机并触发报警，通过HMI 提示操作人员。整个控制逻辑设计遵循模块化、可重入结构，便于维护与升级，同时具备工艺柔性调节能力，可适配不同生产批次与原料特性。

三、人机界面与数据管理功能

HMI 界面设计注重直观性与易用性，包括主界面、参数设置界面、趋势曲线界面、故障记录界面等。主界面实时显示生产状态、称重曲线、温湿度曲线与报警信息；参数设置界面允许操作人员输入配方参数、温控目标值与报警阈值；趋势界面对物料温度、重量、流量等关键变量进行曲线绘制与历史回顾；故障记录界面记录设备故障类型、时间、处理方式与恢复状态。上位监控系统通过数据通信接口接收 PLC 数据，记录关键控制变量与生产日志，支持生产报表导出、批次对比分析与效率评估。数据管理模块还可实现远程访问，实现生产过程的远程监控与管理，为企业管理决策提供数据支持。

四、系统调试与性能评估

在实际设备上完成系统部署后，开展了现场调试与性能测试工作。调试过程中，逐步验证各功能模块的输入输出逻辑是否准确，确保各类信号采集、执行控制与反馈响应均符合设定要求。完成单元功能测试后，对整套控制流程进行联调，确保系统在连续工艺流程下协同运行顺畅。测试结果显示，在设定的生产参数条件下，自动配料精度稳定控制在 ±0.5% 以内，混合均匀度显著提升，质量达标率超过 98% 。温度控制保持在 ±1^∘C 范围内波动，满足对反应过程精细化控制的需求。系统响应速度快速，能够实现对关键工艺参数的实时监控与自动调整。通过连续运行测试，设备连续稳定运行48 小时未发生故障停机，运行安全性良好。能源消耗统计结果显示，系统通过智能调节风机与加热设备功率，有效降低整体能耗，相较于传统半自动控制方式节能率超过 15% 。

五、应用推广与未来发展方向

本系统可适用于中小型复合肥生产企业的成套设备升级改造，通过 PLC 与HMI 替代传统控制柜，实现设备数字化与智能化改造。推广应用时需结合具体生产工艺制定配方数据库与工艺参数，保证系统灵活性与可配置性。未来研究可继续深化系统智能化水平，如引入工业物联网（IIoT）技术，实现设备云端互联与远程监控；应用大数据分析与机器学习技术对生产数据进行分析，优化配方与工艺参数，进一步提升设备效益；结合无线传感技术与实时数据采集，实现预测性维护与自动故障诊断。此外，可扩展功能模块如配方管理、库存监控、生产计划调度等，构建复合肥生产全过程的智能管理平台。

结论

本文设计并实现了一套基于可编程逻辑控制器（PLC）的复合肥成套设备智能控制系统，从系统架构设计、控制逻辑编程、人机交互界面开发到系统调试与性能评估等多个环节进行了全面分析与深入研究。系统试运行结果显示，在配料精度、原料混合均匀性以及温度控制稳定性等关键指标上表现优异，显著提升了生产线的自动化水平与运行效率，降低了能源消耗，优化了工艺流程，具备良好的稳定性与可扩展能力，能够适应不同生产需求的变化。研究成果为复合肥生产设备的智能化升级提供了切实可行的技术方案，同时也为农业化工领域中自动控制技术的应用拓展了新的思路。未来可进一步融合工业物联网（IIoT）技术、实时数据分析和智能控制算法，对系统进行优化升级与功能拓展，构建更加柔性化、智能化、数字化的控制体系，为推动复合肥产业的现代化转型和可持续发展提供坚实的技术支撑和理论依据。

参考文献

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