基于Labview的黃酒發酵控制系統設計與實現
2012-04-29 00:00:00馬明徐保國
計算技術與自動化 2012年3期
摘要：針對傳統黃酒生產工藝技術裝備落后，勞動生產率低等問題，本文設計以LabVIEW為開發平臺，基于PLC、智能儀表等現代控制技術的發酵控制系統。介紹系統的整體結構，軟件功能特點以及關鍵模塊的實現。實踐證明：該系統可以實現對黃酒發酵過程各參數進行監控，同時具有很高的實時性和可靠性，能夠滿足發酵工藝要求。
關鍵詞：黃酒發酵；Labview；PLC；數據庫；RS—485
中圖分類號：TP311.1 文獻標識碼：A
Rice Wine Fermentation Monitoring and Control
MA Ming，XU Baoguo
（College of Iot engineering，Jiangnan University，Wuxi214122，China）
Abstract：Due to the problems of production facilities and productivity effect， traditonal fermentation technology of rice wine is known to be inefficient. In this paper， we address the problems with a new automatic control system. Its hardware platform consists of PLCs， intelligent instruments， and industrial control computers.Its application is programedbased on Labview.In the production process of rice wine， it has high reliability and realtime andcan monitor the various parameters effectively. Productive results show that it can meet the demand of rice wine fermentation.
Key words：rice wine fermentation；labview；PLC；data base；RS485
1引言
有“液體蛋糕”之稱的黃酒作為保健酒的杰出代表，越來越多的被人們所重視，但是由于歷史原因，目前黃酒生產過程仍以手工操作為主，其生產規模小，自動化程度低及批次穩定性差等問題也日趨凸顯，針對黃酒發酵工藝特點，結合LabVIEW、PLC等現代測控技術設計了一種黃酒發酵遠程控制方案。
2系統設計與實現
黃酒前酵控制系統由工控機、西門子PLC、智能儀表以及各傳感器和執行閥門等組成，如圖1所示。系統運行時，安裝在發酵罐內的傳感器采集罐內溫度和含氧量等信息，并將采集的數據發送給變送器或智能儀表，變送器將含氧量轉換為電流信號后傳遞為PLC，在接受到采集的信息后[1]，PLC和智能儀表分別通過MPI和RS485現場總線上傳至工控機，上位機根據接收的指令和預設的參數，通過PLC控制閥門開關度以改變罐內溫度和含氧量等信息。遠程用戶可以通過上位機軟件監控系統運行、查詢歷史數據、制定實時控制任務等。根據系統結構特點和發酵工藝要求，本文利用LabVIEW作為開發平臺設計了一套控制界面，具有工作可靠性高、使用方便、抗干擾能力強、界面友好美觀等優點。
圖1黃酒前酵控制系統結構圖
3軟件設計
該系統軟件部分采用LabVIEW編寫[2]，模擬罐內發酵狀態，可以直觀地顯示發酵情況。上位機首先通過CP5612卡和RS485串口采集PLC、智能儀表中的數據，對數據進行處理后將結果實時地顯示在軟件界面，并將數據存于后臺的數據庫中，從而完成對閥門開關情況、料液各參數變化走勢等作統計、分析、繪制圖表、存儲、打印等工作。另外用戶還可以根據發酵工藝需要預設控制任務和限制閥門開啟數，軟件總體效果如圖2所示。
圖2控制系統主界面
計算技術與自動化2012年9月
第31卷第3期馬明等：基于Labview的黃酒發酵控制系統設計與實現
3.1上位機與PLC通訊模塊
LabVIEW集成了當前測控領域中多種先進的軟件開發技術，可通過多種方案實現對PLC的訪問，本文采用DataSocket技術通過訪問OPC Server實現PC和PLC的通訊。DataSocket技術是NI公司推出的面向測控領域的網絡通信技術[5]，源于TCP/IP協議并對其高度封裝，是一種易用的高性能數據交換編程接口。而OPC是一種工業標準，是許多世界知名的自動化企業與微軟合作的結晶，為自動化軟件面向對象的開發提供了統一的標準，西門子PLC當然也提供了對該協議的支持，集成在Simatic NET軟件包中。
雖然DataSocket和OPC實現原理有所不同，但體系結構很相似，都是客戶機/服務器模式，都以URL的方式訪問服務器數據項目， 訪問OPC的URL基本結構為：OPC：//主機名//OPC服務器名/數據項目，LabVIEW讀取PLC存儲區數據的程序框圖如圖3所示，其中localhost為通用主機名， connection是組態MPI現場總線時定義的連接名，IB8為所需讀取的存儲區地址，其他均可視為固定格式。
圖3LabVIEW與PLC通訊程序框圖
3.2上位機與智能儀表通訊模塊
在LabVIEW中實現串口通訊主要有2種途徑[3]：利用其自身的VISA驅動程序或者標準串口通訊函數，本文利用標準串口通訊函數在VC++中開發動態鏈接庫函數（DLL）供LabVIEW調用實現串口通訊。該方法相比直接利用VISA驅動實現通訊更加靈活，節省內存，而且省去了VISA驅動程序的購買費用。串口通訊函數實現流程圖如圖4所示，在成功打開串口后，通過SetCommTimeouts （）、SetCommState（）這2個函數分別對串口設備控制塊（DCB）和超時控制結構（COMMTIMEOUTS）進行配置后就可以讀寫串口了[4]。LabVIEW中調用動態鏈接庫是通過CLF[6] （Call Library Function） 節點實現的，位于互連接口——庫與可執行程序中，使用前首先需要對其進行配置，需要注意的是在配置窗體中函數部分需將線程設置為在任意線程中運行，否則程序在讀寫串口時將獨占線程，致使LabVIEW程序中其他線程無法運行進而易導致程序卡死。配置好的CLF節點如圖5所示，各輸入輸出的數據類型和含義和DLL中定義的導出函數一致。
圖4串口通訊實現流程圖
圖5LabVIEW讀取智能儀表程序框圖
3.3LabVIEW與數據庫通訊模塊
LabVIEW與數據庫通訊的方式亦有多種，如可以直接使用NI的LabVIEW SQL Toolkit工具包[7]、或利用LabVIEW的ActiveX功能調用Microsoft ADO對象從底層編程實現、亦可用VC++編寫DLL訪問數據庫[8]，而本文使用第三方工具包LabSQL實現訪問，該方法相比以上三種有免費、方便、簡單實用等優點，其原理也是利用Microsoft ADO以及SQL語言來完成對數據庫的訪問，只是將復雜的底層ADO及SQL操作封裝成一系列LabSQL VIS，LabSQL對數據庫操作的一般步驟為：連接數據庫→連接記錄集→對表進行各種操作→斷開記錄集→斷開數據庫[9]，提取數據庫表fjg1中所有數據的程序框圖如圖6所示。
圖6LabVIEW讀取數據庫程序框圖
4總結
本文設計并實現了一種黃酒發酵過程控制系統。該系統不僅有助于提高黃酒的產量和質量，而且對于推廣黃酒發酵自動化有著重要的意義。在實際使用過程中也確實起到了應有的效果，穩定性，易操作性收到了實踐的檢驗，在古越龍山的項目上得到應用并得到了廠方的高度評價。
本文作者創新點：基于LabVIEW開發平臺，配合PLC、智能儀表等現代測控技術設計開發了黃酒過程控制系統。文章根據黃酒發酵的工業要求，設計了相應的硬件結構和軟件系統。
參考文獻
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