基于PLC的茶葉裝箱機(jī)組控制系統(tǒng)改造

楊征（海南科技職業(yè)學(xué)院，海南?？?570206）

基于PLC的茶葉裝箱機(jī)組控制系統(tǒng)改造

楊征
（海南科技職業(yè)學(xué)院，海南海口 570206）

本文所介紹的茶葉裝箱機(jī)組控制系統(tǒng)采用PLC操作系統(tǒng)，是因?yàn)榇瞬僮飨到y(tǒng)方便了用戶可以自由的設(shè)計(jì)一些所需要的應(yīng)用功能，另一方面PLC操作系統(tǒng)具有高穩(wěn)定性和可靠性。本控制系統(tǒng)使用了觸摸屏技術(shù)，減少了按鍵的使用，從整體上減小了系統(tǒng)所占用的體積，使系統(tǒng)更加輕巧，而且用戶使用更加方便?；谝陨媳尘?，本文基于PLC技術(shù)對(duì)茶葉裝箱機(jī)組控制系統(tǒng)做了分析研究。

PLC；茶葉裝箱機(jī)組；空氣控制系統(tǒng)

當(dāng)今社會(huì)，越來(lái)越多的人喜愛(ài)喝茶。因此，茶葉裝箱機(jī)組的好壞關(guān)系到人們身體的健康。當(dāng)前，現(xiàn)有的控制設(shè)備價(jià)格昂貴，同時(shí)控制的氣體種類單一，不能同時(shí)控制茶葉裝箱機(jī)組中多種氣體的濃度；現(xiàn)有的設(shè)備還沒(méi)有無(wú)線通信的功能，只能在環(huán)境內(nèi)使用，用戶不能遠(yuǎn)距離查看室內(nèi)的情況。本控制系統(tǒng)更是采用了無(wú)線通信技術(shù)，可以使用戶在遠(yuǎn)距離查看茶葉裝箱機(jī)組的質(zhì)量，方便快捷。

1　PLC操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介

隨著人們生活質(zhì)量的不斷提高和生活意識(shí)的不斷加強(qiáng)，人們開始意識(shí)到身體健康的重要性，開始追求綠色的生活模式，而茶葉裝箱機(jī)組的綠色化更是放在首要的位置，這就需要一種設(shè)備來(lái)完成這個(gè)功能了，這就是本文要研究的茶葉空氣控制系統(tǒng)。PLC結(jié)構(gòu)是軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，即大家熟知的客戶機(jī)和服務(wù)器結(jié)構(gòu)。PLC操作系統(tǒng)的應(yīng)用非常廣泛，很多控制產(chǎn)品都使用了PLC操作系統(tǒng)。

PLC系統(tǒng)可以從兩個(gè)方面來(lái)描述其功能：第一、從軟件開發(fā)的方向來(lái)看，PLC操作系統(tǒng)可以當(dāng)做一種虛擬機(jī)平臺(tái)，其作用是把底層的硬件部分的細(xì)節(jié)都封裝起來(lái)，這樣可以使運(yùn)行的軟件有一個(gè)抽象的編程接口，用這些抽象的接口來(lái)進(jìn)行軟件的開發(fā)；第二、從系統(tǒng)管理的方向來(lái)看，PLC操作系統(tǒng)可以當(dāng)做是整個(gè)系統(tǒng)資源的管理人員，其責(zé)任重大，管理系統(tǒng)當(dāng)中各種的硬件資源，其中包括微處理器、內(nèi)存、各種I/O設(shè)備、文件和數(shù)據(jù)等，這樣，整個(gè)設(shè)備就可以高效、可靠地運(yùn)行。PLC所具有以下特點(diǎn)：

首先，PLC是一個(gè)免費(fèi)的、開源的、自由的操作系統(tǒng)。用戶完全可以根據(jù)自己的各種需要對(duì)代碼的內(nèi)核部分進(jìn)行修改和優(yōu)化，使得用戶可以完成自己的所求。PLC的這種特點(diǎn)是極其重要的，它提供了一個(gè)無(wú)限的開發(fā)平臺(tái)，可以使所有使用這個(gè)系統(tǒng)的人進(jìn)行更好的交流和相互的學(xué)習(xí)。

其次，PLC的內(nèi)核是可以裁剪的，而且具有高性能的特點(diǎn)。PLC內(nèi)核的高效和穩(wěn)定得到了各個(gè)領(lǐng)域的肯定，其獨(dú)特的模塊機(jī)制可以使用戶根據(jù)自己的需要，實(shí)時(shí)地將某些模塊插入到內(nèi)核或者從內(nèi)核中移走，PLC很適合小型化場(chǎng)合的使用。

再者，PLC具有非常完善的文件管理機(jī)制和網(wǎng)絡(luò)通信功能。PLC對(duì)所有的標(biāo)準(zhǔn)的Internet網(wǎng)絡(luò)協(xié)議都支持，而且將它們應(yīng)用在PLC系統(tǒng)中是非常容易的。另外，PLC支持的文件系統(tǒng)也是非常豐富的，包括fat16、fat32、ext2、romfs等。

然后，PLC擁有非常完整的開發(fā)工具。有一套優(yōu)秀的開發(fā)以及調(diào)試工具對(duì)于PLC系統(tǒng)開發(fā)是非常重要的。PLC提供了一整套開發(fā)工具，它利用了GNU中的gcc當(dāng)做編譯器使用，同時(shí)用xgdb、gdb、kgdb作為調(diào)試的工具，使得用戶可以非常方便地從操作系統(tǒng)到應(yīng)用軟件各個(gè)層次的調(diào)試。

最后，PLC具有非常豐富的軟件資源以及廣泛的硬件支持。幾乎絕大多數(shù)通用程序都可以適用于PLC，硬件支持方面，目前PLC成功移植到了許多硬件開發(fā)平臺(tái)，所有流行的CPU幾乎都可以在上面運(yùn)行，更是支持各種主流硬件平臺(tái)和最新的硬件技術(shù)。本設(shè)計(jì)針對(duì)現(xiàn)有的茶葉裝箱機(jī)組控制設(shè)備的不足之處，使用熱門的PLC開發(fā)技術(shù)以及當(dāng)下流行的PLC操作系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一種控制有害氣體以及室內(nèi)溫度的基于PLC的茶葉裝箱機(jī)組控制系統(tǒng)。

從以上分析可見(jiàn)，茶葉裝箱機(jī)組控制系統(tǒng)適合采用PLC操作系統(tǒng)，第一、是此系統(tǒng)是免費(fèi)開放的，給了用戶非常大的自由發(fā)揮的空間，用戶可以根據(jù)自己的各種需要來(lái)修改和優(yōu)化代碼；第二、其代碼的移植性是非常良好的，可以在很多硬件上嵌入使用，而只需修改一部分參數(shù)代碼，因此很多時(shí)候沒(méi)有必要去編寫一個(gè)全部的代碼程序，而只需要對(duì)開放性源碼進(jìn)行重新編程即可；第三、PLC更是具有豐富的軟件和硬件使用資源，很多應(yīng)用軟件都是可以在PLC上使用的，這就給了用戶十分方便的軟件應(yīng)用體驗(yàn)。總之選用PLC操作系統(tǒng)是十分明智的和實(shí)用的。

2　基于PLC的茶葉裝箱機(jī)組控制系統(tǒng)改造研究

2.1國(guó)外茶葉裝箱機(jī)組控制系統(tǒng)改造研究

國(guó)外的裝箱機(jī)組控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)了幾十年的發(fā)展，其中擁有世界高水平的茶葉裝箱機(jī)組控制系統(tǒng)的國(guó)家有：法國(guó)的UM2000+TVM430系統(tǒng)、德國(guó)的LZB系統(tǒng)、日本的DS-ATC系統(tǒng)和歐洲的ETCS系統(tǒng)。其中法國(guó)的UM2000+TVM430系統(tǒng)使用無(wú)絕緣數(shù)字軌道電路傳輸茶葉裝箱機(jī)組控制數(shù)據(jù)、德國(guó)的LZB系統(tǒng)使用軌道環(huán)線電纜傳輸茶葉裝箱機(jī)組控制數(shù)據(jù)、日本的DSATC系統(tǒng)使用有絕緣數(shù)字軌道電路傳輸茶葉裝箱機(jī)組控制數(shù)據(jù)。這三種茶葉裝箱機(jī)組控制系統(tǒng)都使用了大量的專利科技，而且是不兼容的，技術(shù)平臺(tái)是封閉的。歐洲國(guó)家為了實(shí)現(xiàn)各國(guó)裝箱機(jī)組的互相聯(lián)通，開放專有的技術(shù)，他們正在建設(shè)和規(guī)劃的裝箱機(jī)組控制系統(tǒng)都是使用ETCS得茶葉裝箱機(jī)組控制系統(tǒng)，ETCS一般可以分成三個(gè)級(jí)別，各級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)不相同。

ETCS1級(jí)：由地面信號(hào)、查詢應(yīng)答器、軌道電路（計(jì)軸設(shè)備）等設(shè)備組成，使用固定的跟蹤間隔方式，根據(jù)軌道電路和計(jì)軸器件檢查茶葉裝箱機(jī)組是否占用，使用查詢應(yīng)答器代替各國(guó)現(xiàn)有的信號(hào)系統(tǒng)，來(lái)用在茶葉裝箱機(jī)組導(dǎo)航和傳輸控制命令上，這種系統(tǒng)是傳統(tǒng)的點(diǎn)式ATP（茶葉裝箱機(jī)組自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)）。

ETCS2級(jí)：由軌道電路、查詢和應(yīng)答器、GSM-R等設(shè)備組成，和ETCS 1級(jí)對(duì)比，茶葉裝箱機(jī)組基本上是靠機(jī)組上的信號(hào)設(shè)備來(lái)控制，通過(guò)GSM-R進(jìn)行不斷的傳輸茶葉裝箱機(jī)組運(yùn)控指令，車地之間進(jìn)行雙向通信，結(jié)合點(diǎn)式設(shè)備的使用，機(jī)組設(shè)備對(duì)茶葉裝箱機(jī)組的行駛速度實(shí)時(shí)的跟蹤測(cè)量，根據(jù)軌道電路和計(jì)軸器件檢查茶葉裝箱機(jī)組是否占用，設(shè)置有無(wú)線移動(dòng)閉塞中心，這種系統(tǒng)是建立在移動(dòng)通信的連續(xù)式ATP之上。

ECTS3級(jí)：由查詢應(yīng)答器、GSM-R等設(shè)備組成，和ETCS2級(jí)對(duì)比，依靠機(jī)組設(shè)備進(jìn)行茶葉裝箱機(jī)組的完整性的檢測(cè)，可以不依靠軌道電路。不用依靠地面信號(hào)機(jī)和軌道電路，并且裝箱機(jī)組旁邊的信號(hào)設(shè)備可以大大的減少，使用點(diǎn)式設(shè)備和無(wú)線移動(dòng)閉塞中心完成茶葉裝箱機(jī)組之間的間隔跟蹤，可以實(shí)現(xiàn)裝箱機(jī)組的移動(dòng)閉塞的功能。

2.2我國(guó)茶葉裝箱機(jī)組控制系統(tǒng)改造研究

中國(guó)茶葉裝箱機(jī)組控制運(yùn)行系統(tǒng)是我國(guó)為確保裝箱機(jī)組安全穩(wěn)定行駛，采用分級(jí)的方式達(dá)到不同的線路對(duì)運(yùn)營(yíng)的需要的技術(shù)規(guī)范。PLC系統(tǒng)是在我國(guó)現(xiàn)有的使用自動(dòng)閉塞設(shè)備的基礎(chǔ)上，是充分研究借鑒歐洲的ETCS系統(tǒng)來(lái)發(fā)展的列控系統(tǒng)的技術(shù)準(zhǔn)則，按照系統(tǒng)的規(guī)范按功能劃分為五級(jí)。

PLC-O級(jí)是既有線的情況即包括通用機(jī)車信號(hào)和運(yùn)行控制記錄設(shè)備，包括地面子系統(tǒng)和機(jī)組子系統(tǒng)。地面子系統(tǒng)包括軌道電路和點(diǎn)式信息設(shè)備；機(jī)組子系統(tǒng)包括主體機(jī)車信號(hào)裝置、點(diǎn)式信息設(shè)備和安全運(yùn)行監(jiān)測(cè)設(shè)備。

PLC-1級(jí)包括主體機(jī)車信號(hào)和安全運(yùn)行監(jiān)測(cè)設(shè)備，其地面子系統(tǒng)包含軌道電路和點(diǎn)式信息設(shè)備，機(jī)組子系統(tǒng)包含有主體機(jī)車信號(hào)設(shè)備、點(diǎn)式信息設(shè)備和安全運(yùn)行監(jiān)測(cè)設(shè)備。

PLC-2級(jí)是建立在軌道傳輸數(shù)據(jù)的列控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采取車地一體化的設(shè)計(jì)，地面可以不用安置通過(guò)信號(hào)機(jī)設(shè)備，茶葉裝箱機(jī)組司機(jī)根據(jù)機(jī)組的信號(hào)進(jìn)行控制，它的地面子系統(tǒng)包括列控中心和軌道電路兩部分，機(jī)組子系統(tǒng)包括信息接收設(shè)備、點(diǎn)式信息設(shè)備、測(cè)速單元、設(shè)備維護(hù)記錄裝置、安全計(jì)算機(jī)、人機(jī)界面、運(yùn)行管理記錄模塊和預(yù)留的無(wú)線通信接口等部件。

PLC-3級(jí)是建立在以無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)和使用軌道電路的方法來(lái)檢查茶葉裝箱機(jī)組是否占用的茶葉裝箱機(jī)組運(yùn)行控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，點(diǎn)式單元主要傳送導(dǎo)航數(shù)據(jù)，地面可以不用安裝通過(guò)信號(hào)機(jī)設(shè)備，茶葉裝箱機(jī)組司機(jī)根據(jù)機(jī)組信號(hào)進(jìn)行控制。它的地面子系統(tǒng)包含有無(wú)線閉塞中心、無(wú)線通信地面裝置、點(diǎn)式信息接收設(shè)備和軌道電路等部件，機(jī)組子系統(tǒng)包括無(wú)線通信機(jī)組裝置、點(diǎn)式信息接收設(shè)備、測(cè)速單元、設(shè)備維護(hù)記錄裝置、機(jī)組安全計(jì)算機(jī)、人機(jī)接口和運(yùn)行管理記錄模塊等部件。

PLC-4級(jí)是建立在無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)的列控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬閉塞或者移動(dòng)閉塞，依靠無(wú)線閉塞中心和機(jī)組監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)完成茶葉裝箱機(jī)組導(dǎo)航和茶葉裝箱機(jī)組的完整性檢查的任務(wù)，在地面可不需安裝通過(guò)信號(hào)機(jī)設(shè)備，茶葉裝箱機(jī)組根據(jù)機(jī)組信號(hào)進(jìn)行控制。PLC-4也包括地面子系統(tǒng)和機(jī)組子系統(tǒng)兩部分，地面子系統(tǒng)主要包括無(wú)線閉塞中心和無(wú)線通信地面裝置，機(jī)組子系統(tǒng)主要包括無(wú)線機(jī)組設(shè)備、測(cè)速單元、設(shè)備維護(hù)記錄設(shè)備、機(jī)組安全計(jì)算機(jī)、人機(jī)接口、全球衛(wèi)星定位裝置、茶葉裝箱機(jī)組完整性檢查裝置、運(yùn)行管理記錄模塊。

3　結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)PLC裝箱機(jī)組控制系統(tǒng)的投入使用和茶葉貿(mào)易的快速發(fā)展，將會(huì)有越來(lái)越多的應(yīng)用研究會(huì)以此開展，選擇PLC裝箱機(jī)組控制系統(tǒng)進(jìn)行組合研究應(yīng)用在茶葉裝箱機(jī)組定位中，具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。

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楊征（1968-），男，貴州凱里人，本科，講師，工程師，研究方向：自動(dòng)化。