液體農(nóng)藥配料線自動控制系統(tǒng)研究

馮平+王毓順+徐世許

摘要：針對液體農(nóng)藥在配料過程中存在安全與配置精度低問題，設(shè)計了一種液體農(nóng)藥配料線自動控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)由上位機(jī)、PLC、稱重儀表和觸摸屏構(gòu)成，其中用Visual Basic 6.0開發(fā)設(shè)計上位機(jī)監(jiān)控軟件，具有數(shù)據(jù)采集、保存和歷史數(shù)據(jù)查詢的功能；CP1LPLC作為主控制器，用于接收稱重儀表采集的數(shù)據(jù)，并通過控制電磁閥和攪拌機(jī)等設(shè)備控制農(nóng)藥原料精確攝入，上位機(jī)與PLC之間采用Ethernet通信實時進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試已成功應(yīng)用于某液體農(nóng)藥生產(chǎn)廠。該控制系統(tǒng)具備了安全生產(chǎn)、精確高效的優(yōu)點，且造價成本低，結(jié)構(gòu)簡單，具有較大的市場推廣價值。

關(guān)鍵詞：Ethernet通信；觸摸屏；CPIL PLC；稱重儀表；Visual Basic 6.O

中圖分類號：TP274+.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2016.04.022

0 引言

我國是一個有著13.6億人口的農(nóng)業(yè)大國，人均耕地面積僅為0.1公頃。要解決眾多人口的糧食問題，并提高人們的生活水平，我們就必須大力發(fā)展農(nóng)業(yè)提高單位面積產(chǎn)量來滿足人們對糧食的需求。在提高單位面積糧食產(chǎn)量的諸多措施中，化學(xué)農(nóng)藥的使用占有舉足輕重的地位。目前，我國有相當(dāng)部分的液體農(nóng)藥企業(yè)是小型工廠，設(shè)備簡陋，缺乏必要的配料控制系統(tǒng)，安全與配置精度問題顯得尤為突出。因此，文中以PLC作為控制器，采用visualBasic 6.0開發(fā)配套的監(jiān)控軟件，并結(jié)合稱重儀表、Ethernet通信、計算機(jī)控制等多種技術(shù)，設(shè)計開發(fā)了液體農(nóng)藥配料線自動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以較為準(zhǔn)確的控制液體農(nóng)藥配置精度，同時實現(xiàn)了安全生產(chǎn)與智能管理。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制方式

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

文中所設(shè)計的系統(tǒng)包括上位機(jī)和下位機(jī)兩部分，上位機(jī)由計算機(jī)和昆侖通態(tài)TPC1062K觸摸屏組成，計算機(jī)和觸摸屏都可以實時顯示和設(shè)置液體農(nóng)藥配方的預(yù)設(shè)參數(shù)，實現(xiàn)對液體農(nóng)藥配料的實時監(jiān)控。下位機(jī)為歐姆CP1L PLC，其通過稱重儀表實時采集配料過程中各添加物料的實際質(zhì)量，然后將其處理后與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果實時調(diào)節(jié)電磁閥和攪拌器，從而實現(xiàn)配料過程自動控制。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖l所示。

1.2 系統(tǒng)控制方式

根據(jù)液體農(nóng)藥廠的需求，我們采用手動和自動兩種控制方式。

1）自動控制方式。在上位機(jī)監(jiān)控軟件或觸摸屏上設(shè)置配方的詳細(xì)預(yù)設(shè)參數(shù)，PLC將稱重儀采集的數(shù)據(jù)經(jīng)處理后顯示在觸摸屏與上位機(jī)監(jiān)控軟件中，PLC將處理后的數(shù)據(jù)與配方預(yù)設(shè)參數(shù)進(jìn)行比較，由比較結(jié)果自動進(jìn)行下一步可行性判斷。自動模式下只需設(shè)定各物料的預(yù)設(shè)參數(shù)，其余配料過程均可自動完成。

2）手動控制方式。根據(jù)上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件或觸摸屏上顯示的各物料的預(yù)設(shè)參數(shù)，通過控制柜上的不同按鈕發(fā)送不同的指令到PLC，從而控制不同的設(shè)備進(jìn)行配料。手動模式下需要管理人員根據(jù)所觀察到的數(shù)據(jù)，手動控制其他設(shè)備進(jìn)行配料。手動模式可中斷自動控制模式，實現(xiàn)操作人員對現(xiàn)場突發(fā)狀況的及時處理。

2 下位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計

2.1 硬件結(jié)構(gòu)

文中硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。系統(tǒng)硬件包括PLC、觸摸屏、稱重儀表、電磁閥、攪拌機(jī)等。PLC選用OMRON CP1L，該PLC通信功能較好的解決了系統(tǒng)設(shè)計中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和通信問題。PLC添加2個RS232擴(kuò)展板，分別與觸摸屏TPC7062KX和稱重儀表ICS241進(jìn)行RS232串行通信。上位計算機(jī)與PLC之間采用Ethernet通信實時進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

2.2 數(shù)據(jù)處理模式

OMRON系列PLC與各種串行通信設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換可采用無協(xié)議通信模式。無協(xié)議通信時，CP1L PLC通信端口除CPU單元外設(shè)口、內(nèi)置RS-232或RS-422A/485口，可以使用串行通信單元板上的端口。稱重儀表ICS241自帶標(biāo)準(zhǔn)RS-232串口，此處給CP1L PLC選件板配置CP1W-CIF01，即將串口配置成RS232口。因此PLC與上稱重儀表ICS241是采用RS-232C串行通信。

稱重儀表ICS241設(shè)置為連續(xù)輸出模式，連續(xù)輸出模式下可以啟用或禁用校驗和，數(shù)據(jù)含有17或18個字節(jié)。表1顯示了標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)輸出的格式。

連續(xù)輸出格式說明

1.ASCII文本開始字符（0x02），始終發(fā)送。

2.顯示的重量，可以是毛重或凈重。六位，沒有小數(shù)點或符號。不足六位前補空格。

3.皮重。六位皮重數(shù)據(jù)。字段中沒有小數(shù)點。

4.ASCII回車字符（0x0D）。

5.校驗和啟用時才發(fā)送校檢位。校驗和用于檢測數(shù)據(jù)發(fā)送中的錯誤。

2.3 PLC程序設(shè)計

下位機(jī)PLC控制程序主要包括自動檔、手動檔程序和數(shù)據(jù)處理3部分。數(shù)據(jù)處理程序主要是將稱重儀表ICS241采集的數(shù)據(jù)儲存到DM區(qū)；自動檔程序主要是將采集處理后的數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)參數(shù)進(jìn)行比較，通過比較結(jié)果控制相應(yīng)設(shè)備的通斷，實現(xiàn)對配料線自動控制。例如，當(dāng)藥品物料1真實值高于預(yù)設(shè)值時，觸摸屏報警燈亮，電磁閥關(guān)閉，運動停止；當(dāng)?shù)陀陬A(yù)設(shè)值時，運動正常進(jìn)行，直到達(dá)到之前的預(yù)設(shè)值。手動工作模式可以實現(xiàn)對配料過程的開環(huán)控制，自動模式則不需要操作人員控制相應(yīng)設(shè)備的通斷。自動檔程序流程圖如圖3所示。

3 上位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計

3.1 監(jiān)控軟件

上位機(jī)的監(jiān)控軟件采用Visual Basic6.0開發(fā)設(shè)計，主要包括用戶管理、實時監(jiān)控、歷史數(shù)據(jù)查詢、配方參數(shù)修改和報警管理五部分。監(jiān)控軟件要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲及查詢功能，因此需開發(fā)設(shè)計數(shù)據(jù)庫，由于系統(tǒng)中數(shù)據(jù)存儲量較小，因此采用了數(shù)據(jù)庫Access。監(jiān)控軟件結(jié)構(gòu)體系。圖4所示主界面，軟件的“用戶管理”主要用于添加、刪除用戶及用戶信息的修改和用戶權(quán)限的設(shè)置。“實時監(jiān)控”用于顯示農(nóng)藥配料過程中各物料的稱重數(shù)據(jù)。“歷史數(shù)據(jù)”主要用于將歷史數(shù)據(jù)生成表格，方便隨時查詢；管理員具有對所有歷史數(shù)據(jù)查詢、編輯、刪除的所有權(quán)限，普通操作員只能對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。“配方參數(shù)修改”可以實現(xiàn)配方的添加、刪除，設(shè)置配方中各物料的預(yù)設(shè)參數(shù)，對PLC發(fā)送控制指令。

3.1 上位機(jī)與下位機(jī)的通信設(shè)置

在實際生產(chǎn)中，由于控制室與農(nóng)藥配料車間距離較遠(yuǎn)，并需要保持網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定可靠，因此上位計算機(jī)與PLc采用Ethernet通信進(jìn)行實時數(shù)據(jù)交互，0MRON CPIL PLC內(nèi)置以太網(wǎng)口，它可以通過HNs協(xié)議，實現(xiàn)對PLC DM區(qū)的讀/寫。計算機(jī)與PLC通信設(shè)置示意圖如圖5所示。

通過Emernet通信，上位機(jī)與PLc組成綜合控制系統(tǒng)，實現(xiàn)監(jiān)控與管理的一體化。在Visual Ba-sic6.0中，上位機(jī)通過向PLC發(fā)送FINs指令讀取DMl00（DM區(qū)儲存PLC從稱重儀表實時讀取的數(shù)據(jù)）開始的150個字?jǐn)?shù)據(jù)的功能，實現(xiàn)上位計算機(jī)與PLc的通信。

4 結(jié)束語

液體農(nóng)藥配料線自動控制系統(tǒng)采用上位計算機(jī)與下位機(jī)相結(jié)合的方法，實現(xiàn)對配料過程的監(jiān)控與控制。該系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試后運行穩(wěn)定，監(jiān)控數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。在實際應(yīng)用后實現(xiàn)了對人工配料作業(yè)環(huán)節(jié)的監(jiān)管，規(guī)范了操作人員按照生產(chǎn)配方準(zhǔn)確配料；上位機(jī)對配料操作記錄進(jìn)行保存，管理人員可實現(xiàn)追溯歷史數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了生產(chǎn)的智能管理。文中所設(shè)計的控制系統(tǒng)具備了安全生產(chǎn)、精確高效的優(yōu)點，且造價成本低，結(jié)構(gòu)簡單，具有較大的市場推廣價值。