基于組態(tài)技術(shù)的智能豆花機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：設(shè)計(jì)了一種基于組態(tài)技術(shù)的智能豆花機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)豆花制備的智能化控制、設(shè)備故障報(bào)警和緊急處理。介紹了系統(tǒng)硬件組成和軟件功能，闡述了組態(tài)軟件的二次開發(fā)流程，并對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行了有效的仿真。仿真實(shí)驗(yàn)表明，該控制系統(tǒng)的設(shè)備控制、故障報(bào)警和通信速率均可達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：組態(tài)技術(shù)；石磨豆花機(jī)；控制系統(tǒng)；系統(tǒng)仿真

中圖分類號(hào)：TP23 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.07.030

石磨豆花機(jī)作為一種傳統(tǒng)的豆花制備裝備，被廣泛應(yīng)用于餐飲行業(yè)，具有生產(chǎn)量大、能夠連續(xù)研磨、豆花品質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)。但在實(shí)際應(yīng)用過程中存在以下問題：①豆花濃度不能根據(jù)需求調(diào)整；②豆花的品種單一，制備不同豆類時(shí)需手動(dòng)設(shè)置；③出現(xiàn)故障時(shí)容易損壞設(shè)備。針對(duì)上述問題，本文設(shè)計(jì)了一種基于組態(tài)技術(shù)的智能豆花機(jī)控制系統(tǒng)。

1 控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

為了生產(chǎn)不同濃度的豆花和不同種類的豆花，需要快速調(diào)整石磨的轉(zhuǎn)速、豆類進(jìn)入石磨的數(shù)量和加入的水量。因此，智能豆花機(jī)控制系統(tǒng)需要根據(jù)需求控制連接石磨和豆類送料輥的電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速和水流大小?？刂葡到y(tǒng)首先通過S200-PLC脈沖信號(hào)對(duì)電機(jī)控制器實(shí)施控制，進(jìn)而調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，脈沖信號(hào)還可控制電磁閥使其水泵出水量可調(diào)。在工控機(jī)人機(jī)界面上根據(jù)需求選擇不同命令對(duì)PLC發(fā)出相應(yīng)的指令，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行輔助功能的設(shè)計(jì)?？刂葡到y(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 S200-PLC通信協(xié)議

在控制系統(tǒng)中，PLC作為電機(jī)控制器、電磁閥及其他構(gòu)件與人機(jī)界面的命令以及數(shù)據(jù)傳輸紐帶，首先能夠與人機(jī)界面通信，保證指令能夠準(zhǔn)確地傳輸，其通訊連接方式為MCGSTpc的RS232接口與PLC編程口連接。因此，PLC模擬輸入模板的通道上還需要向外輸出交流電源，以驅(qū)動(dòng)兩線制電機(jī)和電磁閥工作，程序通信波特率、奇偶校驗(yàn)和數(shù)據(jù)具體位數(shù)通過通訊口0或者通訊口1設(shè)置。控制器和電磁閥接收命令的協(xié)議格式為：同步字符（2 B）+數(shù)據(jù)長度（1 B）+設(shè)備地址（1 B）+具體命令（2 B）+奇偶校驗(yàn)（2 B），傳感器根據(jù)命令輸出數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)添加到上述通訊協(xié)議中。

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案

目前，對(duì)于工業(yè)控制軟件開發(fā)主要有2種形式：①借助C++、VB等編程語言編制數(shù)量龐大的指令和代碼，從底層程序開發(fā)特定功能的控制軟件；②利用組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)特定功能控制軟件的二次開發(fā)。第二種方式因其具有開發(fā)周期短、成本低、工作量小等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)非標(biāo)控制系統(tǒng)中。本文借助MCGS組態(tài)軟件對(duì)智能豆花機(jī)控制系統(tǒng)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.1 MCGS組態(tài)軟件介紹

MCGS組態(tài)軟件二次開發(fā)由以下5部分組成：①主控窗口。主控窗口是對(duì)工控機(jī)啟動(dòng)頁面，系統(tǒng)的內(nèi)存屬性、參數(shù)和存盤參數(shù)進(jìn)行設(shè)置的窗口。②用戶窗口。用戶窗口是軟件設(shè)計(jì)人員對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的具體功能進(jìn)行設(shè)計(jì)的窗口。③實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)指令地址分配的窗口。④運(yùn)行策略。運(yùn)行策略是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)邏輯顯示控制設(shè)置的窗口。⑤設(shè)備窗口。設(shè)備窗口是工控機(jī)與PLC實(shí)現(xiàn)連接的設(shè)置窗口。

3.2 控制系統(tǒng)軟件功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該智能豆花機(jī)控制軟件功能豐富，在實(shí)現(xiàn)對(duì)豆花機(jī)基本控制功能的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)控制系統(tǒng)的可操作性、人機(jī)交互性和可靠性，對(duì)必要的軟件功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可有以下3點(diǎn)。

3.2.1 安全管理功能

豆花機(jī)作為食品制作設(shè)備，其產(chǎn)品品質(zhì)和安全性應(yīng)首先得到保障。因此，控制系統(tǒng)應(yīng)具備完備的安全管理功能，主要分為用戶登錄、用戶權(quán)限和生產(chǎn)記錄3個(gè)層次保障控制系統(tǒng)和設(shè)備運(yùn)行的安全。

在軟件登錄主頁面需要提供有效的用戶名和登錄密碼，以確保控制系統(tǒng)不受非許可操作，保障了設(shè)備的安全運(yùn)行。在單次用戶登錄時(shí)，用戶名、登錄日期、具體操作內(nèi)容應(yīng)該被保存在存儲(chǔ)器內(nèi)，最大程度上確保操作過程的透明化，使食品生產(chǎn)過程有跡可循。

3.2.2 多重報(bào)警處置功能

該控制系統(tǒng)采用軟件和硬件將結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)報(bào)警與處置的功能。當(dāng)智能豆花機(jī)發(fā)生機(jī)械、電氣故障，從PLC采集的I/0變量值出現(xiàn)設(shè)置參數(shù)在合理范圍之外時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)出警報(bào)并提示故障信息。

一旦故障發(fā)生在無人值守時(shí)，報(bào)警提示信息無反饋，控制系統(tǒng)能夠觸發(fā)自動(dòng)斷電操作。

3.2.3 定時(shí)運(yùn)行功能

大型餐廳豆花的供應(yīng)一般是在早餐時(shí)段，豆花的制作要早于早餐時(shí)間。該控制系統(tǒng)能夠設(shè)定豆花機(jī)自動(dòng)運(yùn)行的時(shí)間。這樣，既能保證豆花的供應(yīng)量，又能使操作人員得到良好的休息。

3.3 智能豆花機(jī)控制策略的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)的控制策略系統(tǒng)包括啟動(dòng)策略、退出策略、循環(huán)策略和用戶策略?？刂葡到y(tǒng)人機(jī)界面主頁面的報(bào)警指示燈按照控制策略要求，只要有一項(xiàng)參數(shù)或者一個(gè)構(gòu)件出現(xiàn)問題，報(bào)警指示燈就開啟閃爍，提示操作人員有報(bào)警信息出現(xiàn)，其報(bào)警指示燈運(yùn)行策略如下：

4 系統(tǒng)仿真

MCGS提供了模擬數(shù)據(jù)發(fā)生器，在設(shè)備窗口選擇模擬設(shè)備，添加一個(gè)模擬數(shù)據(jù)發(fā)生器，能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供16數(shù)據(jù)通道。內(nèi)部模擬數(shù)據(jù)發(fā)生裝置能夠?qū)Ω鱾€(gè)通道的數(shù)據(jù)類型進(jìn)行選擇，根據(jù)不同的數(shù)據(jù)類型可選擇三角形或者正弦、余弦型浮點(diǎn)數(shù)據(jù)。

另外，對(duì)于不同數(shù)據(jù)的仿真，還可以選擇數(shù)據(jù)值的范圍。根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)前面板設(shè)計(jì)，在不同的通道上連接相應(yīng)的變量參數(shù)。為了使模擬數(shù)據(jù)的發(fā)生范圍值近似實(shí)際工程數(shù)據(jù)，可進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)通道處理。圖2為系統(tǒng)仿真。

5 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)的基于組態(tài)技術(shù)的智能豆花機(jī)控制系統(tǒng)是一種生產(chǎn)效率高、操控可靠性好、控制智能化程度高的食品生產(chǎn)設(shè)備控制解決方案。該控制系統(tǒng)是以組態(tài)軟件為設(shè)計(jì)核心，運(yùn)用組態(tài)技術(shù)不但能夠大大縮短開發(fā)周期、降低成本，而且能夠提高人機(jī)界面的友好性，并提高豆花機(jī)的使用安全性和產(chǎn)品安全性。以組態(tài)技術(shù)為核心的控制系統(tǒng)在食品設(shè)備行業(yè)的成功應(yīng)用能夠促進(jìn)食品行業(yè)安全、健康地發(fā)展。

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作者簡介：喬力江漢（2000—），男，北京人，研究方向?yàn)樵O(shè)備控制理論。

〔編輯：劉曉芳〕