MCGS組態控制技術在中藥炮制控制系統中的應用

孫式運，蔣偉，楊清志

(亳州職業技術學院 安徽 亳州 236800)

0 引 言

當前各中藥生產企業所用的中藥炮制機采用的溫控系統存在很大缺陷，在中藥炒制過程中溫度會忽高忽低，實際溫度偏離設定溫度較大[1-2]，只有經驗豐富的老藥工才可以操控好這種機器，而有經驗的老技工工資高、流失嚴重則給企業造成極大的困擾.基于PLC控制技術和MCGS控制技術的控制方案則可以解決溫度控制不準確，機器操控可視化程度低等問題，操作簡單友好的可視化人機界面讓無經驗的新工人操控起來也會得心應手，而實時數據和歷史數據以曲線和報表的形式呈現，可讓少數有經驗的老師傅對數據加以分析，從而可以通過修改參數對生產過程加以改進.

1 方案設計

本方案主要由以下幾個部分組成：PLC控制系統設計，MCGS組態控制系統設計.其中MCGS組態控制包括組態畫面設計，與PLC通信通道創建，數據庫創建，以及腳本程序編寫[3-4].

2 PLC控制系統設計

2.1 系統硬件設計

本系統硬件主要采用三菱FX2N-32MR PLC作為控制核心，通過FX0N-3A特殊功能模塊對采集溫度的模擬量轉化為數字量，通過PT100溫度傳感器采集溫度，采用MCGS觸摸屏TPC7062K作為上位機.本系統硬件原理圖如圖1：

圖1 系統硬件原理圖

2.2 PLC控制系統軟件設計

本系統采用了PID運算的閉環控制方式，可對溫度進行精確的控制，通過PT100采集的溫度值經過FX0N-3A特殊功能模塊進行A/D轉換[5]，把轉換后的溫度數字量作為輸入信號進行PID運算，從而決定加熱器的啟停時間，使溫度被精確地控制在設定溫度附近.

3 MCGS組態控制系統設計

3.1 MCGS組態畫面設計

3.1.1 組態主畫面設計

主畫面包括用戶登陸管理，設置屏保時間輸入框，以及進入其它功能窗口的按鈕.用戶登陸管理可以讓系統更安全，只有具備相應權限的人員才能進行相應的操作.比如數據分析窗口只有技師以上權限的用戶才能進入.系統主畫面如圖2：

圖2 系統主畫面

圖3 PID參數設定畫面

3.1.2 溫度參數整定畫面設計

溫度參數整定窗口需要技師權限人員才能進入，在首次運行時，要先進行自動調諧運行，運行結束可獲得PID控制的比例增益Kp和積分時間Ti.以后的操作只需要設定好溫度就可以利用此時得到的參數值進行PID運算，從而決定加熱器在每個周期內的通斷時間.溫度參數整定畫面如圖3：

3.1.3 中藥品種和炒制參數設置畫面設計

中藥品種眾多，這里大致分了三個大類：根莖類、果實類和動物類，每一大類用下拉列表框列了一些常見的中藥，而且通過咨詢一些有經驗的老藥工，當這些藥被選中后，系統會自動給定一個設定溫度和炒制時間.當然這個溫度和時間也可以修改.如果炒制列表里沒有的中藥，也可以自行輸入藥名，設定炒制參數.中藥品種和炒制參數設置畫面如圖4：

3.1.4 數據處理畫面設計

當中藥炒制后效果不理想時，技師們就可以通過查看分析實時數據和歷史數據，對炒制參數進行調整，從而改善炒制效果.數據報表畫面如圖5：

圖4 中藥品種和炒制參數設置畫面

圖5 數據報表窗口畫面

3.2 PLC通道與數據變量連接

組態畫面要控制下位機PLC運行，要顯示系統運行狀態，要實時顯示系統數據，都要創建相應的數據變量，這些數據變量要與PLC通道一一對應連接.PLC通道與MCGS數據變量連接情況如圖6：

圖6 PLC通道與MCGS變量連接畫面

3.3 腳本程序編寫

在操作員窗口中，三類藥名下拉列表框中要預設一些常見中藥名稱，且相應藥名要預設相應的設定溫度，這就需要編寫腳本程序來實現這些功能.部分腳本程序清單如下：

‘對常見中藥分為三類’

if 根莖類=1 then 藥名=藥名1

if 果實類=1 then 藥名=藥名2

if 動物類=1 then 藥名=藥名3

‘對常見中藥預設炒制溫度’

if !strComp(藥名1，“炒白芍”)=0 then 溫度=120

if !strComp(藥名1，“炒白術”)=0 then 溫度=150

…… …… ……

if !strComp(藥名2，“川楝子”)=0 then 溫度=180

if !strComp(藥名2，“小茴香”)=0 then 溫度=180

…… …… ……

if !strComp(藥名3，“制烏蛇”)=0 then 溫度=160

if !strComp(藥名3，“炒天龍”)=0 then 溫度=140

…… …… ……

‘預設常見中藥藥名，并處理出錯信息’

if !strComp(藥名，“”)=0 or !strComp(藥名，“炒白芍”)=0 or !strComp(藥名，“薏苡仁”)=0

or !strComp(藥名，“稻芽”)=0 or !strComp(藥名，“蔓荊子”)=0 or !strComp(藥名，“酸棗仁”)=0

or !strComp(藥名，“蒺藜”)=0 or !strComp(藥名，“菟絲子”)=0 or !strComp(藥名，“萊菔子”)=0

or !strComp(藥名，“桃仁”)=0 or !strComp(藥名，“草果”)=0 or !strComp(藥名，“梔子”)=0

or !strComp(藥名，“枳殼”)=0 or !strComp(藥名，“苦杏仁”)=0 or !strComp(藥名，“青皮”)=0

or !strComp(藥名，“補骨脂”)=0 or !strComp(藥名，“吳茱萸”)=0 or !strComp(藥名，“蒼耳子”)=0

or !strComp(藥名，“麥芽”)=0 or !strComp(藥名，“牛蒡子”)=0 or !strComp(藥名，“車前子”)=0

or !strComp(藥名，“王不留行”)=0 or !strComp(藥名，“馬兜鈴”)=0 or !strComp(藥名，“馬錢子”)=0

or !strComp(藥名，“小茴香”)=0 or !strComp(藥名，“川楝子”)=0 or !strComp(藥名，“紫菀”)=0

or !strComp(藥名，“黃連”)=0 or !strComp(藥名，“黃芪”)=0 or !strComp(藥名，“黃芩”)=0

or !strComp(藥名，“柴胡”)=0 or !strComp(藥名，“香附”)=0 or !strComp(藥名，“骨碎補”)=0

or !strComp(藥名，“茜草”)=0 or !strComp(藥名，“知母”)=0 or !strComp(藥名，“延胡索”)=0

or !strComp(藥名，“當歸”)=0 or !strComp(藥名，“白前”)=0 or !strComp(藥名，“白芍”)=0

or !strComp(藥名，“干姜”)=0 or !strComp(藥名，“白術”)=0 or !strComp(藥名，“甘遂”)=0

or !strComp(藥名，“甘草”)=0 or !strComp(藥名，“山藥”)=0 or !strComp(藥名，“炒白術”)=0

or !strComp(藥名，“炙黃芪”)=0 or !strComp(藥名，“炙干草”)=0 or !strComp(藥名，“焦山楂”)=0

or !strComp(藥名，“炒米仁”)=0 or !strComp(藥名，“炒棗仁”)=0 or !strComp(藥名，“制烏蛇”)=0

or !strComp(藥名，“炒天龍”)=0 or !strComp(藥名，“炒地龍”)=0 then

else

!opensubwnd(出錯提示窗口，250，200，350，200，1)

endif

4 系統調試

系統首次運行要進行PID參數整定，在操作員窗口利用自動調諧運行來獲取比例增益Kp和積分時間Ti，從而為后面的運行整定好必要的參數.然后在觸摸屏上選擇藥名，按照設定的溫度在PID調節下運行.在運行過程中在觸摸屏上可以看到溫度上升到設定溫度后，實時溫度曲線變得比較平穩，從數據報表窗口看，數據一直在設定溫度附近小幅波動.數據證明溫度控制得非常精確.炒制完成后，控制滾筒的電機反轉，炒制好的中藥就會倒出.從色澤上看炒制火候控制得非常好，炒制得非常成功.

5 結 論

經過多次調試、實驗，本系統的上位機界面友好，操作簡單方便.用戶登陸系統具有分配操作權限功能，使安全性管理得到了保障.實驗結果令人滿意，溫度控制精確，數據曲線和數據報表簡潔明了，易于查看和分析[6].

[1]許江，余鴻飛，付成喜.炒藥機[P].中國：201320515372.9，2013-08-22.

[2]蔣偉，謝斌，呂洪善，等.中藥炮制機械智能炒藥機溫控系統設計[J].湖南理工學院學報(自然科學版)，2014(4):58-62.

[3]張文明，華組銀，呂景泉，等.嵌入式組態控制技術[M]，北京：中國鐵道出版，2011.

[4]北京昆侖通態自動化軟件科技有限公司.MCGS參考手冊[S].2006.

[5]張伏，王唯，張亞坤，等.PLC和MCGS組態軟件在溫室控制中的應用[J].農機化研究，2014(10):205-208.

[6]張明昌，張宇翔，郭敏，等.基于MCGS的生物質氣化熱解測控制系統的研究與實現[J].計算機時代，2006(3):35-37.