基于組態(tài)技術的智能豆花機控制系統(tǒng)設計

摘 要：設計了一種基于組態(tài)技術的智能豆花機控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了對豆花制備的智能化控制、設備故障報警和緊急處理。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，并對控制系統(tǒng)進行了有效的仿真。仿真實驗表明，該控制系統(tǒng)的設備控制、故障報警和通信速率均可達到預期目標。

關鍵詞：組態(tài)技術；石磨豆花機；控制系統(tǒng)；系統(tǒng)仿真

中圖分類號：TP23 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.07.030

石磨豆花機作為一種傳統(tǒng)的豆花制備裝備，被廣泛應用于餐飲行業(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。但在實際應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，制備不同豆類時需手動設置；③出現(xiàn)故障時容易損壞設備。針對上述問題，本文設計了一種基于組態(tài)技術的智能豆花機控制系統(tǒng)。

1 控制系統(tǒng)總體結(jié)構設計方案

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、豆類進入石磨的數(shù)量和加入的水量。因此，智能豆花機控制系統(tǒng)需要根據(jù)需求控制連接石磨和豆類送料輥的電機實時轉(zhuǎn)速和水流大小。控制系統(tǒng)首先通過S200-PLC脈沖信號對電機控制器實施控制，進而調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，脈沖信號還可控制電磁閥使其水泵出水量可調(diào)。在工控機人機界面上根據(jù)需求選擇不同命令對PLC發(fā)出相應的指令，在此基礎上再進行輔助功能的設計?？刂葡到y(tǒng)的總體結(jié)構如圖1所示。

2 S200-PLC通信協(xié)議

在控制系統(tǒng)中，PLC作為電機控制器、電磁閥及其他構件與人機界面的命令以及數(shù)據(jù)傳輸紐帶，首先能夠與人機界面通信，保證指令能夠準確地傳輸，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)動兩線制電機和電磁閥工作，程序通信波特率、奇偶校驗和數(shù)據(jù)具體位數(shù)通過通訊口0或者通訊口1設置?？刂破骱碗姶砰y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）+設備地址（1 B）+具體命令（2 B）+奇偶校驗（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)軟件設計方案

目前，對于工業(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、工作量小等特點被廣泛應用于工業(yè)非標控制系統(tǒng)中。本文借助MCGS組態(tài)軟件對智能豆花機控制系統(tǒng)軟件進行設計。

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。主控窗口是對工控機啟動頁面，系統(tǒng)的內(nèi)存屬性、參數(shù)和存盤參數(shù)進行設置的窗口。②用戶窗口。用戶窗口是軟件設計人員對系統(tǒng)實現(xiàn)的具體功能進行設計的窗口。③實時數(shù)據(jù)庫。實時數(shù)據(jù)庫是對系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)指令地址分配的窗口。④運行策略。運行策略是系統(tǒng)實現(xiàn)邏輯顯示控制設置的窗口。⑤設備窗口。設備窗口是工控機與PLC實現(xiàn)連接的設置窗口。

3.2 控制系統(tǒng)軟件功能結(jié)構設計

該智能豆花機控制軟件功能豐富，在實現(xiàn)對豆花機基本控制功能的基礎上，增強控制系統(tǒng)的可操作性、人機交互性和可靠性，對必要的軟件功能結(jié)構設計可有以下3點。

3.2.1 安全管理功能

豆花機作為食品制作設備，其產(chǎn)品品質(zhì)和安全性應首先得到保障。因此，控制系統(tǒng)應具備完備的安全管理功能，主要分為用戶登錄、用戶權限和生產(chǎn)記錄3個層次保障控制系統(tǒng)和設備運行的安全。

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，保障了設備的安全運行。在單次用戶登錄時，用戶名、登錄日期、具體操作內(nèi)容應該被保存在存儲器內(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)合的方式實現(xiàn)報警與處置的功能。當智能豆花機發(fā)生機械、電氣故障，從PLC采集的I/0變量值出現(xiàn)設置參數(shù)在合理范圍之外時，報警系統(tǒng)能夠及時發(fā)出警報并提示故障信息。

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

3.2.3 定時運行功能

大型餐廳豆花的供應一般是在早餐時段，豆花的制作要早于早餐時間。該控制系統(tǒng)能夠設定豆花機自動運行的時間。這樣，既能保證豆花的供應量，又能使操作人員得到良好的休息。

3.3 智能豆花機控制策略的實現(xiàn)

系統(tǒng)的控制策略系統(tǒng)包括啟動策略、退出策略、循環(huán)策略和用戶策略。控制系統(tǒng)人機界面主頁面的報警指示燈按照控制策略要求，只要有一項參數(shù)或者一個構件出現(xiàn)問題，報警指示燈就開啟閃爍，提示操作人員有報警信息出現(xiàn)，其報警指示燈運行策略如下：

4 系統(tǒng)仿真

MCGS提供了模擬數(shù)據(jù)發(fā)生器，在設備窗口選擇模擬設備，添加一個模擬數(shù)據(jù)發(fā)生器，能夠為系統(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€通道的數(shù)據(jù)類型進行選擇，根據(jù)不同的數(shù)據(jù)類型可選擇三角形或者正弦、余弦型浮點數(shù)據(jù)。

另外，對于不同數(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)前面板設計，在不同的通道上連接相應的變量參數(shù)。為了使模擬數(shù)據(jù)的發(fā)生范圍值近似實際工程數(shù)據(jù)，可進行必要的數(shù)據(jù)通道處理。圖2為系統(tǒng)仿真。

5 結(jié)束語

本文設計的基于組態(tài)技術的智能豆花機控制系統(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)設備控制解決方案。該控制系統(tǒng)是以組態(tài)軟件為設計核心，運用組態(tài)技術不但能夠大大縮短開發(fā)周期、降低成本，而且能夠提高人機界面的友好性，并提高豆花機的使用安全性和產(chǎn)品安全性。以組態(tài)技術為核心的控制系統(tǒng)在食品設備行業(yè)的成功應用能夠促進食品行業(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，研究方向為設備控制理論。

〔編輯：劉曉芳〕