食品生產(chǎn)線的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

安呈君

摘要：為了進(jìn)一步提高食品生產(chǎn)線的控制效率，保證食品行業(yè)的健康發(fā)展，該文以食品生產(chǎn)線的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)作為主要研究對象，以千層酥為例，對其生產(chǎn)線工藝流程進(jìn)行闡述，進(jìn)而從硬件和軟件兩方面對食品生產(chǎn)線計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)展開了詳細(xì)的設(shè)計(jì)和分析。

關(guān)鍵詞：食品生產(chǎn)線；計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；工業(yè)以太網(wǎng)

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）26-0054-02

The Computer Control System Design and Implementation of Food Production Line

AN Cheng-jun

（Jinan Vocational College，Jinan 250103，China）

Abstract：In order to further improve the control efficiency of food production line， ensure the healthy development of food industry， this paper takes food production line of computer control system as the main object of study， in the case of thousand layer cake， expounds on the production line， and then from two aspects of hardware and software for food production line computer control system for the detailed design and analysis.

Key words：food production line； the computer control system； industrial Ethernet

對使得傳統(tǒng)的以人工手動和半自動方式為主的食品生產(chǎn)線控制系統(tǒng)進(jìn)行分析可知，其生產(chǎn)效率較低，在進(jìn)行生產(chǎn)工藝參數(shù)的調(diào)整過程中經(jīng)常需要花費(fèi)較長得時(shí)間，從而對食品的生產(chǎn)的進(jìn)度產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。因此，加強(qiáng)對食品生產(chǎn)線計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的研究和應(yīng)用，從而確保生產(chǎn)線更換產(chǎn)品時(shí)，操作人員只需簡單操作便能夠迅速對整條生產(chǎn)線的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以滿足食品生產(chǎn)需求，已成為食品領(lǐng)域需要開展的重點(diǎn)工作。

1 食品生產(chǎn)線工藝流程

以千層酥生產(chǎn)為例，工藝過程如下：在進(jìn)料口中放入已經(jīng)攪拌好的面團(tuán)，由疊酥機(jī)對其先軋制后疊酥操作，并由壓面機(jī)和疊酥機(jī)反復(fù)壓制和疊酥，而后，在成型切割機(jī)的作用下，層疊壓制好的大塊面皮被逐層切割，在過渡機(jī)處理后，由分離機(jī)將已經(jīng)疊壓切割好的面皮等距分割，在噴糖機(jī)噴糖或撒鹽調(diào)味后，生產(chǎn)線的前段成型工藝得以完成。將疊壓面皮以一定的間距進(jìn)行排列，將其置于50m長的千層酥烘烤爐中分別進(jìn)行脹發(fā)、定型、脫水成熟、上色等操作，并對4段烘烤溫區(qū)（上下兩層，共8個(gè)溫區(qū)）進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，隨著面皮在各溫區(qū)水分的逐漸蒸發(fā)，最后，出爐的成品千層酥得以制成，并經(jīng)過網(wǎng)帶機(jī)進(jìn)入到整理、包裝環(huán)節(jié)[1]。

2 食品生產(chǎn)線計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1 基于工業(yè)以太網(wǎng)的頂層網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

將兩臺工業(yè)控制計(jì)算機(jī)安置在千層酥生產(chǎn)車間現(xiàn)場，分別用作操作員站與工程師站，從而幫助現(xiàn)場操作人員實(shí)現(xiàn)對車間設(shè)備和生產(chǎn)線情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并對生產(chǎn)線的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。同時(shí)，將PC安置在生產(chǎn)管理人員的辦公室內(nèi)，使管理人員能夠及時(shí)對現(xiàn)場生產(chǎn)線的生產(chǎn)工況和食品的入庫情況進(jìn)行查詢和監(jiān)督，為其視頻的市場銷售奠定基礎(chǔ)。將三態(tài)計(jì)算機(jī)以西門子工業(yè)的以太網(wǎng)方式聯(lián)網(wǎng)，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，考慮到生產(chǎn)現(xiàn)場和管理辦公室的距離較遠(yuǎn)，故將現(xiàn)場的兩臺計(jì)算機(jī)（操作員站、工程師站）以光纖的形式同生產(chǎn)管理計(jì)算機(jī)相連，并借助TCP/IP以太網(wǎng)通訊的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換[2]。

2.2 基于Profubus DP的網(wǎng)的中層網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

Profubus DP網(wǎng)具有傳輸速率快、通訊接線簡單、通訊距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，在對食品生產(chǎn)線現(xiàn)場情況予以充分考慮的基礎(chǔ)上，引入2套S7-300PLC，并選取315-2DP為系統(tǒng)CPU，每一臺PLC均配有其他相關(guān)模塊，且其中一臺PLC安置在在千層酥的前端生產(chǎn)工藝和烘爐環(huán)節(jié)（PLC1），另一臺PLC安置在后段視頻分離與包裝入庫環(huán)節(jié)（PLC2）。建立Profubus DP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)：將CPU5611通訊卡安置在現(xiàn)場操作員站，將S7-300 CPU中的一個(gè)可定義通訊口定義為Profubus口，并以總線連接器連接上位機(jī)與PLC用屏蔽雙絞線，其中，PLC1負(fù)責(zé)對生產(chǎn)線后段食品分離與包裝入庫進(jìn)行控制，而PLC2則負(fù)責(zé)對烘烤爐的檢測和控制，包括8個(gè)溫區(qū)的溫度檢測與電加熱系統(tǒng)的閉環(huán)控制等。同時(shí)，將S7-200從站與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)（軋面機(jī)、疊酥機(jī)工藝參數(shù)）交換，從而幫助操作人員和管理人員確定出疊酥機(jī)面皮的堆疊層數(shù)和機(jī)器本身的運(yùn)行速度[3]。

2.3 基于RS485的底層網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

基于RS485智能儀表的底層網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)S7-200從站的PLC均會以EM277 Profubus通訊模塊為依據(jù)，從而同上位機(jī)控制的S7-300主站PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并對相關(guān)的控制命令和控制參數(shù)予以接收，進(jìn)而將現(xiàn)場設(shè)備的工作狀態(tài)與實(shí)際參數(shù)的變化情況予以返回[4]。此外，PLC通過S7-300 CPU的兩個(gè)通訊口同TD200人機(jī)交互設(shè)備與現(xiàn)場變頻器進(jìn)行通訊，以此來對參數(shù)修改進(jìn)行顯示和對疊酥機(jī)速度進(jìn)行控制的目的。

3 食品生產(chǎn)線計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

3.1 上位機(jī)組態(tài)軟件

選取西門子公司的WINCC組態(tài)軟件作為系統(tǒng)開發(fā)平臺，利用其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫功能和圖形化的監(jiān)控畫面設(shè)計(jì)功能，對食品生產(chǎn)線的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先，對生產(chǎn)工藝中涉及的工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。千層酥生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)需要對其通用性和生產(chǎn)效率予以充分考慮，基于計(jì)算機(jī)控制的自動化食品生產(chǎn)線，因全部工藝參數(shù)均是自動設(shè)置和調(diào)整的，故只需利用計(jì)算機(jī)將新的工藝參數(shù)發(fā)送至處于底層的可編程邏輯控制器即可，進(jìn)而由底層的PLC完成對各類設(shè)備參數(shù)的調(diào)整，在降低人工勞動強(qiáng)度的同時(shí)，提高各類參數(shù)配置的效率。其次，在生產(chǎn)線的監(jiān)控畫面方面，由于上位機(jī)監(jiān)控畫面中具有實(shí)際食品生產(chǎn)線工況的模擬畫面，因此，借助WINCC工業(yè)庫的自動繪制功能，以生產(chǎn)工藝過程為依據(jù)，將千層酥生產(chǎn)線的實(shí)際工況在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬顯示，便可實(shí)現(xiàn)對實(shí)際生產(chǎn)參數(shù)等相關(guān)信息的監(jiān)測和管理[5]。最后，上位機(jī)通過提供溫度棒圖和溫升曲線，進(jìn)而幫助管理人員對相應(yīng)時(shí)長內(nèi)烘爐中8個(gè)溫區(qū)的溫度控制情況進(jìn)行查詢、監(jiān)督和控制，并以此為依據(jù)，對食品的質(zhì)量進(jìn)行跟蹤，同時(shí)，改進(jìn)生產(chǎn)工藝，進(jìn)一步提高食品質(zhì)量。

3.2 PLC軟件編程

本文所設(shè)計(jì)的食品生產(chǎn)線計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的PLC部分是由Profubus和RS-485總線系統(tǒng)共同構(gòu)成的，在Profubus總線系統(tǒng)方面，其程序主要包括2臺S7-315DP主站編程，分別負(fù)責(zé)后續(xù)分揀包裝和烘爐溫度的檢測控制，并同時(shí)負(fù)責(zé)上位機(jī)與S7-200從站的PLC數(shù)據(jù)交換。S7-200從站的PLC經(jīng)由EM277安置Profubus總線，S7-300主站PLC則通過將V寄存器作為數(shù)據(jù)交換區(qū)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，并經(jīng)由EM277實(shí)現(xiàn)與從站PLC的數(shù)據(jù)交換。在RS485總線系統(tǒng)程序方面，通過WINCC專門的變頻器控制指令包，進(jìn)而將疊層機(jī)和烘爐等給定頻率的控制參數(shù)傳至變頻器中，同時(shí)，將當(dāng)前變頻器的狀態(tài)參數(shù)反饋至S7-200從站的PLC中，再通過光柵尺對位移模擬量進(jìn)行檢測，傳入從站PLC中，在同給定值進(jìn)行對比后，對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對千層酥軋制厚度的調(diào)節(jié)。

4 結(jié)論

本文通過對千層酥生產(chǎn)線的工藝流程進(jìn)行分析，分別對其生產(chǎn)線計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的頂層網(wǎng)絡(luò)、中層網(wǎng)絡(luò)和底層網(wǎng)絡(luò)所對應(yīng)的工業(yè)以太網(wǎng)、Profubus DP網(wǎng)和RS-485網(wǎng)等硬件部分展開設(shè)計(jì)，并對生產(chǎn)線計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的上位機(jī)組態(tài)軟件和PLC編程等軟件部分做出了詳細(xì)分析。研究結(jié)果表明，本文所設(shè)計(jì)的食品生產(chǎn)線的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)能夠有效提高食品生產(chǎn)和管理效率，對于實(shí)現(xiàn)食品生產(chǎn)線的精細(xì)化管理具有重要作用和意義。

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