基于Labview的黃酒發(fā)酵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：針對(duì)傳統(tǒng)黃酒生產(chǎn)工藝技術(shù)裝備落后，勞動(dòng)生產(chǎn)率低等問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)以LabVIEW為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，基于PLC、智能儀表等現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)酵控制系統(tǒng)。介紹系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，軟件功能特點(diǎn)以及關(guān)鍵模塊的實(shí)現(xiàn)。實(shí)踐證明：該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)黃酒發(fā)酵過(guò)程各參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)具有很高的實(shí)時(shí)性和可靠性，能夠滿足發(fā)酵工藝要求。

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關(guān)鍵詞：黃酒發(fā)酵；Labview；PLC；數(shù)據(jù)庫(kù)；RS—485

中圖分類號(hào)：TP311.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

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Rice Wine Fermentation Monitoring and Control

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MA Ming，XU Baoguo

（College of Iot engineering，Jiangnan University，Wuxi214122，China）

Abstract：Due to the problems of production facilities and productivity effect， traditonal fermentation technology of rice wine is known to be inefficient. In this paper， we address the problems with a new automatic control system. Its hardware platform consists of PLCs， intelligent instruments， and industrial control computers.Its application is programedbased on Labview.In the production process of rice wine， it has high reliability and realtime andcan monitor the various parameters effectively. Productive results show that it can meet the demand of rice wine fermentation.

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Key words：rice wine fermentation；labview；PLC；data base；RS485

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1引言

有“液體蛋糕”之稱的黃酒作為保健酒的杰出代表，越來(lái)越多的被人們所重視，但是由于歷史原因，目前黃酒生產(chǎn)過(guò)程仍以手工操作為主，其生產(chǎn)規(guī)模小，自動(dòng)化程度低及批次穩(wěn)定性差等問(wèn)題也日趨凸顯，針對(duì)黃酒發(fā)酵工藝特點(diǎn)，結(jié)合LabVIEW、PLC等現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)設(shè)計(jì)了一種黃酒發(fā)酵遠(yuǎn)程控制方案。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

黃酒前酵控制系統(tǒng)由工控機(jī)、西門(mén)子PLC、智能儀表以及各傳感器和執(zhí)行閥門(mén)等組成，如圖1所示。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，安裝在發(fā)酵罐內(nèi)的傳感器采集罐內(nèi)溫度和含氧量等信息，并將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給變送器或智能儀表，變送器將含氧量轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)后傳遞為PLC，在接受到采集的信息后[1]，PLC和智能儀表分別通過(guò)MPI和RS485現(xiàn)場(chǎng)總線上傳至工控機(jī)，上位機(jī)根據(jù)接收的指令和預(yù)設(shè)的參數(shù)，通過(guò)PLC控制閥門(mén)開(kāi)關(guān)度以改變罐內(nèi)溫度和含氧量等信息。遠(yuǎn)程用戶可以通過(guò)上位機(jī)軟件監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行、查詢歷史數(shù)據(jù)、制定實(shí)時(shí)控制任務(wù)等。根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和發(fā)酵工藝要求，本文利用LabVIEW作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)了一套控制界面，具有工作可靠性高、使用方便、抗干擾能力強(qiáng)、界面友好美觀等優(yōu)點(diǎn)。

圖1黃酒前酵控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

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3軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)軟件部分采用LabVIEW編寫(xiě)?yīng)2]，模擬罐內(nèi)發(fā)酵狀態(tài)，可以直觀地顯示發(fā)酵情況。上位機(jī)首先通過(guò)CP5612卡和RS485串口采集PLC、智能儀表中的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后將結(jié)果實(shí)時(shí)地顯示在軟件界面，并將數(shù)據(jù)存于后臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，從而完成對(duì)閥門(mén)開(kāi)關(guān)情況、料液各參數(shù)變化走勢(shì)等作統(tǒng)計(jì)、分析、繪制圖表、存儲(chǔ)、打印等工作。另外用戶還可以根據(jù)發(fā)酵工藝需要預(yù)設(shè)控制任務(wù)和限制閥門(mén)開(kāi)啟數(shù)，軟件總體效果如圖2所示。

圖2控制系統(tǒng)主界面

計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化2012年9月

第31卷第3期馬明等：基于Labview的黃酒發(fā)酵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1上位機(jī)與PLC通訊模塊

LabVIEW集成了當(dāng)前測(cè)控領(lǐng)域中多種先進(jìn)的軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)，可通過(guò)多種方案實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC的訪問(wèn)，本文采用DataSocket技術(shù)通過(guò)訪問(wèn)OPC Server實(shí)現(xiàn)PC和PLC的通訊。DataSocket技術(shù)是NI公司推出的面向測(cè)控領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)[5]，源于TCP/IP協(xié)議并對(duì)其高度封裝，是一種易用的高性能數(shù)據(jù)交換編程接口。而OPC是一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，是許多世界知名的自動(dòng)化企業(yè)與微軟合作的結(jié)晶，為自動(dòng)化軟件面向?qū)ο蟮拈_(kāi)發(fā)提供了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，西門(mén)子PLC當(dāng)然也提供了對(duì)該協(xié)議的支持，集成在Simatic NET軟件包中。

雖然DataSocket和OPC實(shí)現(xiàn)原理有所不同，但體系結(jié)構(gòu)很相似，都是客戶機(jī)/服務(wù)器模式，都以URL的方式訪問(wèn)服務(wù)器數(shù)據(jù)項(xiàng)目， 訪問(wèn)OPC的URL基本結(jié)構(gòu)為：OPC：//主機(jī)名//OPC服務(wù)器名/數(shù)據(jù)項(xiàng)目，LabVIEW讀取PLC存儲(chǔ)區(qū)數(shù)據(jù)的程序框圖如圖3所示，其中l(wèi)ocalhost為通用主機(jī)名， connection是組態(tài)MPI現(xiàn)場(chǎng)總線時(shí)定義的連接名，IB8為所需讀取的存儲(chǔ)區(qū)地址，其他均可視為固定格式。

圖3LabVIEW與PLC通訊程序框圖

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3.2上位機(jī)與智能儀表通訊模塊

在LabVIEW中實(shí)現(xiàn)串口通訊主要有2種途徑[3]：利用其自身的VISA驅(qū)動(dòng)程序或者標(biāo)準(zhǔn)串口通訊函數(shù)，本文利用標(biāo)準(zhǔn)串口通訊函數(shù)在VC++中開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)函數(shù)（DLL）供LabVIEW調(diào)用實(shí)現(xiàn)串口通訊。該方法相比直接利用VISA驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)通訊更加靈活，節(jié)省內(nèi)存，而且省去了VISA驅(qū)動(dòng)程序的購(gòu)買(mǎi)費(fèi)用。串口通訊函數(shù)實(shí)現(xiàn)流程圖如圖4所示，在成功打開(kāi)串口后，通過(guò)SetCommTimeouts （）、SetCommState（）這2個(gè)函數(shù)分別對(duì)串口設(shè)備控制塊（DCB）和超時(shí)控制結(jié)構(gòu)（COMMTIMEOUTS）進(jìn)行配置后就可以讀寫(xiě)串口了[4]。LabVIEW中調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)是通過(guò)CLF[6] （Call Library Function） 節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的，位于互連接口——庫(kù)與可執(zhí)行程序中，使用前首先需要對(duì)其進(jìn)行配置，需要注意的是在配置窗體中函數(shù)部分需將線程設(shè)置為在任意線程中運(yùn)行，否則程序在讀寫(xiě)串口時(shí)將獨(dú)占線程，致使LabVIEW程序中其他線程無(wú)法運(yùn)行進(jìn)而易導(dǎo)致程序卡死。配置好的CLF節(jié)點(diǎn)如圖5所示，各輸入輸出的數(shù)據(jù)類型和含義和DLL中定義的導(dǎo)出函數(shù)一致。

圖4串口通訊實(shí)現(xiàn)流程圖

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圖5LabVIEW讀取智能儀表程序框圖

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3.3LabVIEW與數(shù)據(jù)庫(kù)通訊模塊

LabVIEW與數(shù)據(jù)庫(kù)通訊的方式亦有多種，如可以直接使用NI的LabVIEW SQL Toolkit工具包[7]、或利用LabVIEW的ActiveX功能調(diào)用Microsoft ADO對(duì)象從底層編程實(shí)現(xiàn)、亦可用VC++編寫(xiě)DLL訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)[8]，而本文使用第三方工具包LabSQL實(shí)現(xiàn)訪問(wèn)，該方法相比以上三種有免費(fèi)、方便、簡(jiǎn)單實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，其原理也是利用Microsoft ADO以及SQL語(yǔ)言來(lái)完成對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)，只是將復(fù)雜的底層ADO及SQL操作封裝成一系列LabSQL VIS，LabSQL對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)操作的一般步驟為：連接數(shù)據(jù)庫(kù)→連接記錄集→對(duì)表進(jìn)行各種操作→斷開(kāi)記錄集→斷開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)[9]，提取數(shù)據(jù)庫(kù)表fjg1中所有數(shù)據(jù)的程序框圖如圖6所示。

圖6LabVIEW讀取數(shù)據(jù)庫(kù)程序框圖

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4總結(jié)

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種黃酒發(fā)酵過(guò)程控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅有助于提高黃酒的產(chǎn)量和質(zhì)量，而且對(duì)于推廣黃酒發(fā)酵自動(dòng)化有著重要的意義。在實(shí)際使用過(guò)程中也確實(shí)起到了應(yīng)有的效果，穩(wěn)定性，易操作性收到了實(shí)踐的檢驗(yàn)，在古越龍山的項(xiàng)目上得到應(yīng)用并得到了廠方的高度評(píng)價(jià)。

本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：基于LabVIEW開(kāi)發(fā)平臺(tái)，配合PLC、智能儀表等現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了黃酒過(guò)程控制系統(tǒng)。文章根據(jù)黃酒發(fā)酵的工業(yè)要求，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件系統(tǒng)。

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