液體農藥配料線自動控制系統研究

馮平+王毓順+徐世許

摘要：針對液體農藥在配料過程中存在安全與配置精度低問題，設計了一種液體農藥配料線自動控制系統。本系統由上位機、PLC、稱重儀表和觸摸屏構成，其中用Visual Basic 6.0開發設計上位機監控軟件，具有數據采集、保存和歷史數據查詢的功能；CP1LPLC作為主控制器，用于接收稱重儀表采集的數據，并通過控制電磁閥和攪拌機等設備控制農藥原料精確攝入，上位機與PLC之間采用Ethernet通信實時進行數據交互。系統經調試已成功應用于某液體農藥生產廠。該控制系統具備了安全生產、精確高效的優點，且造價成本低，結構簡單，具有較大的市場推廣價值。

關鍵詞：Ethernet通信；觸摸屏；CPIL PLC；稱重儀表；Visual Basic 6.O

中圖分類號：TP274+.5 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2016.04.022

0 引言

我國是一個有著13.6億人口的農業大國，人均耕地面積僅為0.1公頃。要解決眾多人口的糧食問題，并提高人們的生活水平，我們就必須大力發展農業提高單位面積產量來滿足人們對糧食的需求。在提高單位面積糧食產量的諸多措施中，化學農藥的使用占有舉足輕重的地位。目前，我國有相當部分的液體農藥企業是小型工廠，設備簡陋，缺乏必要的配料控制系統，安全與配置精度問題顯得尤為突出。因此，文中以PLC作為控制器，采用visualBasic 6.0開發配套的監控軟件，并結合稱重儀表、Ethernet通信、計算機控制等多種技術，設計開發了液體農藥配料線自動控制系統。該系統可以較為準確的控制液體農藥配置精度，同時實現了安全生產與智能管理。

1 系統結構及控制方式

1.1 系統結構

文中所設計的系統包括上位機和下位機兩部分，上位機由計算機和昆侖通態TPC1062K觸摸屏組成，計算機和觸摸屏都可以實時顯示和設置液體農藥配方的預設參數，實現對液體農藥配料的實時監控。下位機為歐姆CP1L PLC，其通過稱重儀表實時采集配料過程中各添加物料的實際質量，然后將其處理后與預設值進行比較，根據比較結果實時調節電磁閥和攪拌器，從而實現配料過程自動控制。該系統結構框圖如圖l所示。

1.2 系統控制方式

根據液體農藥廠的需求，我們采用手動和自動兩種控制方式。

1）自動控制方式。在上位機監控軟件或觸摸屏上設置配方的詳細預設參數，PLC將稱重儀采集的數據經處理后顯示在觸摸屏與上位機監控軟件中，PLC將處理后的數據與配方預設參數進行比較，由比較結果自動進行下一步可行性判斷。自動模式下只需設定各物料的預設參數，其余配料過程均可自動完成。

2）手動控制方式。根據上位機遠程監控軟件或觸摸屏上顯示的各物料的預設參數，通過控制柜上的不同按鈕發送不同的指令到PLC，從而控制不同的設備進行配料。手動模式下需要管理人員根據所觀察到的數據，手動控制其他設備進行配料。手動模式可中斷自動控制模式，實現操作人員對現場突發狀況的及時處理。

2 下位機系統設計

2.1 硬件結構

文中硬件結構框圖如圖2所示。系統硬件包括PLC、觸摸屏、稱重儀表、電磁閥、攪拌機等。PLC選用OMRON CP1L，該PLC通信功能較好的解決了系統設計中的數據轉換和通信問題。PLC添加2個RS232擴展板，分別與觸摸屏TPC7062KX和稱重儀表ICS241進行RS232串行通信。上位計算機與PLC之間采用Ethernet通信實時進行數據交互。

2.2 數據處理模式

OMRON系列PLC與各種串行通信設備進行數據交換可采用無協議通信模式。無協議通信時，CP1L PLC通信端口除CPU單元外設口、內置RS-232或RS-422A/485口，可以使用串行通信單元板上的端口。稱重儀表ICS241自帶標準RS-232串口，此處給CP1L PLC選件板配置CP1W-CIF01，即將串口配置成RS232口。因此PLC與上稱重儀表ICS241是采用RS-232C串行通信。

稱重儀表ICS241設置為連續輸出模式，連續輸出模式下可以啟用或禁用校驗和，數據含有17或18個字節。表1顯示了標準連續輸出的格式。

連續輸出格式說明

1.ASCII文本開始字符（0x02），始終發送。

2.顯示的重量，可以是毛重或凈重。六位，沒有小數點或符號。不足六位前補空格。

3.皮重。六位皮重數據。字段中沒有小數點。

4.ASCII回車字符（0x0D）。

5.校驗和啟用時才發送校檢位。校驗和用于檢測數據發送中的錯誤。

2.3 PLC程序設計

下位機PLC控制程序主要包括自動檔、手動檔程序和數據處理3部分。數據處理程序主要是將稱重儀表ICS241采集的數據儲存到DM區；自動檔程序主要是將采集處理后的數據與預設參數進行比較，通過比較結果控制相應設備的通斷，實現對配料線自動控制。例如，當藥品物料1真實值高于預設值時，觸摸屏報警燈亮，電磁閥關閉，運動停止；當低于預設值時，運動正常進行，直到達到之前的預設值。手動工作模式可以實現對配料過程的開環控制，自動模式則不需要操作人員控制相應設備的通斷。自動檔程序流程圖如圖3所示。

3 上位機系統設計

3.1 監控軟件

上位機的監控軟件采用Visual Basic6.0開發設計，主要包括用戶管理、實時監控、歷史數據查詢、配方參數修改和報警管理五部分。監控軟件要實現數據的存儲及查詢功能，因此需開發設計數據庫，由于系統中數據存儲量較小，因此采用了數據庫Access。監控軟件結構體系。圖4所示主界面，軟件的“用戶管理”主要用于添加、刪除用戶及用戶信息的修改和用戶權限的設置。“實時監控”用于顯示農藥配料過程中各物料的稱重數據。“歷史數據”主要用于將歷史數據生成表格，方便隨時查詢；管理員具有對所有歷史數據查詢、編輯、刪除的所有權限，普通操作員只能對歷史數據進行查詢。“配方參數修改”可以實現配方的添加、刪除，設置配方中各物料的預設參數，對PLC發送控制指令。

3.1 上位機與下位機的通信設置

在實際生產中，由于控制室與農藥配料車間距離較遠，并需要保持網絡穩定可靠，因此上位計算機與PLc采用Ethernet通信進行實時數據交互，0MRON CPIL PLC內置以太網口，它可以通過HNs協議，實現對PLC DM區的讀/寫。計算機與PLC通信設置示意圖如圖5所示。

通過Emernet通信，上位機與PLc組成綜合控制系統，實現監控與管理的一體化。在Visual Ba-sic6.0中，上位機通過向PLC發送FINs指令讀取DMl00（DM區儲存PLC從稱重儀表實時讀取的數據）開始的150個字數據的功能，實現上位計算機與PLc的通信。

4 結束語

液體農藥配料線自動控制系統采用上位計算機與下位機相結合的方法，實現對配料過程的監控與控制。該系統經調試后運行穩定，監控數據準確可靠。在實際應用后實現了對人工配料作業環節的監管，規范了操作人員按照生產配方準確配料；上位機對配料操作記錄進行保存，管理人員可實現追溯歷史數據，實現了生產的智能管理。文中所設計的控制系統具備了安全生產、精確高效的優點，且造價成本低，結構簡單，具有較大的市場推廣價值。