基于組態技術的智能豆花機控制系統設計

摘 要：設計了一種基于組態技術的智能豆花機控制系統，實現了對豆花制備的智能化控制、設備故障報警和緊急處理。介紹了系統硬件組成和軟件功能，闡述了組態軟件的二次開發流程，并對控制系統進行了有效的仿真。仿真實驗表明，該控制系統的設備控制、故障報警和通信速率均可達到預期目標。

關鍵詞：組態技術；石磨豆花機；控制系統；系統仿真

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的豆花制備裝備，被廣泛應用于餐飲行業，具有生產量大、能夠連續研磨、豆花品質好等優點。但在實際應用過程中存在以下問題：①豆花濃度不能根據需求調整；②豆花的品種單一，制備不同豆類時需手動設置；③出現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技術的智能豆花機控制系統。

1 控制系統總體結構設計方案

為了生產不同濃度的豆花和不同種類的豆花，需要快速調整石磨的轉速、豆類進入石磨的數量和加入的水量。因此，智能豆花機控制系統需要根據需求控制連接石磨和豆類送料輥的電機實時轉速和水流大小。控制系統首先通過S200-PLC脈沖信號對電機控制器實施控制，進而調節電機轉速，脈沖信號還可控制電磁閥使其水泵出水量可調。在工控機人機界面上根據需求選擇不同命令對PLC發出相應的指令，在此基礎上再進行輔助功能的設計。控制系統的總體結構如圖1所示。

2 S200-PLC通信協議

在控制系統中，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據傳輸紐帶，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、奇偶校驗和數據具體位數通過通訊口0或者通訊口1設置。控制器和電磁閥接收命令的協議格式為：同步字符（2 B）+數據長度（1 B）+設備地址（1 B）+具體命令（2 B）+奇偶校驗（2 B），傳感器根據命令輸出數據，將數據添加到上述通訊協議中。

3 控制系統軟件設計方案

目前，對于工業控制軟件開發主要有2種形式：①借助C++、VB等編程語言編制數量龐大的指令和代碼，從底層程序開發特定功能的控制軟件；②利用組態軟件實現特定功能控制軟件的二次開發。第二種方式因其具有開發周期短、成本低、工作量小等特點被廣泛應用于工業非標控制系統中。本文借助MCGS組態軟件對智能豆花機控制系統軟件進行設計。

3.1 MCGS組態軟件介紹

MCGS組態軟件二次開發由以下5部分組成：①主控窗口。主控窗口是對工控機啟動頁面，系統的內存屬性、參數和存盤參數進行設置的窗口。②用戶窗口。用戶窗口是軟件設計人員對系統實現的具體功能進行設計的窗口。③實時數據庫。實時數據庫是對系統數據采集、系統指令地址分配的窗口。④運行策略。運行策略是系統實現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實現連接的設置窗口。

3.2 控制系統軟件功能結構設計

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

3.2.1 安全管理功能

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

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、具體操作內容應該被保存在存儲器內，最大程度上確保操作過程的透明化，使食品生產過程有跡可循。

3.2.2 多重報警處置功能

該控制系統采用軟件和硬件將結合的方式實現報警與處置的功能。當智能豆花機發生機械、電氣故障，從PLC采集的I/0變量值出現設置參數在合理范圍之外時，報警系統能夠及時發出警報并提示故障信息。

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

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

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

4 系統仿真

MCGS提供了模擬數據發生器，在設備窗口選擇模擬設備，添加一個模擬數據發生器，能夠為系統提供16數據通道。內部模擬數據發生裝置能夠對各個通道的數據類型進行選擇，根據不同的數據類型可選擇三角形或者正弦、余弦型浮點數據。

另外，對于不同數據的仿真，還可以選擇數據值的范圍。根據監測系統前面板設計，在不同的通道上連接相應的變量參數。為了使模擬數據的發生范圍值近似實際工程數據，可進行必要的數據通道處理。圖2為系統仿真。

5 結束語

本文設計的基于組態技術的智能豆花機控制系統是一種生產效率高、操控可靠性好、控制智能化程度高的食品生產設備控制解決方案。該控制系統是以組態軟件為設計核心，運用組態技術不但能夠大大縮短開發周期、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品安全性。以組態技術為核心的控制系統在食品設備行業的成功應用能夠促進食品行業安全、健康地發展。

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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〕