基于PLC的福利院智能配餐控制系統的設計

王宏彥 雷翔霄

摘要：隨著現代工業的發展和工業“4.0”的推進，自動化系統功能也從單設備走向綜合性及集成化。本文設計了一種基于PLC的的福利院智能配餐系統。系統由機器人配餐控制系統、AGV送餐、SCADA服務器。SCADA以數據采集、傳輸、存儲和管理為基礎，通過運用計算機網絡、信息采集技術對用餐人健康記錄和用餐清單數據進行處理，為福利院老人優化飲食方案、推薦餐食。達到利用科技健康養老的目的。

關鍵詞：智能配餐系統;自動配餐機;控制系統;PLC;AGV送餐

中圖分類號：TP273;TP212? ? ?文獻標識碼：A? ? 文章編號：1007-9416（2020）10-0000-00

0 引言

隨著信息技術的飛躍發展和智能控制系統的普及，傳統的配餐模式也在發生將發生變革。福利養老院的配餐模式，通過自動化，信息化融合的方式，設計智能配餐系統，提供多樣化的配餐選擇，滿足老年人就餐配餐服務需求。系統通過老人健康信息電子檔案，根據就餐人的歷史病例、體檢指標數據，推薦飲食方案，使營養素之間的互補，發揮協同作用，增進健康，減少由此而引起的種種疾患，提高福利院老人的健康水平[1-2]。配餐過程中不再需要人員在用餐過程中服務，減少了開支并且提高了效率，降低人力成本，提高就餐老人的就餐體驗。

1系統整體功能設計

系統由配餐控制系統、AGV送餐機器人、SCADA健康配餐服務器組成。健康服務器主要功能是根據就餐人的歷史病例、體檢指標數據，推薦飲食方案，家人課隨時查閱用餐人健康記錄和用餐清單;配餐服務器主要功能是根據用餐人最近30天飲食記錄，優化飲食方案，提供優化后的推薦餐食，收集個人點餐信息和用餐情況，以供后續優化配餐方案，其配餐流程如圖1。福利院智能配餐系統的主要功能：

（1）餐食按照每日菜單提前準備好，放在保溫箱中。

（2）用餐人進入食堂中，首先在點餐處通過LED觸摸屏進行點餐，通過刷卡確認用餐人信息和座位號。

（3）上位機根據相關點餐信息，準備安排設備配餐。

（4）設備通過傳送帶將飯菜放入配餐架之中。每個架子中的飯菜信息都在服務器中有記錄。可以指揮機器人拿取。

（5）機器人取出配餐架的飯菜，根據上位系統挑選的飯菜種類和數量。放在電子稱中進行稱量并把數據傳送到服務器之中。

（6）機器人將配好的餐盤通過AGV小車送到就餐者的座位。

（7）當用餐人吃完飯后，通過開關感應告知AGV小車，AGV將空盤運送至用餐完畢架前的電子稱，稱量剩余飯菜重量并將重量數據傳送到服務器之中。

（8）用餐人可以建立健康檔案，根據健康檔案，上位軟件在點餐時可以推薦餐食（例如餐食中的鹽分，能量，糖分等可以根據健康情況推薦合理套餐），如果在點餐面板點擊推薦餐食則不必再自己手動選擇餐食。

（9）每天的用餐種類，數量，重量，以及采集到的剩飯數量，健康信息等，存儲在服務器之中，可以通過訪問網頁，查看用餐人的歷史數據，以便親人朋友在遠程就可以掌握用餐人的身體狀況和用餐狀況。

2 硬件系統設計

2.1 配餐控制系統

配餐控制系統主要包含取餐機器人、餐前和餐后的稱重掃描單元、負責輸送帶輸送餐盤的中轉機構、AGV小車、保溫箱和配套輸送餐盤和餐碗回收機構。其工作過程如下，結構如圖2。

取餐：機器人收到送餐指令，抓取餐盤放置到稱重單元并掃碼，然后到保溫箱中一次取出用餐人員選取的餐品，每個取出的餐品掃碼后放置在餐盤內，放置完畢后稱重，等待AGV過來取。

回收：餐盤回收出將AGV送來的餐盤運送到回收稱重單元上進行稱重，算出當前用餐量，并結合二維碼信息，將得到的數據上傳。機器人將餐盤內的餐碗按順序放入到指定的餐碗回收處，并將餐盤運送到指定的區域。能夠根據用餐人的健康記錄表進行菜品的推薦。推薦模型參考根據用餐人健康記錄結合人體主要營養元素需求量為權重進行構建。用餐人可以結合自身營養需求和飲食習慣制定與自身需求相符的營養補充標準，然后，在一定的選擇條件下對菜品做出一定的調整，從而達到在滿足用餐人營養需求的同時能夠更加貼合用餐人飲食習慣的目的。

送餐：AGV收到送餐指令，運行到取餐房取餐口，AGV將叉臂向前伸出到托盤底部，然后升起到一定高度，在縮回，然后再將餐盤送到指定的餐桌前將餐盤送到餐桌架上。

2.2系統網絡結構

智能配餐系統控制網絡結合自動化、計算機網絡通信技術，通過自動化產品、網絡產品和工業控制軟件、數據庫軟件，將配餐，送餐，回收及數據收集的各個環節，統一在一個網絡平臺上，形成一個統一、完整的有機整體[3-4]。系統采用分層控制，整個網絡系統分為上下2個網絡，結構如圖3。上層網絡為工業以太網，采用統一的TCP/IP協議，它可以直接和局域網的計算機互連而不要額外的硬件設備，采用統一的網線，減少了布線成本和難度，避免多種總線并存。主要連接SCADA和數據庫服務器[5-7]、配餐機器人、AGV小車及統括PLC。服務器主要是存儲、處理健康檔案數據和老人的每天的就餐情況。機器人和AGV小車主要是根據下層網絡提供的信息進行配餐和送餐服務。統括PLC主要負責溝通上層網絡和下層網絡，并對掃碼模塊和稱重模塊進行控制。下層網絡為C-Link IE Field 冗余環網，冗余環網使用一個連續的環將所有設備連接在一起。它能夠保證一臺設備上發送的信號可以被環上其他所有的設備都看到，而且以太網環冗余能夠在通信鏈路發生故障的時候，啟用另外一條健全的通信鏈路，使網絡通信的可靠性大大提高，保證餐刷卡、稱重等信息可靠的傳輸到統括PLC中。

3 結論

本文設計了一個基于PLC的福利院配餐系統，實現了自動配餐、自動送餐、自動回收，并利用SCADA和數據庫服務器根據就餐人的健康檔案數據推薦飲食方案，并記錄用餐人最近30天飲食記錄，優化飲食方案達到利用科技健康養老的目的。通過透明化的信息流，讓親友們放心、安心老人們在福利院的生活。該系統既能節約福利院的人力資源、提高配餐就餐的服務質量和效率，又能實現福利院配餐就餐管理的信息化、智能化。同時減少了工作人員在配餐就餐過程中的接觸，避免了細菌的傳染，這在疫情期間具有重要作用。該系統通過健康服務器和配餐服務器能給福利院老人提供合適的營養配餐，提升就餐體驗。

參考文獻

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收稿日期：2020-07-29

基金項目：2020年度湖南省自然科學基金項目——《自然環境下柑橘采摘機視覺定位研究》（2020JJ7088）

作者簡介：王宏彥（1978—），男，湖北潛江人，碩士研究生，講師，研究方向：計算機控制技術、工業系統控制。

Design of Intelligent Catering Control System in Welfare home Based on PLC

WANG Hong-yan， LEI Xiang-xiao

（Changsha Social Work College， Changsha Hunan? 410004）

Abstract：With the development of modern industry and the advancement of industry "4.0"， the function of automation system has changed from single equipment to comprehensive and integrated. This paper designs a kind of intelligent catering system of welfare home based on PLC. The system consists of robot catering control system， AGV delivery and SCADA server. SCADA is based on data acquisition， transmission， storage and management. It uses computer network and information acquisition technology to process diner's health records and meal list data， so as to optimize diet plan and recommend meals for the elderly in welfare homes. To achieve the purpose of using science and technology for healthy pension.

Key words： intelligent catering system; automatic catering machine; control system; PLC; AGV delivery