高士杰

（江蘇食品職業(yè)技術(shù)學(xué)院，淮安 223003）

0 引言

隨著社會(huì)的進(jìn)步和人民生活水平的提高，一日三餐的生活方式早已成為歷史，廣大民眾已經(jīng)越來越注重個(gè)人生活品質(zhì)的提高，各式各樣的飲品漸漸地成為百姓生活的必須品，果汁飲料作為天然飲品，無論在營(yíng)養(yǎng)成分上，還是在口感方面都明顯要優(yōu)于其他種類的飲品，因而受到廣泛的歡迎。

社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)的推進(jìn)，很重要的目的就是要讓廣大農(nóng)民盡快脫貧致富，為全面實(shí)現(xiàn)小康社會(huì)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，廣大農(nóng)民通過種植經(jīng)濟(jì)植物，來提高年產(chǎn)收入，很多農(nóng)民就選擇種植果樹生產(chǎn)水果。大量的消費(fèi)不完的新鮮水果，就需要通過生產(chǎn)果汁的形式，實(shí)現(xiàn)保值，避免損失。這就要求果汁生產(chǎn)企業(yè)能夠極大地提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，滿足社會(huì)的需要。

果汁生產(chǎn)的自動(dòng)化控制，采用MCGS+PLC的控制方式，其中大量的基本的控制環(huán)節(jié)和控制功能都通過PLC來實(shí)現(xiàn)，而MCGS組態(tài)軟件主要用于開發(fā)控制系統(tǒng)的監(jiān)控工程，實(shí)現(xiàn)報(bào)警提示、數(shù)據(jù)查詢、報(bào)表輸出及生產(chǎn)監(jiān)控等功能。

1 系統(tǒng)控制方案和系統(tǒng)構(gòu)成

果汁生產(chǎn)過程，主要分為以下幾個(gè)環(huán)節(jié)，即洗果，粉碎，榨汁，配液、消毒、罐裝、裝箱等。具體的生產(chǎn)環(huán)節(jié)將因果汁的不同種類略有差異，但基本環(huán)節(jié)就是這些。

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到集中控制的優(yōu)越性，同時(shí)還考慮現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)環(huán)節(jié)操作以及設(shè)備檢修工作的安全性和方便性等，因而，將整個(gè)系統(tǒng)分成本地操作站和中央控制室兩個(gè)部分?？紤]生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模，有多條生產(chǎn)線時(shí)，各生產(chǎn)線之間通過PLC網(wǎng)絡(luò)控制進(jìn)行連接。

控制系統(tǒng)有5個(gè)PLC本地操作站：清洗站、粉碎榨汁站、濾渣配液站、消毒罐裝站和輸水泵房站，各站PLC均采用三菱公司FX系列PLC產(chǎn)品，在輸水泵上使用的變頻器采用F—A044—2.2K，所有電氣設(shè)備上都設(shè)立了“手動(dòng)/自動(dòng)”切換開關(guān)，以實(shí)現(xiàn)不同的控制，以免因自控系統(tǒng)故障導(dǎo)致生產(chǎn)的停滯。切換開關(guān)放置于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的操作箱中。

中央控制室負(fù)責(zé)對(duì)全廠的生產(chǎn)過程進(jìn)行控制、監(jiān)視和管理，能及時(shí)動(dòng)態(tài)反映各部分的運(yùn)行狀態(tài)，主要的生產(chǎn)過程參數(shù)、工藝參數(shù)。上位機(jī)采用研華IP610，系統(tǒng)平臺(tái)為WindowsXP，用MCGS軟件進(jìn)行工程開發(fā)。上位機(jī)與下位機(jī)之間采用RS-485通信方式，在上位機(jī)與PLC之間接入FX—485PC—IF接口，實(shí)現(xiàn)RS—232/485轉(zhuǎn)換，再通過FX2N—485—BD、FX2NC—485ADP和FX2N—CNV—BD實(shí)現(xiàn)通信擴(kuò)展和RS—485/232變換。在多條生產(chǎn)線之間，通過PLC聯(lián)網(wǎng)控制實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。PLC控制方式采用就地控制方式?？刂葡到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 信號(hào)檢測(cè)和處理

果汁生產(chǎn)控制系統(tǒng)的監(jiān)控對(duì)象主要包括系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、各水泵機(jī)組運(yùn)行情況、變頻器運(yùn)行情況、各工作站的液位顯示、電壓、電流、功率等。

2.1 開關(guān)量信號(hào)檢測(cè)和處理

系統(tǒng)各種運(yùn)行狀態(tài)均由開關(guān)量反映,FX2N—32MR的I/O點(diǎn)數(shù)各為16點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)的輸入、輸出繼電器狀態(tài)反映了各控制設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，上位機(jī)可通過MCGS組態(tài)軟件讀取PLC的輸入、輸出繼電器狀態(tài)即可獲取各控制設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

2.2 模擬量信號(hào)檢測(cè)和處理

系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的電壓、電流、液位等模擬量通過配置模塊FX2N—4AD來采集，并實(shí)現(xiàn)數(shù)摸轉(zhuǎn)換，以12位數(shù)字量輸出，以16位二進(jìn)制補(bǔ)碼方式存貯在FX2N—4AD的緩沖寄存器的BFM中。FX2N—4AD的4個(gè)輸入通道（CH1～CH4）通過輸入端子接線可以選擇為電壓輸入或電流輸入，電壓輸入通道分辨率為5mV，電流輸入通道分辨率為20μA ，F(xiàn)X2N—4AD接地端應(yīng)與PLC主單元接地端連接。

通過設(shè)定BFM#15來選擇模擬量轉(zhuǎn)換速度，正常速度為15ms/通道，高速為6 ms/通道。為減少外部干擾和內(nèi)部躁聲對(duì)采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的影響，保證數(shù)據(jù)采集的可靠性，對(duì)采樣值進(jìn)行軟件濾波。通過BFM#1—BFM#4來設(shè)定各通道的軟件濾波采樣個(gè)數(shù)，然后求和取平均值，將獲得平均采樣值存入BFM#5—BFM#8。PLC通過功能指令FROM將其內(nèi)容傳送到主機(jī)的內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器D0～D5保存。此外，為了消除外界的信號(hào)干擾，還對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行有效性檢查，剔除過大或過小的采樣值。

由于各模擬量變松送器的輸入為不同性質(zhì)的物理量，且輸入范圍不同，而輸出均采用4～20mA的電流信號(hào)，因而各變送器的分辨率是不同的，相應(yīng)地FX2N—4AD輸出單位數(shù)字量對(duì)應(yīng)的模擬量大小不同。上位機(jī)對(duì)D0～D5的數(shù)據(jù)作處理時(shí)，應(yīng)考慮各實(shí)際變送器的分辨率。

3 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖1 果汁生產(chǎn)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)有MCGS組態(tài)軟件設(shè)計(jì)開發(fā)，MCGS是一套32位全中文自動(dòng)化控制組態(tài)軟件，可運(yùn)行于Windows95/98.NT/2000/XP操作系統(tǒng) ，集動(dòng)畫顯示、流程控制、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制與輸出、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、雙機(jī)熱備、工程報(bào)表、歷史數(shù)據(jù)與曲線等諸多強(qiáng)大功能于一身，并支持國(guó)內(nèi)外眾多數(shù)據(jù)采集與輸出設(shè)備，廣泛應(yīng)用于石油、電力、化工、鋼鐵、智能樓宇、實(shí)驗(yàn)室等多種工程領(lǐng)域。

圖2 果汁生產(chǎn)系統(tǒng)監(jiān)控窗口畫面

果汁生產(chǎn)系統(tǒng)監(jiān)控畫面的設(shè)計(jì)應(yīng)以操作方便、實(shí)用為原則，如圖2所示，能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控各重要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和查詢，可通過報(bào)表或曲線圖形的方式滿足數(shù)據(jù)管理功能要求，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警功能和遠(yuǎn)程操作等功能。并通過設(shè)置系統(tǒng)管理員和系統(tǒng)操作員兩個(gè)級(jí)別的訪問權(quán)限，系統(tǒng)管理員可以修改系統(tǒng)參數(shù)，畫面組態(tài)、實(shí)時(shí)監(jiān)控、系統(tǒng)運(yùn)行和退出、用戶管理；系統(tǒng)操作員可修改參數(shù)、實(shí)時(shí)監(jiān)控和退出系統(tǒng)，以達(dá)到保證系統(tǒng)安全性。

圖3 通信控制程序

4 PLC與MCGS的通信連接

為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控需在MCGS中進(jìn)行設(shè)備連接，使PLC和上位計(jì)算機(jī)建立起正確的通信，在MCGS設(shè)備窗口中首先添加一個(gè)通用串口父設(shè)備，設(shè)置設(shè)備屬性，選擇通信參數(shù)端口號(hào)為0—COM1，波特率為9600，7位數(shù)據(jù)位，1位停止位，偶校驗(yàn)，數(shù)據(jù)采集方式為同步采集。在父設(shè)備下面創(chuàng)建一個(gè)三菱FX系列串口子設(shè)備，設(shè)置子設(shè)備PLC的屬性，主要進(jìn)行通道連接操作，將相應(yīng)通道與MCGS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的變量相連，對(duì)PLC的X、Y、M、D等寄存器進(jìn)行讀、寫，即可實(shí)現(xiàn)外部信號(hào)的輸入和控制PLC的輸出。計(jì)算機(jī)與PLC之間采用主/從應(yīng)答方式，計(jì)算機(jī)處于主動(dòng)狀態(tài)，根據(jù)需要向PLC發(fā)出讀/寫命令，為實(shí)現(xiàn)PLC與上位機(jī)之間的通信，要求他們的通信參數(shù)設(shè)置匹配，因此，需在PLC中運(yùn)行如圖3所示的一段通信控制程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC內(nèi)三個(gè)特殊數(shù)據(jù)寄存器D8120、D8121、D8129進(jìn)行設(shè)置。其中D8120是一個(gè)特殊寄存器，設(shè)置了通信的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、奇/偶校驗(yàn)形式、波特率和協(xié)議方式；D8121用來設(shè)置站號(hào)，用于計(jì)算機(jī)決定訪問哪一臺(tái)可編程控制器，而D8129設(shè)置的是校驗(yàn)時(shí)間。

5 結(jié)束語

利用PLC技術(shù)和MCGS組態(tài)軟件結(jié)合開發(fā)而成的果汁生產(chǎn)控制系統(tǒng)，很好地提高了生產(chǎn)過程的自動(dòng)化控制和管理水平，系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便，運(yùn)行可靠，穩(wěn)定性好，對(duì)降低功耗，提高生產(chǎn)效率起到了很好的效果，具有較好的推廣價(jià)值。

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