姜麗華，蔣　偉，劉登峰，徐保國

(江南大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院，江蘇無錫　214122)

0　引言

國際上有六大蒸餾酒，采用純液態(tài)發(fā)酵、釜式或塔式蒸餾技術(shù)，技術(shù)成熟，已實(shí)現(xiàn)規(guī)?；詣踊a(chǎn)。中國白酒以糧食為原料，大部分采用傳統(tǒng)的固態(tài)發(fā)酵，固態(tài)甑桶蒸餾，臺灣金門酒業(yè)及國內(nèi)的河套酒業(yè)率先推進(jìn)了清香型釀酒自動化生產(chǎn)，但仍以手工半自動化生產(chǎn)模式為主，不能夠在行業(yè)內(nèi)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化推廣。為了提高濃香型白酒的質(zhì)量和產(chǎn)量，在保持濃香型白酒傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝的前提下，提出了一種以LabVIEW[1]為開發(fā)平臺，基于PROFIBUS現(xiàn)場總線[2]、PLC、變頻器和智能儀表等現(xiàn)代測控技術(shù)的濃香型白酒釀造過程控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用OPC技術(shù)[3]對PLC、智能儀表、變頻器的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與處理，實(shí)現(xiàn)了對整個釀酒過程中各工藝單元的信息采集、分析、曲線顯示、報(bào)表打印等功能，并能夠?qū)﹄姍C(jī)、閥門等進(jìn)行自動控制。

圖1　白酒釀造系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)濃香型白酒釀造工藝的特點(diǎn)，結(jié)合GIPS和CIMS的結(jié)構(gòu)模式，將控制系統(tǒng)模型分為三層：現(xiàn)場控制層、中央控制室層和遠(yuǎn)端監(jiān)控層。白酒釀造系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。安裝在現(xiàn)場的各類傳感器采集包括流量、溫度、開度、液位等信息，經(jīng)變送器信號轉(zhuǎn)換后傳遞給PLC，在接受到采集的數(shù)據(jù)后，PLC通過PROFIBUS現(xiàn)場總線上傳至上位機(jī)。其中部分需要現(xiàn)場儀表方式顯示的信息，如出酒溫度、攤涼溫度、蒸汽開度、冷凝開度等，可直接通過智能儀表的RS485總線[4]接口傳遞至工控機(jī)。工控機(jī)及PLC可根據(jù)接收到的用戶指令和預(yù)設(shè)的控制任務(wù)，直接控制現(xiàn)場各類泵、閥門、電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

另外，系統(tǒng)內(nèi)置GSM[5]無線模塊，管理人員不僅可以通過手機(jī)短信的方式查詢當(dāng)前系統(tǒng)參數(shù)，如流量、溫度、開度、液位等實(shí)時數(shù)值，還可以發(fā)送控制指令+設(shè)備名稱來啟動或停止目標(biāo)設(shè)備。另外，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行發(fā)生故障時，如溫度偏離控制要求、出料口堵塞等，GSM無線模塊能將故障信息發(fā)短信通知班次、車間負(fù)責(zé)人，使信息能及時反饋，操作人員及時作出決策，安全可靠。

2　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2．1LabVIEW與PLC通信

LabVIEW集成了當(dāng)前測控領(lǐng)域中多種先進(jìn)的開發(fā)軟件，可通過多種方案實(shí)現(xiàn)對PLC的訪問。系統(tǒng)通過Datasocket[6]技術(shù)完成對OPC Server的訪問，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)labVIEW與PLC的間接通信。Datasocket是基于TCP/IP協(xié)議并對其進(jìn)行高度封裝，面向測量和自動化應(yīng)用，用于共享和發(fā)布實(shí)時數(shù)據(jù)，是一種易用的高性能數(shù)據(jù)交換編程接口。為了實(shí)現(xiàn)上位機(jī)軟件LabVIEW與PLC進(jìn)行通信，首先要通過SIMATIC．NET軟件在上位機(jī)上建立OPC Server，然后通過以太網(wǎng)通信介質(zhì)，使OPC Server中的數(shù)據(jù)與PLC寄存器中的數(shù)據(jù)建立起映射關(guān)系，再利用LabVIEW讀寫OPC Server中的數(shù)據(jù)，LabVIEW與PLC通信連接如圖2所示。

圖2　LabVIEW與PLC通信連接

Datasocket的體系結(jié)構(gòu)是客戶機(jī)/服務(wù)器模式，以URL的方式訪問服務(wù)器數(shù)據(jù)項(xiàng)目，訪問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存儲器數(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)場總線時定義的連接名，PIW32為所需讀取的存儲區(qū)地址，其他均可視為固定格式。

圖3　LabVIEW讀取PLC存儲器數(shù)據(jù)的程序框圖

2．2LabVIEW與智能儀表通信

系統(tǒng)利用標(biāo)準(zhǔn)串口通訊函數(shù)在VC++中開發(fā)動態(tài)鏈接庫函數(shù)(DLL)供LabVIEW調(diào)用實(shí)現(xiàn)串口通訊。串口通訊函數(shù)流程圖如圖4所示，在成功打開串口后，通過SetCommTimeouts()、SetCommState()這兩個函數(shù)分別對串口設(shè)備控制塊(DCB)和超時控制結(jié)構(gòu)(COMMTIMEOUTS)進(jìn)行配置后就可以讀寫串口了。

圖4　串口讀寫智能儀表流程圖

LabVIEW中調(diào)用動態(tài)鏈接庫是通過調(diào)用庫函數(shù)(Call，ibrary Function，CLF)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的，位于“函數(shù)→互連接口→庫與可執(zhí)行程序”中，使用前首先需要對其進(jìn)行配置，需要注意的是在配置窗口中函數(shù)部分需將線程設(shè)置為在任意線程中運(yùn)行，否則程序在讀寫串口時將獨(dú)占線程，致使LabVIEW程序中其他線程無法運(yùn)行進(jìn)而易導(dǎo)致程序卡死。配置好的節(jié)點(diǎn)如圖5所示，各輸入輸出的數(shù)據(jù)類型和含義與DLL中定義的導(dǎo)出函數(shù)一致。

圖5　LabVIEW讀取智能儀表數(shù)據(jù)

2．3數(shù)據(jù)存儲

使用數(shù)據(jù)庫可以方便地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲、管理和條件查詢。LabVIEW可以通過LabSQL工具包[7]實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的訪問。LabSQL是一個免費(fèi)的、跨平臺和多數(shù)據(jù)庫的LabVIEW數(shù)據(jù)量訪問工具，可以訪問任何基于OBDC的數(shù)據(jù)庫，包括SQ、Server、Acess、Sybase和MySQL等。LabSQL與數(shù)據(jù)庫之間是通過OBDC連接的，所以在使用LabSQL之前首先應(yīng)該在操作系統(tǒng)的OBDC數(shù)據(jù)源中創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)源名DSN(data source name)。LabVIEW實(shí)現(xiàn)對SQL數(shù)據(jù)庫的查詢的程序框圖如圖6所示。

圖6　LabVIEW讀取數(shù)據(jù)庫程序框圖

LabSQL對數(shù)據(jù)庫操作的一般步驟為：連接數(shù)據(jù)庫；連接記錄集，對表進(jìn)行各種操作；斷開記錄集；斷開數(shù)據(jù)庫。

2．4控制系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)

上位機(jī)通過CP5612卡和RS485串口分別采集PLC和智能儀表中的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后將結(jié)果實(shí)時地顯示在人機(jī)操作界面，并將數(shù)據(jù)存于后臺的數(shù)據(jù)庫中，白酒釀造控制系統(tǒng)主界面如圖7所示。在該界面上顯示了流量、蒸汽開度、出酒溫度、黃水酒尾罐液位等所有實(shí)時參數(shù)，以及閥門開關(guān)情況、物料各參數(shù)變化。同時用戶還可以通過該界面手動打開或關(guān)閉閥門及設(shè)置控制任務(wù)，全方位實(shí)時了解和控制整個白酒釀造過程運(yùn)行狀態(tài)。

圖7　白酒釀造控制系統(tǒng)主界面

3　總結(jié)

系統(tǒng)利用先進(jìn)的LabVIEW組態(tài)軟件、工控機(jī)、可編程控制器PLC S7-315及溫濕度、液位、稱重及其它傳感器和智能儀表，結(jié)合傳統(tǒng)工藝，在分析其主要控制參數(shù)和控制原理的基礎(chǔ)上，提出了釀酒自動化連續(xù)發(fā)酵、連續(xù)蒸糧、餾酒等過程的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。實(shí)現(xiàn)對白酒生產(chǎn)過程的有效監(jiān)控，同時系統(tǒng)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集功能，為后續(xù)白酒釀造工藝機(jī)理研究及自動化系統(tǒng)全面升級提供了足夠的數(shù)據(jù)驅(qū)動。

系統(tǒng)的研究應(yīng)用順應(yīng)中國白酒的研究發(fā)展方面，滿足企業(yè)可持續(xù)發(fā)展要求，將會有力地推動企業(yè)釀酒自動化化生產(chǎn)發(fā)展，有著廣闊的發(fā)展前景。系統(tǒng)已經(jīng)通過測試，可以穩(wěn)定的完成濃香型白酒釀造過程實(shí)時遠(yuǎn)程監(jiān)控，具有可靠性好、經(jīng)濟(jì)效應(yīng)高、實(shí)用性強(qiáng)和界面清晰美觀等特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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