基于PLC技术的果汁生产控制系统的设计

高士杰

（江苏食品职业技术学院，淮安 223003）

0 引言

随着社会的进步和人民生活水平的提高，一日三餐的生活方式早已成为历史，广大民众已经越来越注重个人生活品质的提高，各式各样的饮品渐渐地成为百姓生活的必须品，果汁饮料作为天然饮品，无论在营养成分上，还是在口感方面都明显要优于其他种类的饮品，因而受到广泛的欢迎。

社会主义新农村建设的推进，很重要的目的就是要让广大农民尽快脱贫致富，为全面实现小康社会奠定坚实的基础，广大农民通过种植经济植物，来提高年产收入，很多农民就选择种植果树生产水果。大量的消费不完的新鲜水果，就需要通过生产果汁的形式，实现保值，避免损失。这就要求果汁生产企业能够极大地提高生产率，降低生产成本，满足社会的需要。

果汁生产的自动化控制，采用MCGS+PLC的控制方式，其中大量的基本的控制环节和控制功能都通过PLC来实现，而MCGS组态软件主要用于开发控制系统的监控工程，实现报警提示、数据查询、报表输出及生产监控等功能。

1 系统控制方案和系统构成

果汁生产过程，主要分为以下几个环节，即洗果，粉碎，榨汁，配液、消毒、罐装、装箱等。具体的生产环节将因果汁的不同种类略有差异，但基本环节就是这些。

在系统设计时，考虑到集中控制的优越性，同时还考虑现场生产环节操作以及设备检修工作的安全性和方便性等，因而，将整个系统分成本地操作站和中央控制室两个部分。考虑生产企业的生产规模，有多条生产线时，各生产线之间通过PLC网络控制进行连接。

控制系统有5个PLC本地操作站：清洗站、粉碎榨汁站、滤渣配液站、消毒罐装站和输水泵房站，各站PLC均采用三菱公司FX系列PLC产品，在输水泵上使用的变频器采用F—A044—2.2K，所有电气设备上都设立了“手动/自动”切换开关，以实现不同的控制，以免因自控系统故障导致生产的停滞。切换开关放置于生产现场的操作箱中。

中央控制室负责对全厂的生产过程进行控制、监视和管理，能及时动态反映各部分的运行状态，主要的生产过程参数、工艺参数。上位机采用研华IP610，系统平台为WindowsXP，用MCGS软件进行工程开发。上位机与下位机之间采用RS-485通信方式，在上位机与PLC之间接入FX—485PC—IF接口，实现RS—232/485转换，再通过FX2N—485—BD、FX2NC—485ADP和FX2N—CNV—BD实现通信扩展和RS—485/232变换。在多条生产线之间，通过PLC联网控制实现互联。PLC控制方式采用就地控制方式。控制系统的结构如图1所示。

2 信号检测和处理

果汁生产控制系统的监控对象主要包括系统运行状态、各水泵机组运行情况、变频器运行情况、各工作站的液位显示、电压、电流、功率等。

2.1 开关量信号检测和处理

系统各种运行状态均由开关量反映,FX2N—32MR的I/O点数各为16点，其对应的输入、输出继电器状态反映了各控制设备的运行状态，上位机可通过MCGS组态软件读取PLC的输入、输出继电器状态即可获取各控制设备的运行状态。

2.2 模拟量信号检测和处理

系统运行时的电压、电流、液位等模拟量通过配置模块FX2N—4AD来采集，并实现数摸转换，以12位数字量输出，以16位二进制补码方式存贮在FX2N—4AD的缓冲寄存器的BFM中。FX2N—4AD的4个输入通道（CH1～CH4）通过输入端子接线可以选择为电压输入或电流输入，电压输入通道分辨率为5mV，电流输入通道分辨率为20µA ，FX2N—4AD接地端应与PLC主单元接地端连接。

通过设定BFM#15来选择模拟量转换速度，正常速度为15ms/通道，高速为6 ms/通道。为减少外部干扰和内部躁声对采集数据准确的影响，保证数据采集的可靠性，对采样值进行软件滤波。通过BFM#1—BFM#4来设定各通道的软件滤波采样个数，然后求和取平均值，将获得平均采样值存入BFM#5—BFM#8。PLC通过功能指令FROM将其内容传送到主机的内部数据寄存器D0～D5保存。此外，为了消除外界的信号干扰，还对模拟信号进行有效性检查，剔除过大或过小的采样值。

由于各模拟量变松送器的输入为不同性质的物理量，且输入范围不同，而输出均采用4～20mA的电流信号，因而各变送器的分辨率是不同的，相应地FX2N—4AD输出单位数字量对应的模拟量大小不同。上位机对D0～D5的数据作处理时，应考虑各实际变送器的分辨率。

3 上位机监控系统设计

图1 果汁生产控制系统结构图

上位机监控系统有MCGS组态软件设计开发，MCGS是一套32位全中文自动化控制组态软件，可运行于Windows95/98.NT/2000/XP操作系统 ，集动画显示、流程控制、数据采集、设备控制与输出、网络数据传输、双机热备、工程报表、历史数据与曲线等诸多强大功能于一身，并支持国内外众多数据采集与输出设备，广泛应用于石油、电力、化工、钢铁、智能楼宇、实验室等多种工程领域。

图2 果汁生产系统监控窗口画面

果汁生产系统监控画面的设计应以操作方便、实用为原则，如图2所示，能实现实时监控各重要设备的运行状态和相关数据，实现历史数据的存储和查询，可通过报表或曲线图形的方式满足数据管理功能要求，实现自动报警功能和远程操作等功能。并通过设置系统管理员和系统操作员两个级别的访问权限，系统管理员可以修改系统参数，画面组态、实时监控、系统运行和退出、用户管理；系统操作员可修改参数、实时监控和退出系统，以达到保证系统安全性。

图3 通信控制程序

4 PLC与MCGS的通信连接

为实现实时监控需在MCGS中进行设备连接，使PLC和上位计算机建立起正确的通信，在MCGS设备窗口中首先添加一个通用串口父设备，设置设备属性，选择通信参数端口号为0—COM1，波特率为9600，7位数据位，1位停止位，偶校验，数据采集方式为同步采集。在父设备下面创建一个三菱FX系列串口子设备，设置子设备PLC的属性，主要进行通道连接操作，将相应通道与MCGS实时数据库中的变量相连，对PLC的X、Y、M、D等寄存器进行读、写，即可实现外部信号的输入和控制PLC的输出。计算机与PLC之间采用主/从应答方式，计算机处于主动状态，根据需要向PLC发出读/写命令，为实现PLC与上位机之间的通信，要求他们的通信参数设置匹配，因此，需在PLC中运行如图3所示的一段通信控制程序，实现对PLC内三个特殊数据寄存器D8120、D8121、D8129进行设置。其中D8120是一个特殊寄存器，设置了通信的数据长度、奇/偶校验形式、波特率和协议方式；D8121用来设置站号，用于计算机决定访问哪一台可编程控制器，而D8129设置的是校验时间。

5 结束语

利用PLC技术和MCGS组态软件结合开发而成的果汁生产控制系统，很好地提高了生产过程的自动化控制和管理水平，系统操作简便，运行可靠，稳定性好，对降低功耗，提高生产效率起到了很好的效果，具有较好的推广价值。

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