基于组态技术的智能豆花机控制系统设计

摘 要：设计了一种基于组态技术的智能豆花机控制系统，实现了对豆花制备的智能化控制、设备故障报警和紧急处理。介绍了系统硬件组成和软件功能，阐述了组态软件的二次开发流程，并对控制系统进行了有效的仿真。仿真实验表明，该控制系统的设备控制、故障报警和通信速率均可达到预期目标。

关键词：组态技术；石磨豆花机；控制系统；系统仿真

中图分类号：TP23 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.07.030

石磨豆花机作为一种传统的豆花制备装备，被广泛应用于餐饮行业，具有生产量大、能够连续研磨、豆花品质好等优点。但在实际应用过程中存在以下问题：①豆花浓度不能根据需求调整；②豆花的品种单一，制备不同豆类时需手动设置；③出现故障时容易损坏设备。针对上述问题，本文设计了一种基于组态技术的智能豆花机控制系统。

1 控制系统总体结构设计方案

为了生产不同浓度的豆花和不同种类的豆花，需要快速调整石磨的转速、豆类进入石磨的数量和加入的水量。因此，智能豆花机控制系统需要根据需求控制连接石磨和豆类送料辊的电机实时转速和水流大小。控制系统首先通过S200-PLC脉冲信号对电机控制器实施控制，进而调节电机转速，脉冲信号还可控制电磁阀使其水泵出水量可调。在工控机人机界面上根据需求选择不同命令对PLC发出相应的指令，在此基础上再进行辅助功能的设计。控制系统的总体结构如图1所示。

2 S200-PLC通信协议

在控制系统中，PLC作为电机控制器、电磁阀及其他构件与人机界面的命令以及数据传输纽带，首先能够与人机界面通信，保证指令能够准确地传输，其通讯连接方式为MCGSTpc的RS232接口与PLC编程口连接。因此，PLC模拟输入模板的通道上還需要向外输出交流电源，以驱动两线制电机和电磁阀工作，程序通信波特率、奇偶校验和数据具体位数通过通讯口0或者通讯口1设置。控制器和电磁阀接收命令的协议格式为：同步字符（2 B）+数据长度（1 B）+设备地址（1 B）+具体命令（2 B）+奇偶校验（2 B），传感器根据命令输出数据，将数据添加到上述通讯协议中。

3 控制系统软件设计方案

目前，对于工业控制软件开发主要有2种形式：①借助C++、VB等编程语言编制数量庞大的指令和代码，从底层程序开发特定功能的控制软件；②利用组态软件实现特定功能控制软件的二次开发。第二种方式因其具有开发周期短、成本低、工作量小等特点被广泛应用于工业非标控制系统中。本文借助MCGS组态软件对智能豆花机控制系统软件进行设计。

3.1 MCGS组态软件介绍

MCGS组态软件二次开发由以下5部分组成：①主控窗口。主控窗口是对工控机启动页面，系统的内存属性、参数和存盘参数进行设置的窗口。②用户窗口。用户窗口是软件设计人员对系统实现的具体功能进行设计的窗口。③实时数据库。实时数据库是对系统数据采集、系统指令地址分配的窗口。④运行策略。运行策略是系统实现逻辑显示控制设置的窗口。⑤设备窗口。设备窗口是工控机与PLC实现连接的设置窗口。

3.2 控制系统软件功能结构设计

该智能豆花机控制软件功能丰富，在实现对豆花机基本控制功能的基础上，增强控制系统的可操作性、人机交互性和可靠性，对必要的软件功能结构设计可有以下3点。

3.2.1 安全管理功能

豆花机作为食品制作设备，其产品品质和安全性应首先得到保障。因此，控制系统应具备完备的安全管理功能，主要分为用户登录、用户权限和生产记录3个层次保障控制系统和设备运行的安全。

在软件登录主页面需要提供有效的用户名和登录密码，以确保控制系统不受非许可操作，保障了设备的安全运行。在单次用户登录时，用户名、登录日期、具体操作内容应该被保存在存储器内，最大程度上确保操作过程的透明化，使食品生产过程有迹可循。

3.2.2 多重报警处置功能

该控制系统采用软件和硬件将结合的方式实现报警与处置的功能。当智能豆花机发生机械、电气故障，从PLC采集的I/0变量值出现设置参数在合理范围之外时，报警系统能够及时发出警报并提示故障信息。

一旦故障发生在无人值守时，报警提示信息无反馈，控制系统能够触发自动断电操作。

3.2.3 定时运行功能

大型餐厅豆花的供应一般是在早餐时段，豆花的制作要早于早餐时间。该控制系统能够设定豆花机自动运行的时间。这样，既能保证豆花的供应量，又能使操作人员得到良好的休息。

3.3 智能豆花机控制策略的实现

系统的控制策略系统包括启动策略、退出策略、循环策略和用户策略。控制系统人机界面主页面的报警指示灯按照控制策略要求，只要有一项参数或者一个构件出现问题，报警指示灯就开启闪烁，提示操作人员有报警信息出现，其报警指示灯运行策略如下：

4 系统仿真

MCGS提供了模拟数据发生器，在设备窗口选择模拟设备，添加一个模拟数据发生器，能够为系统提供16数据通道。内部模拟数据发生装置能够对各个通道的数据类型进行选择，根据不同的数据类型可选择三角形或者正弦、余弦型浮点数据。

另外，对于不同数据的仿真，还可以选择数据值的范围。根据监测系统前面板设计，在不同的通道上连接相应的变量参数。为了使模拟数据的发生范围值近似实际工程数据，可进行必要的数据通道处理。图2为系统仿真。

5 结束语

本文设计的基于组态技术的智能豆花机控制系统是一种生产效率高、操控可靠性好、控制智能化程度高的食品生产设备控制解决方案。该控制系统是以组态软件为设计核心，运用组态技术不但能够大大缩短开发周期、降低成本，而且能够提高人机界面的友好性，并提高豆花机的使用安全性和产品安全性。以组态技术为核心的控制系统在食品设备行业的成功应用能够促进食品行业安全、健康地发展。

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作者简介：乔力江汉（2000—），男，北京人，研究方向为设备控制理论。

〔编辑：刘晓芳〕