MCGS组态控制技术在中药炮制控制系统中的应用

孙式运，蒋伟，杨清志

(亳州职业技术学院 安徽 亳州 236800)

0 引 言

当前各中药生产企业所用的中药炮制机采用的温控系统存在很大缺陷，在中药炒制过程中温度会忽高忽低，实际温度偏离设定温度较大[1-2]，只有经验丰富的老药工才可以操控好这种机器，而有经验的老技工工资高、流失严重则给企业造成极大的困扰.基于PLC控制技术和MCGS控制技术的控制方案则可以解决温度控制不准确，机器操控可视化程度低等问题，操作简单友好的可视化人机界面让无经验的新工人操控起来也会得心应手，而实时数据和历史数据以曲线和报表的形式呈现，可让少数有经验的老师傅对数据加以分析，从而可以通过修改参数对生产过程加以改进.

1 方案设计

本方案主要由以下几个部分组成：PLC控制系统设计，MCGS组态控制系统设计.其中MCGS组态控制包括组态画面设计，与PLC通信通道创建，数据库创建，以及脚本程序编写[3-4].

2 PLC控制系统设计

2.1 系统硬件设计

本系统硬件主要采用三菱FX2N-32MR PLC作为控制核心，通过FX0N-3A特殊功能模块对采集温度的模拟量转化为数字量，通过PT100温度传感器采集温度，采用MCGS触摸屏TPC7062K作为上位机.本系统硬件原理图如图1：

图1 系统硬件原理图

2.2 PLC控制系统软件设计

本系统采用了PID运算的闭环控制方式，可对温度进行精确的控制，通过PT100采集的温度值经过FX0N-3A特殊功能模块进行A/D转换[5]，把转换后的温度数字量作为输入信号进行PID运算，从而决定加热器的启停时间，使温度被精确地控制在设定温度附近.

3 MCGS组态控制系统设计

3.1 MCGS组态画面设计

3.1.1 组态主画面设计

主画面包括用户登陆管理，设置屏保时间输入框，以及进入其它功能窗口的按钮.用户登陆管理可以让系统更安全，只有具备相应权限的人员才能进行相应的操作.比如数据分析窗口只有技师以上权限的用户才能进入.系统主画面如图2：

图2 系统主画面

图3 PID参数设定画面

3.1.2 温度参数整定画面设计

温度参数整定窗口需要技师权限人员才能进入，在首次运行时，要先进行自动调谐运行，运行结束可获得PID控制的比例增益Kp和积分时间Ti.以后的操作只需要设定好温度就可以利用此时得到的参数值进行PID运算，从而决定加热器在每个周期内的通断时间.温度参数整定画面如图3：

3.1.3 中药品种和炒制参数设置画面设计

中药品种众多，这里大致分了三个大类：根茎类、果实类和动物类，每一大类用下拉列表框列了一些常见的中药，而且通过咨询一些有经验的老药工，当这些药被选中后，系统会自动给定一个设定温度和炒制时间.当然这个温度和时间也可以修改.如果炒制列表里没有的中药，也可以自行输入药名，设定炒制参数.中药品种和炒制参数设置画面如图4：

3.1.4 数据处理画面设计

当中药炒制后效果不理想时，技师们就可以通过查看分析实时数据和历史数据，对炒制参数进行调整，从而改善炒制效果.数据报表画面如图5：

图4 中药品种和炒制参数设置画面

图5 数据报表窗口画面

3.2 PLC通道与数据变量连接

组态画面要控制下位机PLC运行，要显示系统运行状态，要实时显示系统数据，都要创建相应的数据变量，这些数据变量要与PLC通道一一对应连接.PLC通道与MCGS数据变量连接情况如图6：

图6 PLC通道与MCGS变量连接画面

3.3 脚本程序编写

在操作员窗口中，三类药名下拉列表框中要预设一些常见中药名称，且相应药名要预设相应的设定温度，这就需要编写脚本程序来实现这些功能.部分脚本程序清单如下：

‘对常见中药分为三类’

if 根茎类=1 then 药名=药名1

if 果实类=1 then 药名=药名2

if 动物类=1 then 药名=药名3

‘对常见中药预设炒制温度’

if !strComp(药名1，“炒白芍”)=0 then 温度=120

if !strComp(药名1，“炒白术”)=0 then 温度=150

…… …… ……

if !strComp(药名2，“川楝子”)=0 then 温度=180

if !strComp(药名2，“小茴香”)=0 then 温度=180

…… …… ……

if !strComp(药名3，“制乌蛇”)=0 then 温度=160

if !strComp(药名3，“炒天龙”)=0 then 温度=140

…… …… ……

‘预设常见中药药名，并处理出错信息’

if !strComp(药名，“”)=0 or !strComp(药名，“炒白芍”)=0 or !strComp(药名，“薏苡仁”)=0

or !strComp(药名，“稻芽”)=0 or !strComp(药名，“蔓荆子”)=0 or !strComp(药名，“酸枣仁”)=0

or !strComp(药名，“蒺藜”)=0 or !strComp(药名，“菟丝子”)=0 or !strComp(药名，“莱菔子”)=0

or !strComp(药名，“桃仁”)=0 or !strComp(药名，“草果”)=0 or !strComp(药名，“栀子”)=0

or !strComp(药名，“枳壳”)=0 or !strComp(药名，“苦杏仁”)=0 or !strComp(药名，“青皮”)=0

or !strComp(药名，“补骨脂”)=0 or !strComp(药名，“吴茱萸”)=0 or !strComp(药名，“苍耳子”)=0

or !strComp(药名，“麦芽”)=0 or !strComp(药名，“牛蒡子”)=0 or !strComp(药名，“车前子”)=0

or !strComp(药名，“王不留行”)=0 or !strComp(药名，“马兜铃”)=0 or !strComp(药名，“马钱子”)=0

or !strComp(药名，“小茴香”)=0 or !strComp(药名，“川楝子”)=0 or !strComp(药名，“紫菀”)=0

or !strComp(药名，“黄连”)=0 or !strComp(药名，“黄芪”)=0 or !strComp(药名，“黄芩”)=0

or !strComp(药名，“柴胡”)=0 or !strComp(药名，“香附”)=0 or !strComp(药名，“骨碎补”)=0

or !strComp(药名，“茜草”)=0 or !strComp(药名，“知母”)=0 or !strComp(药名，“延胡索”)=0

or !strComp(药名，“当归”)=0 or !strComp(药名，“白前”)=0 or !strComp(药名，“白芍”)=0

or !strComp(药名，“干姜”)=0 or !strComp(药名，“白术”)=0 or !strComp(药名，“甘遂”)=0

or !strComp(药名，“甘草”)=0 or !strComp(药名，“山药”)=0 or !strComp(药名，“炒白术”)=0

or !strComp(药名，“炙黄芪”)=0 or !strComp(药名，“炙干草”)=0 or !strComp(药名，“焦山楂”)=0

or !strComp(药名，“炒米仁”)=0 or !strComp(药名，“炒枣仁”)=0 or !strComp(药名，“制乌蛇”)=0

or !strComp(药名，“炒天龙”)=0 or !strComp(药名，“炒地龙”)=0 then

else

!opensubwnd(出错提示窗口，250，200，350，200，1)

endif

4 系统调试

系统首次运行要进行PID参数整定，在操作员窗口利用自动调谐运行来获取比例增益Kp和积分时间Ti，从而为后面的运行整定好必要的参数.然后在触摸屏上选择药名，按照设定的温度在PID调节下运行.在运行过程中在触摸屏上可以看到温度上升到设定温度后，实时温度曲线变得比较平稳，从数据报表窗口看，数据一直在设定温度附近小幅波动.数据证明温度控制得非常精确.炒制完成后，控制滚筒的电机反转，炒制好的中药就会倒出.从色泽上看炒制火候控制得非常好，炒制得非常成功.

5 结 论

经过多次调试、实验，本系统的上位机界面友好，操作简单方便.用户登陆系统具有分配操作权限功能，使安全性管理得到了保障.实验结果令人满意，温度控制精确，数据曲线和数据报表简洁明了，易于查看和分析[6].

[1]许江，余鸿飞，付成喜.炒药机[P].中国：201320515372.9，2013-08-22.

[2]蒋伟，谢斌，吕洪善，等.中药炮制机械智能炒药机温控系统设计[J].湖南理工学院学报(自然科学版)，2014(4):58-62.

[3]张文明，华组银，吕景泉，等.嵌入式组态控制技术[M]，北京：中国铁道出版，2011.

[4]北京昆仑通态自动化软件科技有限公司.MCGS参考手册[S].2006.

[5]张伏，王唯，张亚坤，等.PLC和MCGS组态软件在温室控制中的应用[J].农机化研究，2014(10):205-208.

[6]张明昌，张宇翔，郭敏，等.基于MCGS的生物质气化热解测控制系统的研究与实现[J].计算机时代，2006(3):35-37.