基于PLC的中药自动筛选控制系统设计

孙式运,吕洪善,蒋伟

(亳州职业技术学院 智能工程系 安徽 亳州 236800)

中药是我国传统医药，对人们的身体健康起着重要保障作用.而生产出优质的中药更是保证人们用药安全的重要一环[1].其中对中药进行严格的筛选就是生产优质中药过程的重要环节.在中药生产加工的过程中，中药的质量、软硬度、厚度及pH值都是监测的重要指标，不符合标准的中药需要筛选出来，来保证中药材的最佳药效.传统的中药筛选往往采用人工方法筛选，其速度慢、效率低、质量保障效果差[2].为解决上述问题，设计了将中药生产过程中对中药监测和筛选相结合的控制系统，并采用PLC控制技术对监测和筛选过程实现自动化控制.

1 系统总体设计方案

1.1 系统硬件结构组成

本中药筛选控制系统硬件主要包括：PLC控制系统，软硬度控制系统，pH值控制系统，厚度控制系统，传送带和筛分箱.其中PLC控制系统包括PLC控制器、触摸屏、启停按钮、自动和手动模式选择开关、旋转编码器和电动机.软件硬度控制系统包括软化度检测器和筛选器，pH值控制系统包括pH值检测器和筛选器，厚度控制系统包括厚度阻挡块和筛分箱.其中PLC控制器为核心，触摸屏为上位机，启停按钮、自动和手动模式选择开关、旋转编码器、软化度检测器和pH值检测器为输入设备，软硬度筛选器、pH值筛选器、厚度控制器和传送带为输出设备.系统结构图如图1所示：

图1 中药自动筛选控制系统硬件结构图

1.2 系统工作原理概述

系统设有手动调试和自动运行两种工作模式[3]，在手动调试模式下可对系统硬件和参数进行调试，调试完成后可切换为自动运行模式.触摸屏作为上位机，可以设置相关参数、监控系统数据和系统运行情况.PLC控制器则通过编写的程序来控制各系统硬件按照控制要求运行.软硬度控制模块通过软化度检测器对中药的软硬度进行检测，并与触摸屏设置的参数通过程序控制进行比较，通过软硬度筛选器的推出机构把不合格的中药推出到软硬度筛分箱.pH值控制模块通过pH值检测器检测中药的pH值，并与触摸屏设置的参数比较，通过pH值筛选器的推出机构将不合格的中药推至pH值筛分箱.厚度控制模块的厚度阻挡块可根据触摸屏设置参数自动调节筛分厚度，厚度足够的中药可被阻挡块阻挡而筛分至相应筛分箱，厚度不够的中药则在传送带的带动下送至厚度不足筛分箱.整个监测和筛选过程在传送带的带动下完成，传送带由电动机控制带动，通过旋转编码器和PLC编程进行位置控制.

筛分出来的不合格产品分别存放在三个筛分箱内，合格产品则存入储存箱，实现各类产品的分类存储.并由触摸屏的组态画面来对各类产品的数量进行统计，并形成数据库，以便对产品质量进行分析.

2 PLC控制系统设计

2.1 PLC硬件接线图设计

根据PLC控制系统硬件结构组成，把各硬件分成输入设备和输出设备两大类.其中输入设备有启动按钮、停止按钮、模式选择开关、旋转编码器、软化度检测传感器和pH值检测传感器，输出设备有控制三相异步电动机接触器、控制软化度筛选器推出机构的电磁阀、控制pH值筛选器推出机构的电磁阀和控制厚度阻挡块伸缩的电磁阀.根据所需I/0点数和输入输出设备情况，PLC型号可以选择三菱FX2N-32MR型号的PLC，采用FX0N-3A特殊功能模块与PLC连接进行模拟量和数字量的转化处理.根据所需输入设备与输出设备以及模拟量控制情况，设计出PLC的硬件接线图如图2，图2中还包含了电源模块组成以及上位机连接情况.

图2 中药自动筛选控制系统PLC硬件接线图

2.2 PLC程序流程设计

系统功能主要有手动调试和自动运行两大类，在手动模式下可以通过触摸屏人机界面设置相关参数，并对系统各硬件进行调试，系统调试完成后切换为自动模式，系统即可自动运行，对中药进行筛选.自动筛选的流程为：按下启动按钮，传送带启动，通过位置控制把中药送到软化度检测器下方，软化度检测器检测到的数值由PLC处理并与设置好的参数比较，不符合要求的由软硬度筛选器筛分至软硬度筛分箱内，符合要求的由传送带继续向前送到pH值检测器下方.然后pH值检测器对中药进行检测并与设定值比较，不符合要求的由pH值筛选器筛分至pH值筛分箱内，符合要求的由传送带继续向前送.最后中药遇到厚度控制器的阻挡块，阻挡块已经根据设定参数调节好筛选厚度，厚度足够的中药被阻挡块阻挡至储存箱，厚度不够的直接由传送带送至传送末端的厚度不足筛分箱里.系统程序流程图如图3：

3 人机界面组态设计

3.1 触摸屏人机界面设计

图3 中药自动筛选控制系统程序流程图

触摸屏采用昆仑通态的彩色液晶屏，组态软件采用昆仑通态公司

开发的MCGS组态软件.触摸屏人机界面上包括4个模块画面：设置模块、检测模块、筛分数量统计模块和系统监控模块.

设定模块画面主要功能是在画面里的输入框内输入相关参数，通过触摸屏与PLC通讯，写入PLC控制器.检测模块利用组态软件里标签的显示输出功能来显示传感器检测到的数值和厚度控制器阻挡块的控制值.其中软硬度检测值和pH值检测值分别通过PLC程序控制与相应的设定值比较，从而决定筛选器是否进行筛选.筛分数量统计模块画面用来显示各个筛分箱里筛选出来的中药的数量以及储存箱里合格中药的数量.系统监控模块可以发送启动和停止信号，控制系统的启停状态.通过传送带的填充颜色变化和转动动画效果来监视传送的运行状态.

另外还增加了显示检测到的各参数数值的实时曲线和历史曲线画面，通过曲线可以直观地看到被检测的中药的软硬度、pH值和厚度变化情况.而且还可以增加被检测数值的数据库，通过查看历史数据来分析所生产中药的质量，从而把它作为改进生产工艺的数据依据.

3.2 组态变量与PLC设备通道连接

为了实现触摸屏和PLC控制器之间的通讯连接，需要通过MCGS组态软件设置画面中的所有变量，创建出所有变量的数据库[4].然后再添加PLC设备，并创建设备通道，最后完成设备通道与组态中数据变量的一一对应连接.这样，触摸屏人机界面就可以和PLC通讯，来完成触摸屏和PLC控制器的人机交互.

4 系统调试运行

本中药筛选控制系统在运行前首先需要通过触摸屏人机界面设置软硬度、pH值和厚度等参数，并把“手动/自动”切换开关切换至手动模式，按下系统启动按钮或触摸人机界面上的启动按钮，系统自动把厚度控制器的阻挡块调至设定的位置，同时启动传送带.当传送带把中药送到各检测位置，相应的检测器能够自动执行检测动作，并把检测数值在触摸屏上显示出来.相应的筛选器能准确进行筛选，并在触摸屏上记录各筛分箱的数量.

经过调试，各硬件设备能够准确运行，检测数据符合要求后，把“手动/自动”切换开关切换至自动运行，系统则进入自动运行状态，各硬件设备则进行自动检测和筛选.人机界面自动记录各项数据，并形成数据库.经过多次实验，本系统运行顺畅，各硬件设备运行准确，各项数值记录完整.经过中药专业人员人工检测，本中药筛选控制系统筛选准确率、可靠性极高.

5 结 语

基于PLC的中药筛选控制系统，运用软化度检测器、pH值检测器和厚度控制器对生产线上的中药进行检测，通过PLC对检测数据进行比较、分析，来控制各筛分器对中药进行筛选，从而实现生产监控和筛选同时进行，解决了传统人工筛选速度慢、准确率低的问题.通过触摸屏人机界面不仅可以实时地监控系统运行状态，还可以对历史数据进行分析处理，以便于改进生产工艺，提高生产质量.本系统具有操作方便、控制准确、维护简单和成本低廉的特点[5]，可用于中药饮片生产实践中.