食品生产线的计算机控制系统设计与实现

安呈君

摘要：为了进一步提高食品生产线的控制效率，保证食品行业的健康发展，该文以食品生产线的计算机控制系统作为主要研究对象，以千层酥为例，对其生产线工艺流程进行阐述，进而从硬件和软件两方面对食品生产线计算机控制系统展开了详细的设计和分析。

关键词：食品生产线；计算机控制系统；工业以太网

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）26-0054-02

The Computer Control System Design and Implementation of Food Production Line

AN Cheng-jun

（Jinan Vocational College，Jinan 250103，China）

Abstract：In order to further improve the control efficiency of food production line， ensure the healthy development of food industry， this paper takes food production line of computer control system as the main object of study， in the case of thousand layer cake， expounds on the production line， and then from two aspects of hardware and software for food production line computer control system for the detailed design and analysis.

Key words：food production line； the computer control system； industrial Ethernet

对使得传统的以人工手动和半自动方式为主的食品生产线控制系统进行分析可知，其生产效率较低，在进行生产工艺参数的调整过程中经常需要花费较长得时间，从而对食品的生产的进度产生了严重影响。因此，加强对食品生产线计算机控制系统的研究和应用，从而确保生产线更换产品时，操作人员只需简单操作便能够迅速对整条生产线的有关参数进行调整，以满足食品生产需求，已成为食品领域需要开展的重点工作。

1 食品生产线工艺流程

以千层酥生产为例，工艺过程如下：在进料口中放入已经搅拌好的面团，由叠酥机对其先轧制后叠酥操作，并由压面机和叠酥机反复压制和叠酥，而后，在成型切割机的作用下，层叠压制好的大块面皮被逐层切割，在过渡机处理后，由分离机将已经叠压切割好的面皮等距分割，在喷糖机喷糖或撒盐调味后，生产线的前段成型工艺得以完成。将叠压面皮以一定的间距进行排列，将其置于50m长的千层酥烘烤炉中分别进行胀发、定型、脱水成熟、上色等操作，并对4段烘烤温区（上下两层，共8个温区）进行控制调节，随着面皮在各温区水分的逐渐蒸发，最后，出炉的成品千层酥得以制成，并经过网带机进入到整理、包装环节[1]。

2 食品生产线计算机控制系统的硬件设计

2.1 基于工业以太网的顶层网络设计

将两台工业控制计算机安置在千层酥生产车间现场，分别用作操作员站与工程师站，从而帮助现场操作人员实现对车间设备和生产线情况的实时监控，并对生产线的参数进行调整。同时，将PC安置在生产管理人员的办公室内，使管理人员能够及时对现场生产线的生产工况和食品的入库情况进行查询和监督，为其视频的市场销售奠定基础。将三态计算机以西门子工业的以太网方式联网，从而进行数据交换，考虑到生产现场和管理办公室的距离较远，故将现场的两台计算机（操作员站、工程师站）以光纤的形式同生产管理计算机相连，并借助TCP/IP以太网通讯的方式实现数据交换[2]。

2.2 基于Profubus DP的网的中层网络设计

Profubus DP网具有传输速率快、通讯接线简单、通讯距离远等优点，在对食品生产线现场情况予以充分考虑的基础上，引入2套S7-300PLC，并选取315-2DP为系统CPU，每一台PLC均配有其他相关模块，且其中一台PLC安置在在千层酥的前端生产工艺和烘炉环节（PLC1），另一台PLC安置在后段视频分离与包装入库环节（PLC2）。建立Profubus DP网络系统：将CPU5611通讯卡安置在现场操作员站，将S7-300 CPU中的一个可定义通讯口定义为Profubus口，并以总线连接器连接上位机与PLC用屏蔽双绞线，其中，PLC1负责对生产线后段食品分离与包装入库进行控制，而PLC2则负责对烘烤炉的检测和控制，包括8个温区的温度检测与电加热系统的闭环控制等。同时，将S7-200从站与上位机进行数据（轧面机、叠酥机工艺参数）交换，从而帮助操作人员和管理人员确定出叠酥机面皮的堆叠层数和机器本身的运行速度[3]。

2.3 基于RS485的底层网络设计

基于RS485智能仪表的底层网络中，每个S7-200从站的PLC均会以EM277 Profubus通讯模块为依据，从而同上位机控制的S7-300主站PLC进行数据交换，并对相关的控制命令和控制参数予以接收，进而将现场设备的工作状态与实际参数的变化情况予以返回[4]。此外，PLC通过S7-300 CPU的两个通讯口同TD200人机交互设备与现场变频器进行通讯，以此来对参数修改进行显示和对叠酥机速度进行控制的目的。

3 食品生产线计算机控制系统的软件设计

3.1 上位机组态软件

选取西门子公司的WINCC组态软件作为系统开发平台，利用其强大的数据库功能和图形化的监控画面设计功能，对食品生产线的计算机控制系统进行设计。首先，对生产工艺中涉及的工艺参数进行设置。千层酥生产线的设计需要对其通用性和生产效率予以充分考虑，基于计算机控制的自动化食品生产线，因全部工艺参数均是自动设置和调整的，故只需利用计算机将新的工艺参数发送至处于底层的可编程逻辑控制器即可，进而由底层的PLC完成对各类设备参数的调整，在降低人工劳动强度的同时，提高各类参数配置的效率。其次，在生产线的监控画面方面，由于上位机监控画面中具有实际食品生产线工况的模拟画面，因此，借助WINCC工业库的自动绘制功能，以生产工艺过程为依据，将千层酥生产线的实际工况在计算机上进行模拟显示，便可实现对实际生产参数等相关信息的监测和管理[5]。最后，上位机通过提供温度棒图和温升曲线，进而帮助管理人员对相应时长内烘炉中8个温区的温度控制情况进行查询、监督和控制，并以此为依据，对食品的质量进行跟踪，同时，改进生产工艺，进一步提高食品质量。

3.2 PLC软件编程

本文所设计的食品生产线计算机控制系统的PLC部分是由Profubus和RS-485总线系统共同构成的，在Profubus总线系统方面，其程序主要包括2台S7-315DP主站编程，分别负责后续分拣包装和烘炉温度的检测控制，并同时负责上位机与S7-200从站的PLC数据交换。S7-200从站的PLC经由EM277安置Profubus总线，S7-300主站PLC则通过将V寄存器作为数据交换区来实现数据通讯，并经由EM277实现与从站PLC的数据交换。在RS485总线系统程序方面，通过WINCC专门的变频器控制指令包，进而将叠层机和烘炉等给定频率的控制参数传至变频器中，同时，将当前变频器的状态参数反馈至S7-200从站的PLC中，再通过光栅尺对位移模拟量进行检测，传入从站PLC中，在同给定值进行对比后，对步进电机进行控制，实现对千层酥轧制厚度的调节。

4 结论

本文通过对千层酥生产线的工艺流程进行分析，分别对其生产线计算机控制系统的顶层网络、中层网络和底层网络所对应的工业以太网、Profubus DP网和RS-485网等硬件部分展开设计，并对生产线计算机控制系统的上位机组态软件和PLC编程等软件部分做出了详细分析。研究结果表明，本文所设计的食品生产线的计算机控制系统能够有效提高食品生产和管理效率，对于实现食品生产线的精细化管理具有重要作用和意义。

参考文献：

[1] 李本红，陈小军.基于PLC和触摸屏的食品包装自动化生产线控制系统设计[J].机电工程技术，2014，1（12）：9-13.

[2] 李国平，艾长胜，王娜，等.锯铣加工生产线计算机网络控制系统设计[J].山东建材，2011，3（5）：38-40.

[3] 金凤莲.基于CAN总线的食品包装生产线控制系统的设计[J].包装工程，2012，1（23）：98-100.

[4] 强明辉，张京娥，张巍.基于PLC的阴极铜自动包装生产线控制系统的设计与实现[J].电气自动化，2011，1（11）：69-71.

[5] 杨明娟.安全套浸渍生产线计算机控制系统设计[J].中国商界：下半月，2012，1（5）：328.