基于PLC的茶叶装箱机组控制系统改造

2016-03-29杨征海南科技职业学院海南海口570206

福建茶叶 2016年8期

杨征（海南科技职业学院，海南海口 570206）

基于PLC的茶叶装箱机组控制系统改造

杨征
（海南科技职业学院，海南海口 570206）

本文所介绍的茶叶装箱机组控制系统采用PLC操作系统，是因为此操作系统方便了用户可以自由的设计一些所需要的应用功能，另一方面PLC操作系统具有高稳定性和可靠性。本控制系统使用了触摸屏技术，减少了按键的使用，从整体上减小了系统所占用的体积，使系统更加轻巧，而且用户使用更加方便。基于以上背景，本文基于PLC技术对茶叶装箱机组控制系统做了分析研究。

PLC；茶叶装箱机组；空气控制系统

当今社会，越来越多的人喜爱喝茶。因此，茶叶装箱机组的好坏关系到人们身体的健康。当前，现有的控制设备价格昂贵，同时控制的气体种类单一，不能同时控制茶叶装箱机组中多种气体的浓度；现有的设备还没有无线通信的功能，只能在环境内使用，用户不能远距离查看室内的情况。本控制系统更是采用了无线通信技术，可以使用户在远距离查看茶叶装箱机组的质量，方便快捷。

1　PLC操作系统简介

随着人们生活质量的不断提高和生活意识的不断加强，人们开始意识到身体健康的重要性，开始追求绿色的生活模式，而茶叶装箱机组的绿色化更是放在首要的位置，这就需要一种设备来完成这个功能了，这就是本文要研究的茶叶空气控制系统。PLC结构是软件系统体系结构，即大家熟知的客户机和服务器结构。PLC操作系统的应用非常广泛，很多控制产品都使用了PLC操作系统。

PLC系统可以从两个方面来描述其功能：第一、从软件开发的方向来看，PLC操作系统可以当做一种虚拟机平台，其作用是把底层的硬件部分的细节都封装起来，这样可以使运行的软件有一个抽象的编程接口，用这些抽象的接口来进行软件的开发；第二、从系统管理的方向来看，PLC操作系统可以当做是整个系统资源的管理人员，其责任重大，管理系统当中各种的硬件资源，其中包括微处理器、内存、各种I/O设备、文件和数据等，这样，整个设备就可以高效、可靠地运行。PLC所具有以下特点：

首先，PLC是一个免费的、开源的、自由的操作系统。用户完全可以根据自己的各种需要对代码的内核部分进行修改和优化，使得用户可以完成自己的所求。PLC的这种特点是极其重要的，它提供了一个无限的开发平台，可以使所有使用这个系统的人进行更好的交流和相互的学习。

其次，PLC的内核是可以裁剪的，而且具有高性能的特点。PLC内核的高效和稳定得到了各个领域的肯定，其独特的模块机制可以使用户根据自己的需要，实时地将某些模块插入到内核或者从内核中移走，PLC很适合小型化场合的使用。

再者，PLC具有非常完善的文件管理机制和网络通信功能。PLC对所有的标准的Internet网络协议都支持，而且将它们应用在PLC系统中是非常容易的。另外，PLC支持的文件系统也是非常丰富的，包括fat16、fat32、ext2、romfs等。

然后，PLC拥有非常完整的开发工具。有一套优秀的开发以及调试工具对于PLC系统开发是非常重要的。PLC提供了一整套开发工具，它利用了GNU中的gcc当做编译器使用，同时用xgdb、gdb、kgdb作为调试的工具，使得用户可以非常方便地从操作系统到应用软件各个层次的调试。

最后，PLC具有非常丰富的软件资源以及广泛的硬件支持。几乎绝大多数通用程序都可以适用于PLC，硬件支持方面，目前PLC成功移植到了许多硬件开发平台，所有流行的CPU几乎都可以在上面运行，更是支持各种主流硬件平台和最新的硬件技术。本设计针对现有的茶叶装箱机组控制设备的不足之处，使用热门的PLC开发技术以及当下流行的PLC操作系统，设计了一种控制有害气体以及室内温度的基于PLC的茶叶装箱机组控制系统。

从以上分析可见，茶叶装箱机组控制系统适合采用PLC操作系统，第一、是此系统是免费开放的，给了用户非常大的自由发挥的空间，用户可以根据自己的各种需要来修改和优化代码；第二、其代码的移植性是非常良好的，可以在很多硬件上嵌入使用，而只需修改一部分参数代码，因此很多时候没有必要去编写一个全部的代码程序，而只需要对开放性源码进行重新编程即可；第三、PLC更是具有丰富的软件和硬件使用资源，很多应用软件都是可以在PLC上使用的，这就给了用户十分方便的软件应用体验。总之选用PLC操作系统是十分明智的和实用的。

2　基于PLC的茶叶装箱机组控制系统改造研究

2.1国外茶叶装箱机组控制系统改造研究

国外的装箱机组控制系统经过了几十年的发展，其中拥有世界高水平的茶叶装箱机组控制系统的国家有：法国的UM2000+TVM430系统、德国的LZB系统、日本的DS-ATC系统和欧洲的ETCS系统。其中法国的UM2000+TVM430系统使用无绝缘数字轨道电路传输茶叶装箱机组控制数据、德国的LZB系统使用轨道环线电缆传输茶叶装箱机组控制数据、日本的DSATC系统使用有绝缘数字轨道电路传输茶叶装箱机组控制数据。这三种茶叶装箱机组控制系统都使用了大量的专利科技，而且是不兼容的，技术平台是封闭的。欧洲国家为了实现各国装箱机组的互相联通，开放专有的技术，他们正在建设和规划的装箱机组控制系统都是使用ETCS得茶叶装箱机组控制系统，ETCS一般可以分成三个级别，各级的标准不相同。

ETCS1级：由地面信号、查询应答器、轨道电路（计轴设备）等设备组成，使用固定的跟踪间隔方式，根据轨道电路和计轴器件检查茶叶装箱机组是否占用，使用查询应答器代替各国现有的信号系统，来用在茶叶装箱机组导航和传输控制命令上，这种系统是传统的点式ATP（茶叶装箱机组自动保护系统）。

ETCS2级：由轨道电路、查询和应答器、GSM-R等设备组成，和ETCS 1级对比，茶叶装箱机组基本上是靠机组上的信号设备来控制，通过GSM-R进行不断的传输茶叶装箱机组运控指令，车地之间进行双向通信，结合点式设备的使用，机组设备对茶叶装箱机组的行驶速度实时的跟踪测量，根据轨道电路和计轴器件检查茶叶装箱机组是否占用，设置有无线移动闭塞中心，这种系统是建立在移动通信的连续式ATP之上。

ECTS3级：由查询应答器、GSM-R等设备组成，和ETCS2级对比，依靠机组设备进行茶叶装箱机组的完整性的检测，可以不依靠轨道电路。不用依靠地面信号机和轨道电路，并且装箱机组旁边的信号设备可以大大的减少，使用点式设备和无线移动闭塞中心完成茶叶装箱机组之间的间隔跟踪，可以实现装箱机组的移动闭塞的功能。

2.2我国茶叶装箱机组控制系统改造研究

中国茶叶装箱机组控制运行系统是我国为确保装箱机组安全稳定行驶，采用分级的方式达到不同的线路对运营的需要的技术规范。PLC系统是在我国现有的使用自动闭塞设备的基础上，是充分研究借鉴欧洲的ETCS系统来发展的列控系统的技术准则，按照系统的规范按功能划分为五级。

PLC-O级是既有线的情况即包括通用机车信号和运行控制记录设备，包括地面子系统和机组子系统。地面子系统包括轨道电路和点式信息设备；机组子系统包括主体机车信号装置、点式信息设备和安全运行监测设备。

PLC-1级包括主体机车信号和安全运行监测设备，其地面子系统包含轨道电路和点式信息设备，机组子系统包含有主体机车信号设备、点式信息设备和安全运行监测设备。

PLC-2级是建立在轨道传输数据的列控制系统的基础上，采取车地一体化的设计，地面可以不用安置通过信号机设备，茶叶装箱机组司机根据机组的信号进行控制，它的地面子系统包括列控中心和轨道电路两部分，机组子系统包括信息接收设备、点式信息设备、测速单元、设备维护记录装置、安全计算机、人机界面、运行管理记录模块和预留的无线通信接口等部件。

PLC-3级是建立在以无线传输数据和使用轨道电路的方法来检查茶叶装箱机组是否占用的茶叶装箱机组运行控制系统的基础上，点式单元主要传送导航数据，地面可以不用安装通过信号机设备，茶叶装箱机组司机根据机组信号进行控制。它的地面子系统包含有无线闭塞中心、无线通信地面装置、点式信息接收设备和轨道电路等部件，机组子系统包括无线通信机组装置、点式信息接收设备、测速单元、设备维护记录装置、机组安全计算机、人机接口和运行管理记录模块等部件。

PLC-4级是建立在无线传输数据的列控系统的基础上，能够实现虚拟闭塞或者移动闭塞，依靠无线闭塞中心和机组监测系统来完成茶叶装箱机组导航和茶叶装箱机组的完整性检查的任务，在地面可不需安装通过信号机设备，茶叶装箱机组根据机组信号进行控制。PLC-4也包括地面子系统和机组子系统两部分，地面子系统主要包括无线闭塞中心和无线通信地面装置，机组子系统主要包括无线机组设备、测速单元、设备维护记录设备、机组安全计算机、人机接口、全球卫星定位装置、茶叶装箱机组完整性检查装置、运行管理记录模块。