基于PLC的福利院智能配餐控制系统的设计

王宏彦 雷翔霄

摘要：随着现代工业的发展和工业“4.0”的推进，自动化系统功能也从单设备走向综合性及集成化。本文设计了一种基于PLC的的福利院智能配餐系统。系统由机器人配餐控制系统、AGV送餐、SCADA服务器。SCADA以数据采集、传输、存储和管理为基础，通过运用计算机网络、信息采集技术对用餐人健康记录和用餐清单数据进行处理，为福利院老人优化饮食方案、推荐餐食。达到利用科技健康养老的目的。

关键词：智能配餐系统;自动配餐机;控制系统;PLC;AGV送餐

中图分类号：TP273;TP212     文獻标识码：A    文章编号：1007-9416（2020）10-0000-00

0 引言

随着信息技术的飞跃发展和智能控制系统的普及，传统的配餐模式也在发生将发生变革。福利养老院的配餐模式，通过自动化，信息化融合的方式，设计智能配餐系统，提供多样化的配餐选择，满足老年人就餐配餐服务需求。系统通过老人健康信息电子档案，根据就餐人的历史病例、体检指标数据，推荐饮食方案，使营养素之间的互补，发挥协同作用，增进健康，减少由此而引起的种种疾患，提高福利院老人的健康水平[1-2]。配餐过程中不再需要人员在用餐过程中服务，减少了开支并且提高了效率，降低人力成本，提高就餐老人的就餐体验。

1系统整体功能设计

系统由配餐控制系统、AGV送餐机器人、SCADA健康配餐服务器组成。健康服务器主要功能是根据就餐人的历史病例、体检指标数据，推荐饮食方案，家人课随时查阅用餐人健康记录和用餐清单;配餐服务器主要功能是根据用餐人最近30天饮食记录，优化饮食方案，提供优化后的推荐餐食，收集个人点餐信息和用餐情况，以供后续优化配餐方案，其配餐流程如图1。福利院智能配餐系统的主要功能：

（1）餐食按照每日菜单提前准备好，放在保温箱中。

（2）用餐人进入食堂中，首先在点餐处通过LED触摸屏进行点餐，通过刷卡确认用餐人信息和座位号。

（3）上位机根据相关点餐信息，准备安排设备配餐。

（4）设备通过传送带将饭菜放入配餐架之中。每个架子中的饭菜信息都在服务器中有记录。可以指挥机器人拿取。

（5）机器人取出配餐架的饭菜，根据上位系统挑选的饭菜种类和数量。放在电子称中进行称量并把数据传送到服务器之中。

（6）机器人将配好的餐盘通过AGV小车送到就餐者的座位。

（7）当用餐人吃完饭后，通过开关感应告知AGV小车，AGV将空盘运送至用餐完毕架前的电子称，称量剩余饭菜重量并将重量数据传送到服务器之中。

（8）用餐人可以建立健康档案，根据健康档案，上位软件在点餐时可以推荐餐食（例如餐食中的盐分，能量，糖分等可以根据健康情况推荐合理套餐），如果在点餐面板点击推荐餐食则不必再自己手动选择餐食。

（9）每天的用餐种类，数量，重量，以及采集到的剩饭数量，健康信息等，存储在服务器之中，可以通过访问网页，查看用餐人的历史数据，以便亲人朋友在远程就可以掌握用餐人的身体状况和用餐状况。

2 硬件系统设计

2.1 配餐控制系统

配餐控制系统主要包含取餐机器人、餐前和餐后的称重扫描单元、负责输送带输送餐盘的中转机构、AGV小车、保温箱和配套输送餐盘和餐碗回收机构。其工作过程如下，结构如图2。

取餐：机器人收到送餐指令，抓取餐盘放置到称重单元并扫码，然后到保温箱中一次取出用餐人员选取的餐品，每个取出的餐品扫码后放置在餐盘内，放置完毕后称重，等待AGV过来取。

回收：餐盘回收出将AGV送来的餐盘运送到回收称重单元上进行称重，算出当前用餐量，并结合二维码信息，将得到的数据上传。机器人将餐盘内的餐碗按顺序放入到指定的餐碗回收处，并将餐盘运送到指定的区域。能够根据用餐人的健康记录表进行菜品的推荐。推荐模型参考根据用餐人健康记录结合人体主要营养元素需求量为权重进行构建。用餐人可以结合自身营养需求和饮食习惯制定与自身需求相符的营养补充标准，然后，在一定的选择条件下对菜品做出一定的调整，从而达到在满足用餐人营养需求的同时能够更加贴合用餐人饮食习惯的目的。

送餐：AGV收到送餐指令，运行到取餐房取餐口，AGV将叉臂向前伸出到托盘底部，然后升起到一定高度，在缩回，然后再将餐盘送到指定的餐桌前将餐盘送到餐桌架上。

2.2系统网络结构

智能配餐系统控制网络结合自动化、计算机网络通信技术，通过自动化产品、网络产品和工业控制软件、数据库软件，将配餐，送餐，回收及数据收集的各个环节，统一在一个网络平台上，形成一个统一、完整的有机整体[3-4]。系统采用分层控制，整个网络系统分为上下2个网络，结构如图3。上层网络为工业以太网，采用统一的TCP/IP协议，它可以直接和局域网的计算机互连而不要额外的硬件设备，采用统一的网线，减少了布线成本和难度，避免多种总线并存。主要连接SCADA和数据库服务器[5-7]、配餐机器人、AGV小车及统括PLC。服务器主要是存储、处理健康档案数据和老人的每天的就餐情况。机器人和AGV小车主要是根据下层网络提供的信息进行配餐和送餐服务。统括PLC主要负责沟通上层网络和下层网络，并对扫码模块和称重模块进行控制。下层网络为C-Link IE Field 冗余环网，冗余环网使用一个连续的环将所有设备连接在一起。它能够保证一台设备上发送的信号可以被环上其他所有的设备都看到，而且以太网环冗余能够在通信链路发生故障的时候，启用另外一条健全的通信链路，使网络通信的可靠性大大提高，保证餐刷卡、称重等信息可靠的传输到统括PLC中。

3 结论

本文设计了一个基于PLC的福利院配餐系统，实现了自动配餐、自动送餐、自动回收，并利用SCADA和数据库服务器根据就餐人的健康档案数据推荐饮食方案，并记录用餐人最近30天饮食记录，优化饮食方案达到利用科技健康养老的目的。通过透明化的信息流，让亲友们放心、安心老人们在福利院的生活。该系统既能节约福利院的人力资源、提高配餐就餐的服务质量和效率，又能实现福利院配餐就餐管理的信息化、智能化。同時减少了工作人员在配餐就餐过程中的接触，避免了细菌的传染，这在疫情期间具有重要作用。该系统通过健康服务器和配餐服务器能给福利院老人提供合适的营养配餐，提升就餐体验。

参考文献

[1]杨霜英，吴艳君，郑锦锋.医院移动营养点餐系统的设计与应用[J].医学研究生学报，2014，27（11）：1202-1204.

[2]李杰辉，周宇杰，饶国燃.机械信息自动送餐系统研究[J].价值工程，2017，36（25）：111-113.

[3]李昊.智能家居PLC控制系统实现研究[J].科技创新与应用，2018（23）：129.

[4]刘进平.配送中心分拣系统设计方法研究[D].大连海事大学，2011.

[5]贺蕊， 屈晓渊.基于RFID的档案管理系统解决方案[J].现代经济技术，2015.

[6]何山.基于SCADA的智能配网自动化系统设计与实现[J].电子设计工程，2020，28（7）：31-35.

[7]曾玲.SCADA系统在智能工厂的典型应用[J].自动化博览，2019（9）：82-86.

收稿日期：2020-07-29

基金项目：2020年度湖南省自然科学基金项目——《自然环境下柑橘采摘机视觉定位研究》（2020JJ7088）

作者简介：王宏彦（1978—），男，湖北潜江人，硕士研究生，讲师，研究方向：计算机控制技术、工业系统控制。

Design of Intelligent Catering Control System in Welfare home Based on PLC

WANG Hong-yan， LEI Xiang-xiao

（Changsha Social Work College， Changsha Hunan  410004）

Abstract：With the development of modern industry and the advancement of industry "4.0"， the function of automation system has changed from single equipment to comprehensive and integrated. This paper designs a kind of intelligent catering system of welfare home based on PLC. The system consists of robot catering control system， AGV delivery and SCADA server. SCADA is based on data acquisition， transmission， storage and management. It uses computer network and information acquisition technology to process diner's health records and meal list data， so as to optimize diet plan and recommend meals for the elderly in welfare homes. To achieve the purpose of using science and technology for healthy pension.

Key words： intelligent catering system; automatic catering machine; control system; PLC; AGV delivery