基于PLC和组态王的荞麦饺子粉配粉系统设计

王东伟,李芮芷,路 飞,张 瑜,杨玉霞,义兰燕,闫 伟,周奇形,梁 玮

(1.沈阳师范大学 粮食学院,沈阳 110034;2.沈阳旭风电子科技开发有限公司,沈阳 110034)

0 引 言

近年来,随着人民生活水平的提高,食品企业对面粉品质的要求越来越高,配粉系统作为改变面粉品质的重要手段之一,不容忽视[1-2]。将自动化技术融入配粉系统,是提升面粉质量的一个重要途径[3]。我国在配粉系统自动控制技术的发展中取得了一定的成果[4],但随着计算机及可编程序控制器(programmable logic controller,PLC)近些年的迅猛发展[5-7],相关技术设备等也应进行实时更新升级。

目前,我国每年专用粉需求量约为3 200万t[8],饺子粉作为专用粉之一,具有很大的发展潜力。荞麦营养丰富,含有芦丁等生物黄酮类活性物质,具有抗氧化、降三高等多重药理作用[9-12]。将一定比例的荞麦粉与传统饺子粉相结合制成荞麦饺子粉,将极大程度提高饺子粉的功能性和营养价值。荞麦饺子粉的相关配方在前期实验中已经确定[10,13],本设计将根据荞麦饺子粉配方并结合PLC与组态王软件,完成对荞麦饺子粉配粉系统的设计。

1 系统总体设计方案

本设计主要包括图中如下设备。系统具有实时反馈、数据储存、报表打印以及报警等功能。荞麦饺子粉配粉系统工艺流程图如图1所示。

图1 荞麦饺子粉配粉系统工艺流程Fig.1 Process flow chart of buckwheat dumpling powder blending system

2 PLC在配粉系统中的应用

2.1 可编程序控制器的选择

PLC是在传统的继电器-接触器控制系统基础上发展起来的[14-15]。其特点是接线少,体积小,灵活性和扩展性较好,控制速度快,计周期短,方便调试和维修,可靠性和可维护性较高[16-18]。

在PLC的选择上首先要斟酌是否能满足其功能要求,其次要考虑到性价比等因素。要求系统在能够运行稳定、可靠的前提下做到经济实用[19]。

2.2 PLC的I/O点分配

根据系统要求,本次设计选用欧姆龙CP1E-N60SDR-A型号PLC控制,该型号有60点I/O,输入36点,输出24点,基本符合系统需求。通过分析配粉系统工作过程,得到配粉系统共需4个输入点,20个输出点。I/O接口分配如表1所示。

表1 配粉系统I/O分配Table 1 I/O allocation of powder mixing system

2.3 系统程序设计

图2为配粉系统控制程序框图。启动阶段,先启动风机等辅助设备,后按倒序依次启动各主机;停止阶段,按照先停料、再正序停主机,最后停辅助的原则进行设计。

图2 控制程序框图Fig.2 Control program diagram

2.4 系统程序梯形图

根据启停阶段,各主机启停顺序绘制梯形图(梯形图略)。

3 组态软件在配粉系统中的应用

3.1 组态软件的选择

系统的监控开发软件组态王6.55是由北京亚控科技发展有限公司开发的一套产品,它具有可视化操作界面,能够自动建立I/O点并分布式存储报警和历史数据,设备集成能力强,可连接几乎所有设备和系统[20-22]。可以为企业提供一个对整个生产流程进行数据统计分析及管理的有效平台,以便企业能够及时做出调整[23-24]。

3.2 基于组态王的监控系统设计

3.2.1 监控系统要求

本系统将 PLC作为控制器,通过程序控制设备的运行与启停。个人电脑作为上位机运行组态王(King View)6.55组态软件。个人电脑与PLC通过RS232通信转换器进行通信,通过设备对应的驱动程序,使PLC与组态王进行信息交互[25]。

3.2.2 组态王监控系统设计

图3 组态监控系统功能图Fig.3 Function diagram of configuration monitoring system

3.3 系统的运行与调试

启动电脑,通过电脑将PLC程序加载至设备中,启动组态王6.55,载入配粉系统程序后,单击“VIEW”按钮进入组态王的监控画面,即可进入工厂配粉流程监控画面,点击右上角按钮可进入自动控制界面,点击屏幕下方导航界面内各个按钮可进入对应的实时趋势曲线、历史趋势曲线、实时报表等画面。当系统检测到工厂设备出现异样时,会自动弹出报警窗口,并暂停设备的运行,操作人员可根据提示的报警信息及时做出相应调整,待问题解决后,系统恢复运行。图4为组态软件运行界面。

图4 组态界面Fig.4 Configuration interface

4 结 语

本设计将PLC和组态技术相结合运用到荞麦饺子粉配粉系统中。设计中PLC程序经简单调整后不局限于单一工厂,可根据不同配粉需求做出相应调整,适用性较强。通过PLC与组态软件(King View)的结合,在实际生产过程中,操作者可根据需要切换人工操作模式和自动操作模式,当系统出现问题时,可根据报警弹窗及时发现问题并做出不同的响应。组态系统实现了工厂内配粉系统监控功能、报表保存及打印功能、报警功能以及生成反应车间内生产动态的实时曲线和历史趋势曲线图。整个设计立足于实际,编程语言简洁明了,组态设计美观大方,具有较强的实用性