MCGS組態(tài)控制技術(shù)在中藥炮制控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

孫式運(yùn)，蔣偉，楊清志

(亳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 安徽 亳州 236800)

0 引 言

當(dāng)前各中藥生產(chǎn)企業(yè)所用的中藥炮制機(jī)采用的溫控系統(tǒng)存在很大缺陷，在中藥炒制過(guò)程中溫度會(huì)忽高忽低，實(shí)際溫度偏離設(shè)定溫度較大[1-2]，只有經(jīng)驗(yàn)豐富的老藥工才可以操控好這種機(jī)器，而有經(jīng)驗(yàn)的老技工工資高、流失嚴(yán)重則給企業(yè)造成極大的困擾.基于PLC控制技術(shù)和MCGS控制技術(shù)的控制方案則可以解決溫度控制不準(zhǔn)確，機(jī)器操控可視化程度低等問(wèn)題，操作簡(jiǎn)單友好的可視化人機(jī)界面讓無(wú)經(jīng)驗(yàn)的新工人操控起來(lái)也會(huì)得心應(yīng)手，而實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)以曲線和報(bào)表的形式呈現(xiàn)，可讓少數(shù)有經(jīng)驗(yàn)的老師傅對(duì)數(shù)據(jù)加以分析，從而可以通過(guò)修改參數(shù)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程加以改進(jìn).

1 方案設(shè)計(jì)

本方案主要由以下幾個(gè)部分組成：PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，MCGS組態(tài)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).其中MCGS組態(tài)控制包括組態(tài)畫(huà)面設(shè)計(jì)，與PLC通信通道創(chuàng)建，數(shù)據(jù)庫(kù)創(chuàng)建，以及腳本程序編寫(xiě)[3-4].

2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)硬件主要采用三菱FX2N-32MR PLC作為控制核心，通過(guò)FX0N-3A特殊功能模塊對(duì)采集溫度的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，通過(guò)PT100溫度傳感器采集溫度，采用MCGS觸摸屏TPC7062K作為上位機(jī).本系統(tǒng)硬件原理圖如圖1：

圖1 系統(tǒng)硬件原理圖

2.2 PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用了PID運(yùn)算的閉環(huán)控制方式，可對(duì)溫度進(jìn)行精確的控制，通過(guò)PT100采集的溫度值經(jīng)過(guò)FX0N-3A特殊功能模塊進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換[5]，把轉(zhuǎn)換后的溫度數(shù)字量作為輸入信號(hào)進(jìn)行PID運(yùn)算，從而決定加熱器的啟停時(shí)間，使溫度被精確地控制在設(shè)定溫度附近.

3 MCGS組態(tài)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 MCGS組態(tài)畫(huà)面設(shè)計(jì)

3.1.1 組態(tài)主畫(huà)面設(shè)計(jì)

主畫(huà)面包括用戶(hù)登陸管理，設(shè)置屏保時(shí)間輸入框，以及進(jìn)入其它功能窗口的按鈕.用戶(hù)登陸管理可以讓系統(tǒng)更安全，只有具備相應(yīng)權(quán)限的人員才能進(jìn)行相應(yīng)的操作.比如數(shù)據(jù)分析窗口只有技師以上權(quán)限的用戶(hù)才能進(jìn)入.系統(tǒng)主畫(huà)面如圖2：

圖2 系統(tǒng)主畫(huà)面

圖3 PID參數(shù)設(shè)定畫(huà)面

3.1.2 溫度參數(shù)整定畫(huà)面設(shè)計(jì)

溫度參數(shù)整定窗口需要技師權(quán)限人員才能進(jìn)入，在首次運(yùn)行時(shí)，要先進(jìn)行自動(dòng)調(diào)諧運(yùn)行，運(yùn)行結(jié)束可獲得PID控制的比例增益Kp和積分時(shí)間Ti.以后的操作只需要設(shè)定好溫度就可以利用此時(shí)得到的參數(shù)值進(jìn)行PID運(yùn)算，從而決定加熱器在每個(gè)周期內(nèi)的通斷時(shí)間.溫度參數(shù)整定畫(huà)面如圖3：

3.1.3 中藥品種和炒制參數(shù)設(shè)置畫(huà)面設(shè)計(jì)

中藥品種眾多，這里大致分了三個(gè)大類(lèi)：根莖類(lèi)、果實(shí)類(lèi)和動(dòng)物類(lèi)，每一大類(lèi)用下拉列表框列了一些常見(jiàn)的中藥，而且通過(guò)咨詢(xún)一些有經(jīng)驗(yàn)的老藥工，當(dāng)這些藥被選中后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)給定一個(gè)設(shè)定溫度和炒制時(shí)間.當(dāng)然這個(gè)溫度和時(shí)間也可以修改.如果炒制列表里沒(méi)有的中藥，也可以自行輸入藥名，設(shè)定炒制參數(shù).中藥品種和炒制參數(shù)設(shè)置畫(huà)面如圖4：

3.1.4 數(shù)據(jù)處理畫(huà)面設(shè)計(jì)

當(dāng)中藥炒制后效果不理想時(shí)，技師們就可以通過(guò)查看分析實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，對(duì)炒制參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，從而改善炒制效果.數(shù)據(jù)報(bào)表畫(huà)面如圖5：

圖4 中藥品種和炒制參數(shù)設(shè)置畫(huà)面

圖5 數(shù)據(jù)報(bào)表窗口畫(huà)面

3.2 PLC通道與數(shù)據(jù)變量連接

組態(tài)畫(huà)面要控制下位機(jī)PLC運(yùn)行，要顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，要實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)數(shù)據(jù)，都要?jiǎng)?chuàng)建相應(yīng)的數(shù)據(jù)變量，這些數(shù)據(jù)變量要與PLC通道一一對(duì)應(yīng)連接.PLC通道與MCGS數(shù)據(jù)變量連接情況如圖6：

圖6 PLC通道與MCGS變量連接畫(huà)面

3.3 腳本程序編寫(xiě)

在操作員窗口中，三類(lèi)藥名下拉列表框中要預(yù)設(shè)一些常見(jiàn)中藥名稱(chēng)，且相應(yīng)藥名要預(yù)設(shè)相應(yīng)的設(shè)定溫度，這就需要編寫(xiě)腳本程序來(lái)實(shí)現(xiàn)這些功能.部分腳本程序清單如下：

‘對(duì)常見(jiàn)中藥分為三類(lèi)’

if 根莖類(lèi)=1 then 藥名=藥名1

if 果實(shí)類(lèi)=1 then 藥名=藥名2

if 動(dòng)物類(lèi)=1 then 藥名=藥名3

‘對(duì)常見(jiàn)中藥預(yù)設(shè)炒制溫度’

if !strComp(藥名1，“炒白芍”)=0 then 溫度=120

if !strComp(藥名1，“炒白術(shù)”)=0 then 溫度=150

…… …… ……

if !strComp(藥名2，“川楝子”)=0 then 溫度=180

if !strComp(藥名2，“小茴香”)=0 then 溫度=180

…… …… ……

if !strComp(藥名3，“制烏蛇”)=0 then 溫度=160

if !strComp(藥名3，“炒天龍”)=0 then 溫度=140

…… …… ……

‘預(yù)設(shè)常見(jiàn)中藥藥名，并處理出錯(cuò)信息’

if !strComp(藥名，“”)=0 or !strComp(藥名，“炒白芍”)=0 or !strComp(藥名，“薏苡仁”)=0

or !strComp(藥名，“稻芽”)=0 or !strComp(藥名，“蔓荊子”)=0 or !strComp(藥名，“酸棗仁”)=0

or !strComp(藥名，“蒺藜”)=0 or !strComp(藥名，“菟絲子”)=0 or !strComp(藥名，“萊菔子”)=0

or !strComp(藥名，“桃仁”)=0 or !strComp(藥名，“草果”)=0 or !strComp(藥名，“梔子”)=0

or !strComp(藥名，“枳殼”)=0 or !strComp(藥名，“苦杏仁”)=0 or !strComp(藥名，“青皮”)=0

or !strComp(藥名，“補(bǔ)骨脂”)=0 or !strComp(藥名，“吳茱萸”)=0 or !strComp(藥名，“蒼耳子”)=0

or !strComp(藥名，“麥芽”)=0 or !strComp(藥名，“牛蒡子”)=0 or !strComp(藥名，“車(chē)前子”)=0

or !strComp(藥名，“王不留行”)=0 or !strComp(藥名，“馬兜鈴”)=0 or !strComp(藥名，“馬錢(qián)子”)=0

or !strComp(藥名，“小茴香”)=0 or !strComp(藥名，“川楝子”)=0 or !strComp(藥名，“紫菀”)=0

or !strComp(藥名，“黃連”)=0 or !strComp(藥名，“黃芪”)=0 or !strComp(藥名，“黃芩”)=0

or !strComp(藥名，“柴胡”)=0 or !strComp(藥名，“香附”)=0 or !strComp(藥名，“骨碎補(bǔ)”)=0

or !strComp(藥名，“茜草”)=0 or !strComp(藥名，“知母”)=0 or !strComp(藥名，“延胡索”)=0

or !strComp(藥名，“當(dāng)歸”)=0 or !strComp(藥名，“白前”)=0 or !strComp(藥名，“白芍”)=0

or !strComp(藥名，“干姜”)=0 or !strComp(藥名，“白術(shù)”)=0 or !strComp(藥名，“甘遂”)=0

or !strComp(藥名，“甘草”)=0 or !strComp(藥名，“山藥”)=0 or !strComp(藥名，“炒白術(shù)”)=0

or !strComp(藥名，“炙黃芪”)=0 or !strComp(藥名，“炙干草”)=0 or !strComp(藥名，“焦山楂”)=0

or !strComp(藥名，“炒米仁”)=0 or !strComp(藥名，“炒棗仁”)=0 or !strComp(藥名，“制烏蛇”)=0

or !strComp(藥名，“炒天龍”)=0 or !strComp(藥名，“炒地龍”)=0 then

else

!opensubwnd(出錯(cuò)提示窗口，250，200，350，200，1)

endif

4 系統(tǒng)調(diào)試

系統(tǒng)首次運(yùn)行要進(jìn)行PID參數(shù)整定，在操作員窗口利用自動(dòng)調(diào)諧運(yùn)行來(lái)獲取比例增益Kp和積分時(shí)間Ti，從而為后面的運(yùn)行整定好必要的參數(shù).然后在觸摸屏上選擇藥名，按照設(shè)定的溫度在PID調(diào)節(jié)下運(yùn)行.在運(yùn)行過(guò)程中在觸摸屏上可以看到溫度上升到設(shè)定溫度后，實(shí)時(shí)溫度曲線變得比較平穩(wěn)，從數(shù)據(jù)報(bào)表窗口看，數(shù)據(jù)一直在設(shè)定溫度附近小幅波動(dòng).數(shù)據(jù)證明溫度控制得非常精確.炒制完成后，控制滾筒的電機(jī)反轉(zhuǎn)，炒制好的中藥就會(huì)倒出.從色澤上看炒制火候控制得非常好，炒制得非常成功.

5 結(jié) 論

經(jīng)過(guò)多次調(diào)試、實(shí)驗(yàn)，本系統(tǒng)的上位機(jī)界面友好，操作簡(jiǎn)單方便.用戶(hù)登陸系統(tǒng)具有分配操作權(quán)限功能，使安全性管理得到了保障.實(shí)驗(yàn)結(jié)果令人滿(mǎn)意，溫度控制精確，數(shù)據(jù)曲線和數(shù)據(jù)報(bào)表簡(jiǎn)潔明了，易于查看和分析[6].

[1]許江，余鴻飛，付成喜.炒藥機(jī)[P].中國(guó)：201320515372.9，2013-08-22.

[2]蔣偉，謝斌，呂洪善，等.中藥炮制機(jī)械智能炒藥機(jī)溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].湖南理工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2014(4):58-62.

[3]張文明，華組銀，呂景泉，等.嵌入式組態(tài)控制技術(shù)[M]，北京：中國(guó)鐵道出版，2011.

[4]北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司.MCGS參考手冊(cè)[S].2006.

[5]張伏，王唯，張亞坤，等.PLC和MCGS組態(tài)軟件在溫室控制中的應(yīng)用[J].農(nóng)機(jī)化研究，2014(10):205-208.

[6]張明昌，張宇翔，郭敏，等.基于MCGS的生物質(zhì)氣化熱解測(cè)控制系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)時(shí)代，2006(3):35-37.