基于PLC的福利院智能配餐控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

王宏彥 雷翔霄

摘要：隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和工業(yè)“4.0”的推進(jìn)，自動(dòng)化系統(tǒng)功能也從單設(shè)備走向綜合性及集成化。本文設(shè)計(jì)了一種基于PLC的的福利院智能配餐系統(tǒng)。系統(tǒng)由機(jī)器人配餐控制系統(tǒng)、AGV送餐、SCADA服務(wù)器。SCADA以數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲(chǔ)和管理為基礎(chǔ)，通過(guò)運(yùn)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、信息采集技術(shù)對(duì)用餐人健康記錄和用餐清單數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，為福利院老人優(yōu)化飲食方案、推薦餐食。達(dá)到利用科技健康養(yǎng)老的目的。

關(guān)鍵詞：智能配餐系統(tǒng);自動(dòng)配餐機(jī);控制系統(tǒng);PLC;AGV送餐

中圖分類號(hào)：TP273;TP212? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：1007-9416（2020）10-0000-00

0 引言

隨著信息技術(shù)的飛躍發(fā)展和智能控制系統(tǒng)的普及，傳統(tǒng)的配餐模式也在發(fā)生將發(fā)生變革。福利養(yǎng)老院的配餐模式，通過(guò)自動(dòng)化，信息化融合的方式，設(shè)計(jì)智能配餐系統(tǒng)，提供多樣化的配餐選擇，滿足老年人就餐配餐服務(wù)需求。系統(tǒng)通過(guò)老人健康信息電子檔案，根據(jù)就餐人的歷史病例、體檢指標(biāo)數(shù)據(jù)，推薦飲食方案，使?fàn)I養(yǎng)素之間的互補(bǔ)，發(fā)揮協(xié)同作用，增進(jìn)健康，減少由此而引起的種種疾患，提高福利院老人的健康水平[1-2]。配餐過(guò)程中不再需要人員在用餐過(guò)程中服務(wù)，減少了開(kāi)支并且提高了效率，降低人力成本，提高就餐老人的就餐體驗(yàn)。

1系統(tǒng)整體功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)由配餐控制系統(tǒng)、AGV送餐機(jī)器人、SCADA健康配餐服務(wù)器組成。健康服務(wù)器主要功能是根據(jù)就餐人的歷史病例、體檢指標(biāo)數(shù)據(jù)，推薦飲食方案，家人課隨時(shí)查閱用餐人健康記錄和用餐清單;配餐服務(wù)器主要功能是根據(jù)用餐人最近30天飲食記錄，優(yōu)化飲食方案，提供優(yōu)化后的推薦餐食，收集個(gè)人點(diǎn)餐信息和用餐情況，以供后續(xù)優(yōu)化配餐方案，其配餐流程如圖1。福利院智能配餐系統(tǒng)的主要功能：

（1）餐食按照每日菜單提前準(zhǔn)備好，放在保溫箱中。

（2）用餐人進(jìn)入食堂中，首先在點(diǎn)餐處通過(guò)LED觸摸屏進(jìn)行點(diǎn)餐，通過(guò)刷卡確認(rèn)用餐人信息和座位號(hào)。

（3）上位機(jī)根據(jù)相關(guān)點(diǎn)餐信息，準(zhǔn)備安排設(shè)備配餐。

（4）設(shè)備通過(guò)傳送帶將飯菜放入配餐架之中。每個(gè)架子中的飯菜信息都在服務(wù)器中有記錄?？梢灾笓]機(jī)器人拿取。

（5）機(jī)器人取出配餐架的飯菜，根據(jù)上位系統(tǒng)挑選的飯菜種類和數(shù)量。放在電子稱中進(jìn)行稱量并把數(shù)據(jù)傳送到服務(wù)器之中。

（6）機(jī)器人將配好的餐盤(pán)通過(guò)AGV小車送到就餐者的座位。

（7）當(dāng)用餐人吃完飯后，通過(guò)開(kāi)關(guān)感應(yīng)告知AGV小車，AGV將空盤(pán)運(yùn)送至用餐完畢架前的電子稱，稱量剩余飯菜重量并將重量數(shù)據(jù)傳送到服務(wù)器之中。

（8）用餐人可以建立健康檔案，根據(jù)健康檔案，上位軟件在點(diǎn)餐時(shí)可以推薦餐食（例如餐食中的鹽分，能量，糖分等可以根據(jù)健康情況推薦合理套餐），如果在點(diǎn)餐面板點(diǎn)擊推薦餐食則不必再自己手動(dòng)選擇餐食。

（9）每天的用餐種類，數(shù)量，重量，以及采集到的剩飯數(shù)量，健康信息等，存儲(chǔ)在服務(wù)器之中，可以通過(guò)訪問(wèn)網(wǎng)頁(yè)，查看用餐人的歷史數(shù)據(jù)，以便親人朋友在遠(yuǎn)程就可以掌握用餐人的身體狀況和用餐狀況。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 配餐控制系統(tǒng)

配餐控制系統(tǒng)主要包含取餐機(jī)器人、餐前和餐后的稱重掃描單元、負(fù)責(zé)輸送帶輸送餐盤(pán)的中轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、AGV小車、保溫箱和配套輸送餐盤(pán)和餐碗回收機(jī)構(gòu)。其工作過(guò)程如下，結(jié)構(gòu)如圖2。

取餐：機(jī)器人收到送餐指令，抓取餐盤(pán)放置到稱重單元并掃碼，然后到保溫箱中一次取出用餐人員選取的餐品，每個(gè)取出的餐品掃碼后放置在餐盤(pán)內(nèi)，放置完畢后稱重，等待AGV過(guò)來(lái)取。

回收：餐盤(pán)回收出將AGV送來(lái)的餐盤(pán)運(yùn)送到回收稱重單元上進(jìn)行稱重，算出當(dāng)前用餐量，并結(jié)合二維碼信息，將得到的數(shù)據(jù)上傳。機(jī)器人將餐盤(pán)內(nèi)的餐碗按順序放入到指定的餐碗回收處，并將餐盤(pán)運(yùn)送到指定的區(qū)域。能夠根據(jù)用餐人的健康記錄表進(jìn)行菜品的推薦。推薦模型參考根據(jù)用餐人健康記錄結(jié)合人體主要營(yíng)養(yǎng)元素需求量為權(quán)重進(jìn)行構(gòu)建。用餐人可以結(jié)合自身營(yíng)養(yǎng)需求和飲食習(xí)慣制定與自身需求相符的營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)，然后，在一定的選擇條件下對(duì)菜品做出一定的調(diào)整，從而達(dá)到在滿足用餐人營(yíng)養(yǎng)需求的同時(shí)能夠更加貼合用餐人飲食習(xí)慣的目的。

送餐：AGV收到送餐指令，運(yùn)行到取餐房取餐口，AGV將叉臂向前伸出到托盤(pán)底部，然后升起到一定高度，在縮回，然后再將餐盤(pán)送到指定的餐桌前將餐盤(pán)送到餐桌架上。

2.2系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

智能配餐系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)合自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，通過(guò)自動(dòng)化產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品和工業(yè)控制軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)軟件，將配餐，送餐，回收及數(shù)據(jù)收集的各個(gè)環(huán)節(jié)，統(tǒng)一在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上，形成一個(gè)統(tǒng)一、完整的有機(jī)整體[3-4]。系統(tǒng)采用分層控制，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分為上下2個(gè)網(wǎng)絡(luò)，結(jié)構(gòu)如圖3。上層網(wǎng)絡(luò)為工業(yè)以太網(wǎng)，采用統(tǒng)一的TCP/IP協(xié)議，它可以直接和局域網(wǎng)的計(jì)算機(jī)互連而不要額外的硬件設(shè)備，采用統(tǒng)一的網(wǎng)線，減少了布線成本和難度，避免多種總線并存。主要連接SCADA和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器[5-7]、配餐機(jī)器人、AGV小車及統(tǒng)括PLC。服務(wù)器主要是存儲(chǔ)、處理健康檔案數(shù)據(jù)和老人的每天的就餐情況。機(jī)器人和AGV小車主要是根據(jù)下層網(wǎng)絡(luò)提供的信息進(jìn)行配餐和送餐服務(wù)。統(tǒng)括PLC主要負(fù)責(zé)溝通上層網(wǎng)絡(luò)和下層網(wǎng)絡(luò)，并對(duì)掃碼模塊和稱重模塊進(jìn)行控制。下層網(wǎng)絡(luò)為C-Link IE Field 冗余環(huán)網(wǎng)，冗余環(huán)網(wǎng)使用一個(gè)連續(xù)的環(huán)將所有設(shè)備連接在一起。它能夠保證一臺(tái)設(shè)備上發(fā)送的信號(hào)可以被環(huán)上其他所有的設(shè)備都看到，而且以太網(wǎng)環(huán)冗余能夠在通信鏈路發(fā)生故障的時(shí)候，啟用另外一條健全的通信鏈路，使網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性大大提高，保證餐刷卡、稱重等信息可靠的傳輸?shù)浇y(tǒng)括PLC中。

3 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于PLC的福利院配餐系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)配餐、自動(dòng)送餐、自動(dòng)回收，并利用SCADA和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器根據(jù)就餐人的健康檔案數(shù)據(jù)推薦飲食方案，并記錄用餐人最近30天飲食記錄，優(yōu)化飲食方案達(dá)到利用科技健康養(yǎng)老的目的。通過(guò)透明化的信息流，讓親友們放心、安心老人們?cè)诟＠旱纳?。該系統(tǒng)既能節(jié)約福利院的人力資源、提高配餐就餐的服務(wù)質(zhì)量和效率，又能實(shí)現(xiàn)福利院配餐就餐管理的信息化、智能化。同時(shí)減少了工作人員在配餐就餐過(guò)程中的接觸，避免了細(xì)菌的傳染，這在疫情期間具有重要作用。該系統(tǒng)通過(guò)健康服務(wù)器和配餐服務(wù)器能給福利院老人提供合適的營(yíng)養(yǎng)配餐，提升就餐體驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2020-07-29

基金項(xiàng)目：2020年度湖南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目——《自然環(huán)境下柑橘采摘機(jī)視覺(jué)定位研究》（2020JJ7088）

作者簡(jiǎn)介：王宏彥（1978—），男，湖北潛江人，碩士研究生，講師，研究方向：計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、工業(yè)系統(tǒng)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