1  引言
蔬菜加工业的发展是保证蔬菜产业迅速发展的重要环节,是实现采后减损增值，提高产后附加值的有效途径;还能够带动相关产业的快速发展,吸纳农村剩余劳动力,增加就业机会,促进地方经济和区域性高效农业产业的健康发展,实现农民增收,农业增效,促进农村经济与社会的可持续发展,从根本上缓解农业、农民、农村“三农”问题，均具有十分重要的战略意义。本文以绵阳市鸿腾食品有限公司的“蔬菜加工系统”的设计开发予以介绍。 e3【中国自动化网社区】de3478【http://sns.ca800.com】8f72554

2  “蔬菜加工系统”控制流程简介
本系统对经过腌制的蔬菜进行如下加工过程：净化(清洗)、沥水(压缩空气吹干)、切菜、加料(螺旋管道提升)、添加辅料、升温/保温(杀菌)、降温、分装(50±1g)等工艺过程；加工完成后进行系统清洗、灭菌处理。系统工作过程中需要进行重量、温度、压力检测，同时需要进行加工参数(包括：主料重量、辅料重量、温度、压力)的在线设置。
本系统的控制关键是熟料分装，如图1所示。控制过程是：依靠横向螺旋将熟料推出并分配给两个纵向螺旋(达到横向压力设定值暂停),在纵向螺旋的作业下,将熟料置入下端的量筒，当纵向压力达到设定值，纵向螺旋停止、切刀伸出(切除螺旋口与量筒间的物料连接)，然后转盘旋转90度,在纵向推动气缸的作用下,将量筒中的物料推出(启动包装机)。控制过程的关键是转盘的旋转定位精度1mm。 703ac【中国自动化网社区】08ed29【http://sns.ca800.com】217d

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3  控制系统方案设计
根据“蔬菜加工系统”控制功能要求，实现上述控制,需要处理以下信号:模拟量信号8个,包括:温度(0～100℃)、主料称重(0～1500Kg)、辅料称重(0～300Kg)、横向螺旋压力(0～4000KPa)、纵向螺旋压力(0～150KPa)；开关量输入信号30个,开关量输出信号31个。为了满足控制要求,依据控制系统工艺和控制对象,选择西门子可编程控制器S7-200 224XP,扩展配置EM231 AI模块和EM223 IO模块;人机界面采用通讯口类型多样化、整体系统的抗电磁干扰能力强,65536色TFT、分辨率800×480像素、内置4MB Flash ROM、CPU时钟266MHz、具有3个COM端口(支持RS232/485/422)、支持USB上下载、具有宏指令精灵和多重画面开机功能的台达DOP-B07S211触摸屏[1],实现对现场数据的实时记录、监控和报警,同时实现在线参数设置的功能。为了实现控制工艺特点要求及方便操作,本控制系统设置了“手动+半自动+全自动”的控制方案,三种方案可根据操作需要进行切换。控制系统功能结构及HMI监控界面如图2所示。 c3【中国自动化网社区】68d759【http://sns.ca800.com】67a53d0

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为了保证分装系统转盘的定位精度要求,同时克服S7-200的输出继电器所产生的时延,系统设计中以PLC的输出点Q2.6(Q2.7)驱动NE555构成的双稳态触发器启动转盘,以定位信号控制触发器状态翻转控制转盘可靠定位停止,从而避免了系统硬件设备的高额投入,这样既达到了控制要求,又降低了系统设计开发成本,使得系统的性价比更高。 c3【中国自动化网社区】68d759【http://sns.ca800.com】67a53d0

4  控制系统软件开发
本控制系统采用S7-200可编程控制器作为控制核心，实现并完成“蔬菜加工系统”的工艺控制流程，在系统软件设计中主要有:主控模块、初始化模块、中断处理模块、手动控制模块、自动控制运行模块、模拟量采集模块、模拟量换算模块、灭菌控制模块和紧急停车控制模块。系统设计中用到的主要I/O点分配如表1。
4.1  主控模块
完成对系统的初始化处理、模块程序的调用、初始参数计算(设置)、报警处理和输出继电器驱动(避免PLC双线圈输出),主要代码如下:
LD     First_Scan_On:SM0.1    
        //调用初始化程序program_init:SBR5
CALL   program_init:SBR5    
LD     First_Scan_On:SM0.1      //中断初始化
MOVB   255,Time_0_Intrvl:SMB34    //时基中断
ATCH   ad_sampling:INT0, 10    
       //定时中断0,采集温度模拟量值
ATCH   Accident:INT1,0         
       //外部中断0,紧急停车
ATCH   temper_sampling:INT2, 21  
      //时基中断,采集模拟量值(除温度信号外)
ENI                          
……
LD     start_key:I0.4  //I0.4自动运行启动命令
O      M7.7
AN     hand_auto:I0.3   //I0.3手动运行
LPS
EU
LPS
MOVR   VD240, VD260        //HMI设置杀菌时间处理(VD240)
AENO
*R     600.0, VD260         //乘以600.0
AENO
TRUNC  VD260, VD264      //取整
AENO
DTI    VD264, VW268        //计算杀菌控制定时器参数
AENO
MOVW   VW268, VW98
-I     +600, VW98
LRD
MOVR   VD232, VD170      //HMI设置搅拌正转时间(VD232)
AENO
*R     10.0, VD170
AENO
TRUNC  VD170, VD174
AENO
DTI    VD174, VW178
LPP
MOVR   VD236, VD180     //HMI设置搅拌反转时间(VD236)
AENO
*R     10.0, VD180
AENO
TRUNC  VD180, VD184
AENO
DTI    VD184, VW188        
……
4.2  模拟量采集模块
依据控制工艺要求,需要对“温度、主料称重、辅料称重、横向螺旋压力、纵向螺旋压力”进行采样,因此系统设计中扩展2块EM231 AI模块,分别以410ms中断采样温度信号和200ms中断采样其他模拟量信号，同时设置S7-200的模拟量输入滤波参数为:采样数128,死区320,对模拟量信号实施滤波处理,以提高信号采集的精度和准确度,保证系统的稳定性和控制要求。
EM231 AI模块接热电偶，通道读入值除以10.0就是实际的温度值,因此温度采集控制程序为:
LD     Always_On:SM0.0
ITD    VW100, VD300       //VW100接收AIW4采集的温度模拟量值转换为双整数
AENO
DTR    VD300, VD304    //整数转换为实数
AENO
MOVR   VD304, VD160
/R     10.0, VD160        //计算温度值存放在VD160
对应压力测量，依据S7-200 CPU及EM231 AI的模拟量换算方法:0-20mA对应数值范围0-32000，则4 -20mA的信号,对应的内部数值为6400-32000，采用换算公式换算:Ov=[(Osh-Osl)*(Iv-Isl)/(Ish-Isl)]+Osl开发一个专门的模拟量处理指令盒[2]。上述换算公式中个物理量的意义如下：
Ov: 换算结果   (工程量)
Iv: 换算对象   (A/D转换值 )
Osh: 换算结果的高限--传感器量程上限(实数)
Osl: 换算结果的低限--传感器量程下限(实数)
Ish: 换算对象的高限--32000
Isl: 换算对象的低限--0,或者6400 99f【中国自动化网社区】3d401c【http://sns.ca800.com】e1202

5  结束语
本文所设计的基于S7-200和台达HMI的蔬菜加工控制系统已经稳定、可靠运行在在绵阳市鸿腾食品有限公司。由于在系统设计中，各工艺步骤协调作业、系统互锁设计严密;人机界面中对系统的运行状态、参数等进行了实时监控、设计了系统所有的可能报警状态信息指示,使操作员能够及时查找事故点并快速处理,提高了系统的自动化程度和自诊断控制能力,降低了操作员的劳动强度[3]。 99f【中国自动化网社区】3d401c【http://sns.ca800.com】e1202

参考文献:
[1] 台达DUP-B人机界面使用手册[Z].2010,6.
[2] SIMATIC S7-200可编程序控制器系统手册[Z].2008,8.
[3] 毛朝辉.PLC和触摸屏在洗瓶机控制系统中的应用[J].电工技术,2011,(12):34-35.

作者简介:胡应洪(1967-),女,讲师,工程师,研究方向:电工、电子技术,过程控制自动化技术。 99f【中国自动化网社区】3d401c【http://sns.ca800.com】e1202