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0引言
我國(guó)是一個(gè)有著 13.6 億人口的農(nóng)業(yè)大國(guó)，人均耕地面積僅為 0.1 公頃。要解決眾多人口的糧食問(wèn)題，并提高人們的生活水平,我們就必須大力發(fā)展農(nóng)業(yè)提高單位面積產(chǎn)量來(lái)滿足人們對(duì)糧食的需求[1]。在提高單位面積糧食產(chǎn)量的諸多措施中，化學(xué)農(nóng)藥的使用占有舉足輕重的地位。目前，我國(guó)有相當(dāng)部分的液體農(nóng)藥企業(yè)是小型工廠，設(shè)備簡(jiǎn)陋，缺乏必要的配料控制系統(tǒng)，安全與配置精度問(wèn)題顯得尤為突出。因此，文中以 PLC 作為控制器，采用 Visual Basic 6.0 開(kāi)發(fā)配套的監(jiān)控軟件，并結(jié)合稱重儀表、Ethernet  通信、計(jì)算機(jī)控制等多種技術(shù)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了液體農(nóng)藥配料線自動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以較為準(zhǔn)確的控制液體農(nóng)藥配置精度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)與智能管理。
1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制方式
1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
文中所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)包括上位機(jī)和下位機(jī)兩部分，上位機(jī)由計(jì)算機(jī)和昆侖通態(tài) TPC1062K 觸摸屏組成，計(jì)算機(jī)和觸摸屏都可以實(shí)時(shí)顯示和設(shè)置液體農(nóng)藥配方的預(yù)設(shè)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)液體農(nóng)藥配料的實(shí)時(shí)監(jiān)控。下位機(jī)為歐姆 CP1L PLC，其通過(guò)稱重儀表實(shí)時(shí)采集配料過(guò)程中各添加物料的實(shí)際質(zhì)量，然后將其處理后與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電磁閥和攪拌器，從而實(shí)現(xiàn)配料過(guò)程自動(dòng)控制。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 1 所示。

圖 1    系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
1.2系統(tǒng)控制方式
根據(jù)液體農(nóng)藥廠的需求，我們采用手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式。
1）自動(dòng)控制方式。在上位機(jī)監(jiān)控軟件或觸摸屏上設(shè)置配方的詳細(xì)預(yù)設(shè)參數(shù)，PLC 將稱重儀采集的數(shù)據(jù)經(jīng)處理后顯示在觸摸屏與上位機(jī)監(jiān)控軟件中， PLC 將處理后的數(shù)據(jù)與配方預(yù)設(shè)參數(shù)進(jìn)行比較，由比較結(jié)果自動(dòng)進(jìn)行下一步可行性判斷。自動(dòng)模式下只需設(shè)定各物料的預(yù)設(shè)參數(shù)，其余配料過(guò)程均可自動(dòng)完成。
2）手動(dòng)控制方式。根據(jù)上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件或觸摸屏上顯示的各物料的預(yù)設(shè)參數(shù)，通過(guò)控制柜上的不同按鈕發(fā)送不同的指令到 PLC，從而控制不同的設(shè)備進(jìn)行配料。手動(dòng)模式下需要管理人員根據(jù)所觀察到的數(shù)據(jù)，手動(dòng)控制其他設(shè)備進(jìn)行配料。手動(dòng)模式可中斷自動(dòng)控制模式，實(shí)現(xiàn)操作人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)突發(fā)狀況的及時(shí)處理。
2下位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1硬件結(jié)構(gòu)
文中硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 2 所示。系統(tǒng)硬件包括PLC、觸摸屏、稱重儀表、電磁閥、攪拌機(jī)等。PLC 選用 OMRON CP1L，該 PLC 通信功能較好的解決了系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和通信問(wèn)題。PLC 添加 2 個(gè) RS232 擴(kuò)展板，分別與觸摸屏 TPC7062KX 和稱重儀表 ICS241 進(jìn)行 RS232 串行通信。上位計(jì)算機(jī)與PLC 之間采用Ethernet 通信實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互[2]。

圖 2    硬件結(jié)構(gòu)框圖
2.2數(shù)據(jù)處理模式
OMRON 系列 PLC 與各種串行通信設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換可采用無(wú)協(xié)議通信模式[3]。無(wú)協(xié)議通信時(shí)， CP1L PLC 通信端口除 CPU 單元外設(shè)口、內(nèi)置 RS-232 或 RS-422A/485 口，可以使用串行通信單元板上的端口。稱重儀表 ICS241 自帶標(biāo)準(zhǔn) RS-232 串口，此處給 CP1L PLC 選件板配置 CP1W-CIF01，即將串口配置成 RS232 口。因此 PLC 與上稱重儀表 ICS241 是采用 RS-232C 串行通信[4]。
稱重儀表 ICS241 設(shè)置為連續(xù)輸出模式，連續(xù)輸出模式下可以啟用或禁用校驗(yàn)和，數(shù)據(jù)含有 17 或18 個(gè)字節(jié)。表 1 顯示了標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)輸出的格式。

連續(xù)輸出格式說(shuō)明
1.ASCII 文本開(kāi)始字符（0x02），始終發(fā)送。
2.顯示的重量，可以是毛重或凈重。六位，沒(méi)有小數(shù)點(diǎn)或符號(hào)。不足六位前補(bǔ)空格。
3.皮重。六位皮重?cái)?shù)據(jù)。字段中沒(méi)有小數(shù)點(diǎn)。
4.ASCII 回車字符（0x0D）。
5.校驗(yàn)和啟用時(shí)才發(fā)送校檢位。校驗(yàn)和用于檢測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送中的錯(cuò)誤。
2.3PLC 程序設(shè)計(jì)
下位機(jī) PLC 控制程序主要包括自動(dòng)檔、手動(dòng)檔程序和數(shù)據(jù)處理 3 部分。數(shù)據(jù)處理程序主要是將稱重儀表 ICS241 采集的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存到 DM 區(qū)[5]；自動(dòng)檔程序主要是將采集處理后的數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)參數(shù)進(jìn)行比較，通過(guò)比較結(jié)果控制相應(yīng)設(shè)備的通斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)配料線自動(dòng)控制[6]。例如，當(dāng)藥品物料 1 真實(shí)值高于預(yù)設(shè)值時(shí)，觸摸屏報(bào)警燈亮，電磁閥關(guān)閉，運(yùn)動(dòng)停止；當(dāng)?shù)陀陬A(yù)設(shè)值時(shí)，運(yùn)動(dòng)正常進(jìn)行，直到達(dá)到之前的預(yù)設(shè)值。手動(dòng)工作模式可以實(shí)現(xiàn)對(duì)配料過(guò)程的開(kāi)環(huán)控制，自動(dòng)模式則不需要操作人員控制相應(yīng)設(shè)備的通斷[7]。自動(dòng)檔程序流程圖如圖 3 所示。
3上位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1監(jiān)控軟件

上位機(jī)的監(jiān)控軟件采用 Visual Basic6.0 開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，主要包括用戶管理、實(shí)時(shí)監(jiān)控、歷史數(shù)據(jù)查詢、配方參數(shù)修改和報(bào)警管理五部分。監(jiān)控軟件要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及查詢功能，因此需開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)， 由于系統(tǒng)中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量較小，因此采用了數(shù)據(jù)庫(kù)Access。監(jiān)控軟件結(jié)構(gòu)體系[8]。圖 4 所示主界面，軟件的“用戶管理”主要用于添加 、刪除用戶及用戶信息的修改和用戶權(quán)限的設(shè)置。“實(shí)時(shí)監(jiān)控”用于顯示農(nóng)藥配料過(guò)程中各物料的稱重?cái)?shù)據(jù)。“歷史數(shù)據(jù)” 主要用于將歷史數(shù)據(jù)生成表格，方便隨時(shí)查詢；管理員具有 對(duì)所有歷史數(shù)據(jù)查詢、編輯、刪除的所有權(quán)限，普通操作員只能對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。“配方 參數(shù)修改”可以實(shí)現(xiàn)配方的添加、刪除，設(shè)置配方中各物料的預(yù)設(shè)參數(shù)，對(duì) PLC 發(fā)送控制指令[9]。

圖 4    主界面
3.1    上位機(jī)與下位機(jī)的通信設(shè)置
在實(shí)際生產(chǎn)中，由于控制室與農(nóng)藥配料車間距離較遠(yuǎn)，并需要保持網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定可靠，因此上位計(jì)算機(jī)與 PLC 采用  Ethernet 通信進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互，OMRON CP1L PLC 內(nèi)置以太網(wǎng)口，它可以通過(guò)FINS 協(xié)議[10]，實(shí)現(xiàn)對(duì) PLC DM 區(qū)的讀/寫。計(jì)算機(jī)與 PLC 通信設(shè)置示意圖如圖 5 所示。

圖 5    計(jì)算機(jī)與 PLC 通信設(shè)置示意圖
通過(guò) Ethernet 通信，上位機(jī)與 PLC 組成綜合控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控與管理的一體化。在 Visual Ba- sic6.0 中，上位機(jī)通過(guò)向 PLC 發(fā)送 FINS 指令讀取DMl00（DM 區(qū)儲(chǔ)存 PLC 從稱重儀表實(shí)時(shí)讀取的數(shù)據(jù)）開(kāi)始的 150 個(gè)字?jǐn)?shù)據(jù)的功能，實(shí)現(xiàn)上位計(jì)算機(jī)與 PLC 的通信[11]。
4結(jié)束語(yǔ)
液體農(nóng)藥配料線自動(dòng)控制系統(tǒng)采用上位計(jì)算機(jī)與下位機(jī)相結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)配料過(guò)程的監(jiān)控與控制。該系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試后運(yùn)行穩(wěn)定，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。在實(shí)際應(yīng)用后實(shí)現(xiàn)了對(duì)人工配料作業(yè)環(huán)節(jié)的監(jiān)管，規(guī)范了操作人員按照生產(chǎn)配方準(zhǔn)確配料；上位機(jī)對(duì)配料操作記錄進(jìn)行保存，管理人員可實(shí)現(xiàn)追溯歷史數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的智能管理。文中所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)具備了安全生產(chǎn)、精確高效的優(yōu)點(diǎn)，且造價(jià)成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有較大的市場(chǎng)推廣價(jià)值。

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