陳永康

摘要：針對傳統(tǒng)黃酒生產(chǎn)工藝技術(shù)裝備落后,勞動生產(chǎn)率低等問題,設(shè)計了以Lab VIEW為開發(fā)平臺,基于PLC、智能儀表等現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)酵控制系統(tǒng)。介紹了系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu),軟件功能特點(diǎn)以及關(guān)鍵模塊的實(shí)現(xiàn)。實(shí)踐證明:該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對黃酒發(fā)酵過程各參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控,同時具有很高的實(shí)時性和可靠性,能夠滿足發(fā)酵工藝要求。

關(guān)鍵詞：黃酒發(fā)酵；智能控制；系統(tǒng)；應(yīng)用

1.自控系統(tǒng)的總體設(shè)計

結(jié)合工業(yè)控制模式和黃酒發(fā)酵生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)，設(shè)計了現(xiàn)場控制層和車間級監(jiān)控層。在發(fā)酵罐內(nèi)安裝有溫度、酸度、溶氧等傳感器以實(shí)時采集罐內(nèi)料液參數(shù)，用戶可根據(jù)黃酒生產(chǎn)工藝要求對溫控閥和開耙閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時控制以便發(fā)酵處于最佳狀態(tài)，提高黃酒的產(chǎn)量和質(zhì)量。

黃酒發(fā)酵控制系統(tǒng)由西門子工控機(jī)、PLC、智能儀表以及各傳感器和執(zhí)行閥門，泵等組成。系統(tǒng)運(yùn)行時，安裝在發(fā)酵罐內(nèi)的傳感器采集罐內(nèi)溫度、酸度、含氧量等信息，并將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給智能儀表或變送器，變送器將酸度和含氧量等模擬量信號轉(zhuǎn)換為電流信號后傳遞給PLC，接受到采集的信息后，PLC和智能儀表分別經(jīng)MPI或RS-485現(xiàn)場總線上傳至工控機(jī)，上位機(jī)根據(jù)接收的指令和預(yù)設(shè)的參數(shù)，通過PLC控制閥門開關(guān)度以改變罐內(nèi)溫度和含氧量等信息。系統(tǒng)上位機(jī)通過232串行總線和本地GSM 模塊相連，通過發(fā)送短信到控制或管理人員的手機(jī)上，告知系統(tǒng)運(yùn)行情況和相關(guān)采集數(shù)據(jù)信息。

2.系統(tǒng)模塊

2.1GSM 無線模塊

系統(tǒng)內(nèi)置GSM無線模塊，管理人員不僅可以通過手機(jī)短信的方式查詢當(dāng)前系統(tǒng)參數(shù)，如發(fā)酵罐醪液溫度、溶氧、PH等實(shí)時數(shù)值，還可以發(fā)送控制指令＋設(shè)備名稱來啟動或停止目標(biāo)設(shè)備。另外，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行發(fā)生故障時，如溫度偏離控制要求、開耙氣壓不足、出料口管道堵塞等，GSM 無線模塊能將故障信息發(fā)短信通知負(fù)責(zé)人，使信息能及時反饋，操作人員及時作出決策，安全可靠。

系統(tǒng)就是基于GSM 網(wǎng)絡(luò)，通過AT 指令編碼，利用RS232串口通信技術(shù)，控制GSM 無線模塊將含有實(shí)時參數(shù)或故障信息的短信內(nèi)容，發(fā)送到用戶的手機(jī)平臺。AT指令集是從終端設(shè)備或數(shù)據(jù)終端設(shè)備向終端適配器或數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備發(fā)送的一組指令代碼。一般應(yīng)用于終端設(shè)備與PC機(jī)之間的連接與通信。常用的AT指令如表１所示。

AT指令 功能 AT指令 功能

AT＋CSMS 設(shè)置短信服務(wù) AT＋CMGW 向SIM 卡中寫入待發(fā)的短消息

AT＋CMGF 選擇信息格式：0-PUD；1-Text AT＋CMGD 刪除SIM 卡內(nèi)存的短信

AT＋CPMS 設(shè)置短信息內(nèi)存 AT＋CMGL 列出SIM 卡中的短消息

AT＋CSCA 設(shè)置信息中心地址 AT＋CNMI 顯示新收到的信息

AT＋CSMP 設(shè)置短消息文本模式參數(shù) AT＋CMGR 讀取信息

AT＋CSDH 顯示短消息文本模式參數(shù) AT＋CMGS 發(fā)送信息

AT＋CSCB 選擇蜂窩廣播消息 AT＋CMSS 發(fā)送已儲存的信息

AT＋CSCS 選擇TE征 AT＋CNMI 設(shè)置新消息提示

方式

表1 常用短消息AT指令

目前，發(fā)送短消息常用編碼模式主要有Text和PDU兩種模式。Text模式收發(fā)短信代碼簡單容易，但缺點(diǎn)是不能收發(fā)中文短信；PDU 模式不僅支持中文短信，也能發(fā)送英文短信。本文主要采用PDU模式下的UCS２編碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)中文短信發(fā)送。

2.2基于Web的網(wǎng)絡(luò)查詢模塊

Lab VIEW 支持用戶程序的WEB發(fā)布，Lab VIEW Web服務(wù)可以生成ＨＴＭＬ文檔并嵌入前面板靜態(tài)或動態(tài)圖像，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的顯示與控制。在遠(yuǎn)程客戶端連接服務(wù)器端前面板，需要先配置并啟動本地Lab VIEW 的Web server，而后在遠(yuǎn)程客戶端安裝Lab VIEW Run-Time引擎即可通過Internet連接服務(wù)器端VI前面板。打開計算機(jī)通過瀏覽器連接到互聯(lián)網(wǎng)，即可實(shí)現(xiàn)黃酒發(fā)酵整個過程的監(jiān)視與控制。系統(tǒng)采用Embedded方式，將用戶程序完全發(fā)布到互聯(lián)網(wǎng)。配置并啟動本地Lab VIEW 的Web server時，首先選擇主菜單的“工具｜選項(xiàng)｜Web服務(wù)器：配置”，選擇“啟用Web服務(wù)器”，其他可保持默認(rèn)，而后在“工具｜Web發(fā)布工具”選項(xiàng)里即可進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)發(fā)布。在客戶端打開瀏覽器的ＵＲＬ欄中，輸入服務(wù)器的IP地址如“172.17.170.18”，其后為通過Lab VIEW生成的HDMI文件的文件名。例如：http://huangjiu/fajiao.html，即可遠(yuǎn)程訪問系統(tǒng)。利用WebServer的好處是用戶無需任何的編程就能在遠(yuǎn)程計算機(jī)上通過網(wǎng)頁連接服務(wù)器端的VI前面板進(jìn)行瀏覽和操作。

3.溫度智能子模塊的實(shí)現(xiàn)

3.1溫度控制系統(tǒng)的模糊PID

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料可知黃酒發(fā)酵溫度特性可以用二階慣性環(huán)節(jié)加純滯后來表示。以紹興某黃酒發(fā)酵生產(chǎn)線為例，選用的黃酒發(fā)酵溫度模型的傳遞函為：

參數(shù)自整定模糊PID控制器是一種在常規(guī)PID 控制器的基礎(chǔ)上，運(yùn)用模糊理論將專家或現(xiàn)場操作人員的經(jīng)驗(yàn)知識、思維進(jìn)行推理，控制過程的方法策略由模糊控制器來實(shí)現(xiàn)。PID參數(shù)自整定的實(shí)現(xiàn)方法就是在系統(tǒng)運(yùn)行中不斷檢測誤差ｅ和誤差變化率ec ，再根據(jù)模糊控制原理在線對PID控制器中的參數(shù)KP，KD，KI進(jìn)行整定，以滿足不同的ｅ和ec 對控制器參數(shù)的要求，從而達(dá)到較理想的靜態(tài)和動態(tài)性能。

3.2SCL模糊控制器的實(shí)現(xiàn)

SCL語言是西門子STEP7支持的一種結(jié)構(gòu)化語言，SCL適合于公式計算、復(fù)雜的最優(yōu)化算法或管理大量的數(shù)據(jù)，SCL編寫的程序，封裝成塊，可供其它語言如STL，LAD等調(diào)用。用SCL語言表編寫的智能控制算法，應(yīng)用時需要封裝成智能模塊，根據(jù)需要可以封裝成FB，F(xiàn)C塊等。

4.結(jié)束語

本文探討了黃酒智能發(fā)酵控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅有助于提高黃酒的產(chǎn)量和質(zhì)量，而且對于推廣黃酒發(fā)酵自動化有著重要的意義。

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