基于PROFIBUS總線的食品生產自動控制系統
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第二級為控制程序過程處理站，它由西門子 S7 - 400系列的CPU416 - 2DP，CP443 - 1和 CP443-5組成。它是控制系統的核心，一方面通過現場總線采集的所有數據進行處理分析，根據控制程序，流程和配方對相應的設備進行控制，對于 PIOFIBUS - DP子網2中的智能從站，過程處理站只負責工藝參數控制指令的收集和發布。另一方面，過程處理站將所有和有關數據通過SIMATIC NET通訊處理器CP443 - 1接人工業以太網交換機(OSM，10M／100Mbps)連接到操作管理站計算機。
第三級為監控操作管理站。監控操作管理站計算機位于中央控制室，負責對整個果凍生產廠的煮料車間控制設備，調香車間控制設備和消毒烘干控制設備的監控，操作員站和管理員站各安裝 SIMATIC NET工業以太網卡(CPl613)接入 OSM，通訊速率達1OOMbps。
3 控制系統主要功能的實現
3．1 監控與管理系統軟件
計算機監控和管理系統軟件的特點是，負責接收從過程處理站(CPU416 - 2DP)送來的各種實時數據和過程狀態，生成實時數據庫和歷史數據庫，提供顯示畫面和操作畫面，操作人員通過它對整個果凍食品廠煮料車間，調香車間，消毒烘干車間各個系統設備的運行狀態，工藝數據進行監測和操作，以及參數整定，系統功能組態，工藝參數的更改等工作。Wonderware公司的HMI組態軟件In touch8．0提供了強大的功能，數據采集和更新速度快，支持標準DDE，fast DDE，netDDE，OPC，Won derware SuitLink等設備通訊協議。本系統采用兩套Intouch8．0組態軟件運行于兩臺西門子工控機上，組成計算機監控和管理系統的雙機冗余系統。
監控管理系統軟件的主要功能：
自動控制功能：根據生產計劃，產品生產配方設定各工藝過程控制參數，如對煮料罐和調香罐的溫度控制，管路中果凍流體的流向控制；消毒池，冷卻池和烘干室溫度控制；消毒時間控制，冷卻時間控制，烘干時間控制；對各個機械手的控制等。
監視功能：形象動態和實時地在屏幕上顯示各車間的設備運行狀態，各工藝參數的實時數據和生產流程圖。
管理功能：煮料罐和調香罐溫度實時和歷史趨勢圖，報警報表生成；消毒池和冷卻池溫度實時和歷史趨勢圖，報警報表生成；烘干室溫度實時和歷史趨勢圖，報警報表生成等。
系統安全：根據生產需要，設定操作訪問權限，有效防止錯誤操作。系統具有聲光報警時顯示終端發出聲音，提醒值班人員，并有報警消息和畫面，以便值班人員作出相應的處理。
3．2 煮料和調香過程控制
煮料車間和調香車間要控制的設備很多，單是需控制的氣動蝶閥有近千個，攪拌電機48個，蒸汽比例閥48個，還有管道泵等，但每一套煮料系統和調香系統都是相對獨立的。煮料和調香工藝過程中最主要的工藝參數是罐內的溫度，共有48路溫度需要控制，采用48路參數自調整模糊控制器對
所有煮料罐和調香罐的溫度進行自動控制，所有程序都在控制程序過程處理站CPU416 - 2DP中。
3．3 消毒烘干過程控制
消毒烘干車間主要對灌裝后的塑杯果凍進行殺菌，消毒冷卻成形，以及烘干處理。共有生產線12條，每條線由一個S7 - 200的CPU226加上相應I／O模塊來控制，并配有單色觸摸屏MT509L用于現場操作。每條線的消毒池溫度，冷卻池溫度，烘干室溫度控制分別由三個參數自調整模糊控制器完成。消毒時間，冷卻時間和烘干時間則由 CPU226通過D／A模塊控制變頻器調速來實現。所有控制的工藝參數既可以通過中央控制室計算機設定，也可以在本地的觸摸屏上設定。
4 參數自調整模糊控制設計
果凍食品生產過程自動控制系統中最重要是溫度工藝參數的控制，共有83個控制回路。采用下面提出的參數自調整模糊控制器算法來實現對各點的溫度控制。
設E為誤差輸入變量e的模糊變量，EC為誤差變化輸入變量ec的模糊變量，U為控制輸出變量u的模糊變量，且E=Ke*e，EC=Kec*ec，U=Ku*u，其中Ke，Kec，Ku為模糊量化因子。
設模糊變量E，EC和U的論域同為[ - 12， - 11，．．．， - 1，0，1，．．．，11，12，]
則模糊控制器算法為：
U=a1*E+(1 - a1)*EC
E=±1，±2，±3 0U=a2*E+(1 - a2)*EC
E=±4，±5，±6，±7，±8 0U=a3*E+(1 - a3)*EC
E=±9，±10，±11，±12 0上述算法在S7 - 200 CPU 226和S7 - 400 CPU 416中實現比較容易。為方便調試，可在觸摸屏上設定模糊控制器參數，不過要設定參數修改權限，防止其它人修改模糊控制器參數。
5 結論
果凍食品生產過程控制系統工程采用國外先進的HMI組態軟件作計算機監控畫面，西門子的 S7 - 400CPU作控制程序過程處理站，ET200M模塊作為現場I／O子站，CPU226和EM277作為智能從站，結合以太網和PROFIBUS現場總線構成三級架構。控制系統運行速度高，數據交換速度快，可靠性和容錯能力強。該系統已經經過一年的運行，它不僅具有功能強，可靠和穩定的特點，還具有良好的可擴展性和維護性，提高了果凍食品生產廠家的生產效率和產品品質，取得了明顯的經濟效益。
參考文獻
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[2] SIEMENS公司．SIMATIC S7 - 200可編程序控制器系統手冊[S]．
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