维普资讯 http://www.cqvip.com 组态软件 基于工控组态软件的生物发酵试验装置监控系统 彭 涛 （湖南铁道职业技术学院，湖南４１２００１） ［摘要］介绍了全中文工控组态软件ＭＣＧＳ，并以生物发酵试验装置监控系统为例，阐述了该监 控系统的构成、功能及ＭＣＧＳ在该系统的应用。 关键词ＭＣＧＳ ＰＬＣ监控系统生物发酵 ０引言 生物发酵是生物质在有限氧供给的条件下，监 控发酵物的ｐＨ值、体积量的过程。生物发酵装置 主要由酸、碱料罐、发酵罐、传感器等组成。酸、碱料 罐经过阀门和泵送人发酵罐，在发酵罐中与生物质 反应，在较长的时间内完成ｐＨ和体积控制的过程。 为确保试验装置的精确性，实现对设备的实时控制， 在整个过程中需要监控的信号包括：（１）ｐＨ值信 号，主要测量发酵罐的ｐＨ值；（２）体积信号，主要测 量发酵质的体积。在整个过程中需要控制的量为料 罐的阀门开启度和泵的速度，发酵罐出料阀的开闭。 １硬件设计 此监控系统分为两部分，上位机装载了组态软 件ＭＣＧＳ５．５通用版的ＰＣ机，下位机由ＦＸ２Ｎ一 ３２ＭＲ型ＰＬＣ和发酵试验装置等组成。系统组成 见图１。 图１系统组成图 生物发酵试验装置框图如图２所示。 图２试验装置原理框图 ２软件设计 系统的工作流程如图３所示。 收稿日期：２０Ｏ７＿０１—２２ 作者简介：彭涛（１９７２－），女，中南大学工程硕士在读，讲师。 ３Ｏ ｌｗｗｗ．ｃｈｉｎａｅｔ．ｎｏｔｌ电工技术 图３系统的工作流程图 ２．１ ＰＬＣ控制程序设计 ＰＬＣ主要完成采集ｐＨ值和液位值并驱动控制 泵和阀门。 程序开始，从上位机读取ｐＨ设定值，定时采集 数据，首先判断发酵物的ｐＨ值是否等于设定值，若 相等结束本次循环；若不相等，采样值大于设定值， 则应添加酸，反之则应添加碱；接着计算所需要添加 的酸碱量 ，计算公式如下： Ｖ＝ｌ ｐＨ设定一ｐＨ采集ｌ×Ｖ－液位 然后，根据 的大小，判断泵和阀的开启，确定泵的 速度和运行时间，并且调用相应的子程序，控制流程 图如图４所示。采用区间比较，根据计算量 的数 值进行区间比较，调用不同的子程序，在不同的子程 序中我们将泵的开启速度分为４级，阀门的开启时 间也分为４级，这样我们可以获得１６种酸碱添加方 式，这样也设计了１６个子程序，这样使发酵物的 ｐＨ值快速的接近设定值。 图４ ＰＬＣ的控制流程图 维普资讯 http://www.cqvip.com 组态１￣４￣－ ２。２组态过程 如图５所示界面为系统运行的界面，该界面上 可以进行如下操作：选择自动运行方式和手动方式； ２．２．１构造数据库 数据库是ＭＣＧＳ５．５组态软件的核心部分，用 来存放制作应用系统时定义的变量，由于试验时对 在自动运行方式下，单击启动按钮，试验装置开始进 行，并在界面上显示ｐＨ值和液位值的实时数据，并 根据ＰＨ值设置要求自动开闭阀门和泵，自动调整 发酵罐的ｐＨ值。在手动运行方式下，开始试验装 置，界面上显示ｐＨ值和液位值的实时数据，点击阀 确一∞们仑｛∞ ∞∞∞帕¨∞们∞ 门／泵的开、关按钮即可以开闭阀门和泵，从而手动 可靠性要求高，这就要求动态、实时的监测和控制试 验发酵罐的ｐＨ值、液位值，以及泵和阀门的状态参 数，这些参数就是ＭＣＧＳ中需要定义的变量。 ＭＣＧＳ５．５中的Ｉ／Ｏ变量是双向的、动态的，担 负着ＭＣＧｓ与下位机设备或其他应用程序交换数 据的重任，因此，监控系统中所有需要监控的变量都 调整发酵罐的ｐＨ值。 ２．２．３ ＭＣＧＳ与ＰＬＣ的通讯设置 设置为Ｉ／Ｏ变量，变量存储于该Ｉ／Ｏ设备的寄存器 中，ＭＣＧＳ通过读出和写入变量，与ＰＬＣ进行信息 在设备窗口中，选择串口通讯父设备，对其属性 进行设置，设置与连接的ＦＸ系列ＰＬＣ相同：波特 的交换，ＭＣＧｓ就依靠寄存器的地址来引用ＰＬＣ的 变量，详细见表１。 表１ ＭＣＧＳ变量定义表 变量名 变量类型 Ｊ／ｏ开关 Ｊ／ｏ开关 Ｊ／ｏ开关 Ｉ／Ｏ开关 Ｊ／ｏ开关 Ｊ／ｏ开关 Ｊ／ｏ开关 Ｊ／ｏ开关 连接设备 率９６００ｂｉｔ／ｓ、７位数据位、１位停止位、偶校验以及 用于通讯的ＣＯＭ１口。ＦＸ２Ｎ一３２ＭＲ型ＰＬＣ系统通 ’ 讯数据寄存器Ｄ８１２０＝Ｈ００８６，具体Ｄ８１２０字寄存 器的１６位的意义列表如表２。 表２ ＤＢ１２０字寄存器的１６位的意义列表 Ｂｉｔ１５ ０ １４ ０ １３ ０ 自动 手动 启动 退出 碱阀门开 望 ０ 呈 ！＝！ ０ １０００ ！ ０ 兰： １１ 里 ０ 碱阀门关 酸阀门开 通讯协议１ ＲＳ－２３２无校 通信 验和 无命今尾无命今头波特率 １位 ９６∞ 停Ｉ 位７位 偶校验数摇倚 酸阀门关 碱泵控制 酸泵控制 ｐＨ实时值 液位实时值 ｏＨ设置值 Ｉ／Ｏ数值 Ｉ／Ｏ数值 Ｉ／Ｏ数值 Ｉ／Ｏ数值 数值 数值 数值 ３结束语 利用ＭＣＧＳ构造监控系统有着广泛应用，该监 控系统运行稳定，操作简单方便，人机界面友好，相 关的应用文献比较丰富，使用的几乎全部都是由 ｏＨ上限值 ｏＨ下限值 ２。２．２界面设计及动画链接 ＭＣＧＳ提供现成设备驱动程序的配套仪表。在短 期内开发了生物发酵监控系统，系统性能稳定可靠， 操作简单，实现了实时数据浏览、报警输出、实时和 历史数据趋势显示、历史数据存储、控制酸碱度设定 等功能，达到了设计要求，该软件为创建高效、实用 的计算机监控系统提供了一套完整的解决方案。 参考文献 Ｅｌｉ王兆义、小型可编程控制器实用技术、机械＿Ｔ－，＿ｌｋ出版社， １９９６，８ Ｅ２］万晓光、组态软件在生物质热解装置监控系统的应用、 图５监控主画面 工业控制计算，２００５，１２ 电工技术Ｊ２００７ｌ６期ｌ ３１
