CN112015206A - 基于LabVIEW与PLC通信的温度控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于啤酒生产技术领域，提供了一种基于LabVIEW与PLC通信的温度控制系统，应用于啤酒糖化和发酵阶段，包括传感单元、PLC、控制单元、安装有LabVIEW软件平台的上位机和移动终端，所述传感单元用于检测麦汁的温度并向所述PLC输出温度信号，所述LabVIEW软件平台通过OPC协议连接到所述PLC，所述上位机在所述LabVIEW软件平台上对输入的控制指令和所述温度信号进行模糊算法处理，并向所述PLC输出控制信号来控制所述控制单元。本发明利用LabVIEW软件平台在OPC协议下对温度信号和控制信号进行集成控制，提高了啤酒糖化和发酵过程中检测与控制温度的精度，用户能够在PC端和移动终端对啤酒酿造设备进行远程监控，具有生产成本低、自动化程度高的特点。

Description

基于LabVIEW与PLC通信的温度控制系统及方法

技术领域

本发明属于啤酒生产技术领域，具体涉及一种基于LabVIEW与PLC通信的温度控制系统及方法。

背景技术

啤酒生产过程主要分为制麦、糖化、发酵、灌装四个部分，其中啤酒糖化和发酵过程中对温度的实时监测和自动调节控制十分重要。公告号为CN206486497U的中国专利公开了一种啤酒发酵装置及啤酒酿造设备，包括控制主板和与控制主板分别相连的恒温控制单元和压力控制单元，该装置可实现啤酒发酵过程中的恒温控制及压力控制。但是在控制温度方面，该设备的自动化程度不高，难以满足工业自动化系统对于高精度测量与控制的要求，缺乏市场竞争力。因此，有必要对现有技术中的啤酒酿造设备中的温度控制进行优化。

在工业自动化控制领域，传统的PLC(可编程逻辑控制器)具有高可靠性和架构简单的优点，但是随着全球化市场的发展和对工业自动化应用的扩展需求的不断增加，制造商需要针对传统的工业自动化设备进行性能、生产效率等方面的提高。LabVIEW是NI公司推出的一种专为测试、测量和控制应用而设计的系统工程软件，可快速访问硬件和数据信息。LabVIEW软件和OPC协议可以优化基于PLC的工业系统，利用LabVIEW软件平台可以搭建一个集成、低成本的监控系统，为当前工业自动化应用扩展需求与挑战提供解决方案。

显然，应用领域不同，技术和提供的性能也就不同。公告号为CN107991982A的中国专利公开了一种基于LabVIEW的汽车涂装生产线烘房监控系统及方法，利用LabVIEW软件和OPC协议实现对烘房温度的有效监控和实时显示，但是其技术领域属于汽车涂装生产线领域，不涉及啤酒酿造技术领域。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种基于LabVIEW与PLC通信的温度控制系统，旨在解决现有技术中的啤酒酿造设备在啤酒糖化和发酵过程中检测与控制温度的精度低、自动化程度低的问题。

本发明实施例是这样实现的，提供一种基于LabVIEW与PLC通信的温度控制系统，包括传感单元、PLC、控制单元、安装有LabVIEW软件平台的上位机和移动终端，所述传感单元用于检测麦汁的温度并向所述PLC输出温度信号，所述LabVIEW软件平台通过OPC协议连接到所述PLC，所述上位机在所述LabVIEW软件平台上对输入的控制指令和所述温度信号进行模糊算法处理，并向所述PLC输出控制信号来控制所述控制单元。

进一步地，所述上位机将所述温度信号传输给所述移动终端，并接收用户通过所述上位机和所述移动终端输入的所述控制指令。

进一步地，模糊控制工具包用于在LabVIEW环境中实现模糊算法。

进一步地，所述传感单元包括温度传感器，所述控制单元包括流量阀和电磁阀，用于控制蒸汽流量和管道流体流量。

进一步地，所述移动终端上安装NI Data Dashboard软件。

进一步地，所述传感单元通过以太网与所述PLC连接，所述移动终端通过移动通信与所述上位机连接，所述PLC通过以太网与所述控制单元连接。

本发明实施例还提供一种基于LabVIEW与PLC通信的温度控制方法，包括如下步骤：

S1：在上位机上安装LabVIEW软件及OPC server；

S2：测试PLC与所述LabVIEW软件能否通过OPC协议通讯，保证所述上位机与所述PLC在同一局域网；

S3：所述LabVIEW软件通过模糊算法对糖化罐加热和发酵罐制冷进行集成控制；以及

S4：在移动终端上安装NI Data Dashboard软件，通过所述移动终端实现局域网内对啤酒酿造设备的监测与控制。

进一步地，所述步骤S3中，所述LabVIEW软件通过模糊算法对糖化罐加热和发酵罐制冷进行集成控制，包括：

所述上位机通过所述PLC接收温度信号，并接收用户输入的控制指令，所述LabVIEW软件通过对输入的所述控制指令和所述温度信号进行模糊算法处理，并向所述PLC输出控制信号来控制控制单元。

进一步地，所述温度信号由传感单元采集，所述传感单元包括温度传感器；所述控制单元包括流量阀和电磁阀，用于控制蒸汽流量和管道流体流量。

进一步地，所述步骤S4中，在移动终端上安装NI Data Dashboard软件，通过所述移动终端实现局域网内对啤酒酿造设备的监测与控制，包括：

所述上位机将所述温度信号传输给所述移动终端，并接收用户通过所述移动终端输入的所述控制指令。

与现有技术相比，本发明提供的一种基于LabVIEW与PLC通信的温度控制系统及方法的有益效果为：

针对传统设备的常规仪器，加装传感器和控制元件，在OPC协议下对原系统的传感及控制信号进行集成，利用LabVIEW软件平台在OPC协议下对温度信号和控制信号进行集成控制，利用OPC协议读取PLC的所有外部状态，并在LabVIEW中打造集中式控制平台，实现了不同硬件产品与软件产品的交互操作，用户能够在PC端和移动终端对啤酒酿造设备进行远程监控。

本发明实施例的系统及方法提高了啤酒酿造设备在啤酒糖化和发酵过程中检测与控制温度的精度，具有生产成本低、生产效率高、自动化程度高的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图得到其它的附图。

图1是本发明实施例提供的一种基于LabVIEW与PLC通信的温度控制系统的示意图；

图2是本发明实施例提供的一种基于LabVIEW与PLC通信的温度控制方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例提供了一种基于LabVIEW与PLC通信的温度控制系统，应用于啤酒生产过程中的糖化和发酵阶段，该系统包括：传感单元、PLC、控制单元、安装有LabVIEW软件的上位机和移动终端。

其中，传感单元包括温度传感器，用于实时检测麦汁的温度，控制单元包括流量阀和电磁阀，用于控制蒸汽流量和管道流体流量，啤酒糖化阶段采用管道蒸汽对麦芽进行加热，发酵阶段采用管道冰水对啤酒进行降温。

传感单元通过以太网与PLC连接，将表示麦汁当前温度的温度信号传输给PLC；LabVIEW软件平台通过OPC协议连接到PLC，移动终端通过移动通信连接到上位机，PLC通过以太网与控制单元连接。

上位机通过PLC接收传感单元检测到的温度信号，将温度信号传输给移动终端并接收用户通过上位机和移动终端输入的控制指令，然后在LabVIEW软件平台上通过调用模糊控制工具包对输入的控制指令和温度信号进行模糊算法处理，并向PLC输出控制信号来控制控制单元，从而实现对啤酒糖化和发酵阶段的温度控制。

其中，通过调用模糊控制工具包，可以在LabVIEW环境中实现模糊算法。LabVIEW作为一种通用的编程系统，自身包含一个庞大的函数库，用于数据采集、串口控制、数据分析及数据存储等，还可以通过调用各类附加软件工具包扩展其自身的功能，这些工具包都能与LabVIEW集成，因此使用LabVIEW可扩展传统PLC的功能，将LabVIEW高性能测量、信号处理与控制等功能与传统的工业自动化设备集成连接起来，满足工业自动化应用的扩展需求。

本发明实施例提供的系统通过LabVIEW软件对传统啤酒酿造设备中基于PLC的温度控制系统进行了优化，针对传统设备的常规仪器，加装传感器和流量阀、电磁阀等控制元件，利用LabVIEW软件平台在OPC协议下对温度信号和控制信号进行集成控制，利用OPC协议可以读取PLC的所有外部状态，并在LabVIEW中打造集中式控制平台，实现了不同硬件产品与软件产品的交互操作。

传统的啤酒酿造设备中，啤酒糖化和发酵阶段的温度控制通常采用PID控制，但是因为被控对象的时变性、时滞性及不确定性，控制精度很难满足啤酒生产工艺要求。相比于传统的基于PLC的温度控制系统，本发明实施例的系统提高了啤酒酿造设备在啤酒糖化和发酵过程中检测与控制温度的精度，系统通过加装传感器采集温度信号并结合LabVIEW高性能测量的功能，实现了对温度信号的精确监测，并能够持续跟踪啤酒酿造设备的运行状态；系统通过加装流量阀、电磁阀等控制元件并结合LabVIEW高性能的信号处理与控制功能，实现了对温度信号的精确控制，系统具有生产成本低、生产效率高、自动化程度高的特点。

上位机可以为中控室计算机(PC)，中控室操作人员可以在PC端远程监控和无线控制啤酒酿造设备，移动终端可以为各种移动的终端设备，不局限于手机、平板设备，在移动终端上安装NI Data Dashboard软件并实现局域网无线通信，中控室操作人员或其他管理人员还可以在移动终端对啤酒酿造设备进行远程监控。

系统通过将啤酒糖化和发酵过程中监测到的啤酒酿造设备的包括麦汁的当前温度在内的各项参数数据传输到PC端和移动终端的输出界面，使用户能够实时获取啤酒酿造设备的各项参数变化并对啤酒酿造设备的运行状态进行分析判断，还可以通过向PC端和移动终端的输入界面输入控制指令来远程控制生产过程。这样就解决了中控室操作人员或其他管理人员因远离啤酒酿造设备而不能方便地监控啤酒生产过程中设备运行状态的问题。当PC端和移动终端上显示参数变化异常时，中控室操作人员可以及时判断出此时啤酒酿造设备的运行状态异常，需要通知技术人员排查故障或现场检修；并且当中控室操作人员未及时发现参数变化异常时，管理人员也可以及时判断出此时啤酒酿造设备的运行状态异常并通知技术人员，因此提高了系统运行的可靠性，也提高了采用该系统的啤酒酿造设备的检修效率。

NI Data Dashboard软件是一个可运行在智能手机和平板电脑等移动终端上的客户端应用程序。用户可以通过使用该软件建立一个自定义、便携的LabVIEW应用界面，用户使用该软件的具体操作包括拖拽一些输入控件和输出控件(比如图表、仪表、LED灯、滚动条和按钮)。而这些输入控件和输出控件通过LabVIEW软件平台输出的共享变量来进行数据的读写。用户可以通过内部建立的主题自定义应用程序的外观，还可以通过电子邮件或者NICloud进行仪表盘的共享。

如图2所示，本发明实施例还提供了一种基于LabVIEW与PLC通信的温度控制方法，应用于啤酒生产过程中的糖化和发酵阶段，该方法包括以下步骤：

S1：在上位机上安装LabVIEW软件及OPC server协议；

S2：编写泵及电机启停控制程序，测试PLC与LabVIEW是否能通过OPC协议通讯，保证上位机与PLC处于同一局域网；

S3：在LabVIEW软件平台通过使用模糊算法对糖化罐加热和发酵罐制冷进行集成控制；以及

S4：在移动终端上安装NI Data Dashboard软件，通过移动终端实现局域网内对啤酒酿造设备的监测与控制。

在上述步骤S3中，在LabVIEW软件平台通过使用模糊算法对糖化罐加热和发酵罐制冷进行集成控制包括：

上位机通过PLC接收表示麦汁的当前温度的温度信号，并接收用户输入的控制指令，然后在LabVIEW软件平台上通过调用模糊控制工具包对输入的控制指令和温度信号进行模糊算法处理，并向PLC输出控制信号来控制控制单元；其中，温度信号由传感单元采集，传感单元包括温度传感器；控制单元包括流量阀和电磁阀，用于控制蒸汽流量和管道流体流量，啤酒糖化阶段采用管道蒸汽对麦芽进行加热，发酵阶段采用管道冰水对啤酒进行降温。

在上述步骤S4中，在移动终端上安装NI Data Dashboard软件，通过移动终端实现局域网内对啤酒酿造设备的监测与控制包括：

上位机将温度信号传输给移动终端并接收用户通过移动终端输入的控制指令。

本发明实施例提供的方法通过OPC server建立PLC与LabVIEW之间的通讯，然后在LabVIEW建立集中控制平台，以图形化的方式对所有输入输出控制进行逻辑编程，将温度信号和控制信号在LabVIEW软件平台中进行集成控制，提高了啤酒糖化和发酵过程中检测与控制温度的精度；并且通过对传统酿造设备进行硬件改造，加装传感器、流量阀和电磁阀等元器件，优化了传统啤酒酿造设备中对啤酒糖化和发酵系统的温度控制，提高了啤酒酿造设备的自动化程度；此外，在平板设备和手机上等移动终端上安装NI Data Dashboard软件，实现局域网无线控制，用户能够在PC端和移动终端对啤酒酿造设备进行远程监控。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于LabVIEW与PLC通信的温度控制系统，应用于啤酒糖化和发酵阶段，包括传感单元、PLC、控制单元、安装有LabVIEW软件平台的上位机和移动终端，其特征在于，

所述传感单元用于检测麦汁的温度并向所述PLC输出温度信号，所述LabVIEW软件平台通过OPC协议连接到所述PLC，所述上位机在所述LabVIEW软件平台上对输入的控制指令和所述温度信号进行模糊算法处理，并向所述PLC输出控制信号来控制所述控制单元。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述上位机将所述温度信号传输给所述移动终端，并接收用户通过所述上位机和所述移动终端输入的所述控制指令。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，模糊控制工具包用于在LabVIEW环境中实现模糊算法。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传感单元包括温度传感器，所述控制单元包括流量阀和电磁阀，用于控制蒸汽流量和管道流体流量。

5.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述移动终端上安装NI Data Dashboard软件。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传感单元通过以太网与所述PLC连接，所述移动终端通过移动通信与所述上位机连接，所述PLC通过以太网与所述控制单元连接。

7.一种基于LabVIEW与PLC通信的温度控制方法，包括如下步骤：

S1：在上位机上安装LabVIEW软件及OPC server；

S2：测试PLC与所述LabVIEW软件能否通过OPC协议通讯，保证所述上位机与所述PLC在同一局域网；

S3：所述LabVIEW软件通过模糊算法对糖化罐加热和发酵罐制冷进行集成控制；以及

S4：在移动终端上安装NI Data Dashboard软件，通过所述移动终端实现局域网内对啤酒酿造设备的监测与控制。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述LabVIEW软件通过模糊算法对糖化罐加热和发酵罐制冷进行集成控制，包括：

所述上位机通过所述PLC接收温度信号，并接收用户输入的控制指令，所述LabVIEW软件通过对输入的所述控制指令和所述温度信号进行模糊算法处理，并向所述PLC输出控制信号来控制控制单元。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述温度信号由传感单元采集，所述传感单元包括温度传感器；所述控制单元包括流量阀和电磁阀，用于控制蒸汽流量和管道流体流量。

10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤S4中，在移动终端上安装NI DataDashboard软件，通过所述移动终端实现局域网内对啤酒酿造设备的监测与控制，包括：

所述上位机将所述温度信号传输给所述移动终端，并接收用户通过所述移动终端输入的所述控制指令。

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