基于PLC的自动灭菌储存柜的设计与实现.pdf

工业过程控制系统自动化应用基于PLC的自动灭菌储存柜的设计与实现黄思远（广州市轻工技师学院，广东广州510 0 0 0）摘要：本文以自动灭菌储存柜为例，介绍一种基于西门子S7-1200序列PLC和昆仑通态H线式工业电子触摸屏组合控制为核心的自动灭菌储存柜控制系统。针对疫情及后疫情时期，公共储存柜与快递柜带来的不卫生与病毒传播问题，提出了自动消杀存储物品外壳及柜子的设计方案，避免了传统公共储存柜因物品外包装携带病毒或柜子不卫生带来的病菌传播而引起的个人或公共卫生安全事件风险，满足了人们对公共存储柜的卫生安全需求。关键词：PLC，触摸屏，控制系统，自动灭菌中图分类号：TP273Design and Implementation of Automatic Sterilization Storage Cabinet Based on PLCAbstract:This paper takes the automatic sterilization storage cabinet as an example to introduce a control system for theautomatic sterilization storage cabinet based on the combination control of Siemens S7-1200 series PLC and Kunlun connectedH-line industrial electronic touch screen.In view of the problem of unsanitary and virus transmission risk caused by publicstorage cabinets and express boxes during and after the epidemic situation,a design scheme of automatic disinfection andsterilization of the shell and cabinet of storage items is proposed,which avoids the risk of personal or public health securityincidents caused by the spread of germs brought by the virus carried by the outer package of the items or the unsanitarycabinet of traditional public storage cabinets,and meets peoples health and security needs for public storage cabinets.Key words:PLC,touch screen,control system,automatic sterilization文献标识码：AHUANG Siyuan(Guangzhou Light Industry Technician College,Guangzhou,Guangdong 510000,China)0引言目前，社会各种新技术迅速崛起，如PLC、人机界面触摸屏（HMI)、电磁控制器件等,这些技术已被广泛应用在人们日常生活使用的各种装置中。本文论述的自动灭菌储存柜使用了PLC和人机界面触摸屏组合应用控制系统，能够适用于不同应用场景的自动灭菌储存柜。自动灭菌储存柜的工作方式非常智能化。储存柜配备了供用户操作的人机界面触摸屏，当不同类型的用户操作触摸屏时，会将相关信息传输给控制单元，然后控制单元根据预设的控制程序发送对应的输出信号，将其发送到被控制单元，通过电磁器件的作用驱动设备，从而控制柜内灯光的亮与灭、柜门的弹开和雾化片的启停。控制系统则用于判断用户是存人还是取出物品，并且在关闭柜门后会启动物品灭菌或空柜灭菌模式。本文设计方案改进了传统存储柜因存在卫生差与病菌传播风险的不足，解决了对存储物品外包装的灭菌消杀需求，以及对柜内空间轮换使用前的灭菌消杀由人工操作带来的效率低下、可靠性不高等实际问题!。1自动灭菌储存柜控制系统工作流程目前，自动灭菌储存柜主要有两种操作权限，分别是普通用户权限和管理员权限。默认情况下，自动灭菌储存柜操作界面显示为普通用户操作界面，屏幕中间显示存件图标和取件图标，右下角显示管理员进人的链接图标。普通用户通过选取存件图标或取件图标进入柜号显示界面，点选空或满的柜号并输人对应的密码完成取件或存件操作。同时，可以点击管理员图标输入密码进入管理员操作模式，完成对应的设备操作与维护管理工作。1.1普通用户的工作流程在自动灭菌储存柜默认操作界面中，点击屏幕的存件图标触发触摸屏界面换页，进入柜号显示的界面，该页面会显示全部储存柜的号码，号码由触摸屏中文本型的数据类型实现。同时，该页面还会显示各柜号当前是处于存放物品的满状态还是可存入物品的空状态，柜号旁的满或空字样也会呈现为高亮，由触摸屏建立开关型的数据类型实现。作者简介：黄思远，男，19 8 1年生，讲师，研究方向为自动化控制。2023|16期/9 5管理员进入自动化应用工业过程控制系统存件操作中，假设用户选取1号空柜，录入自定义的存件密码，触摸屏会建立MD10数值型的数据类型保存1号柜存件密码。当点击1号柜号时，触摸屏会建立1号柜开关型的数据类型，用于驱动PLC程序中对应M的临时存储位常开触点。程序会接通Q1.0线圈，驱动电磁门的开锁，同时接通Q0.4线圈，驱动1号柜内照明灯点亮。当用户将物品放入1号柜并关闭柜门时，柜门电磁门锁通过PLC的输入端I0.1反馈信号，程序将判断用户完成一次存件操作，并触发触摸屏界面中1号柜号状态表示的满字以高亮显示。同时，程序断开对Q1.0和Q0.4的接通输出,并接通定时器TON延时10 s。延时结束后，接通Q0.0线圈输出，驱动消毒液管道终端中的雾化片起振。雾化片与管道中的海绵条接触，起振后将海绵条中吸收的消毒液雾化成雾气并向柜中喷2 0 s。由于柜子底部为网状镂空支撑，消毒雾气将36 0 环绕物品外壳并吸附在其表面，覆盖率在98%以上。喷雾持续2 0 s后，程序中的TON定时器T1.Q控制触点端口Q0.0线圈会接通，停止喷雾输出。由于柜门中设置了通风细孔，在数分钟后，吸附在外壳和柜子中的消毒雾气会挥发和随流动空气被带走。取件操作中，假设用户需要取出1号柜的物品，录人原设置的存件密码，触摸屏程序会比较录入的取件密码与原存件密码。若取件密码MD14与原存件密码MD10存储数据相等，则视为有效，程序会接通Q1.0线圈，驱动电磁门开锁，同时接通Q0.4线圈，驱动1号柜内照明灯点亮。当用户将物品从柜内取走并关闭柜门时，柜门电磁门锁通过PLC的输人端I0.1反馈信号，程序将判断用户完成一次取件操作，并触发触摸屏界面中1号柜号状态表示的空字以高亮显示。同时，程序断开对Q1.0和Q0.4的接通输出，并接通TON定时器延时10 s。延时结束后,T2.Q触点接通Q0.0线圈输出，驱动雾化片起振，完成对空柜持续10s的灭菌消杀,确保柜子被使用后的消毒卫生。普通用户的工作流程图如图1所示。设备通电程序初始化存件设置存密码照明打开柜门打开照明关闭存/取物关柜门柜号显示满关门延时10 s灭菌消杀2 0 s灭菌消杀10 s结束图1普通用户的工作流程图1.2管理员的工作流程管理员从默认界面点击进入的链接图标，输入管理员密码并存入数据MD40，系统原始的管理员密码存储在MD44,若MD40与MD44数据一致，则进入管理员界面。管理员能够一键启动电磁门锁、照明灯和消杀系统，也可以独立操作每个存储格,方便集中维护或单独处理。在程序设计中应用M临时存储位创建一键启动条件，并将M开关位并联到原独立控制的程序段中，可以形成一键M开关位，接通多通道的输出同时工作。管理员的工作流程图如图2 所示。一键操作模式单独操作模式单独单单独消杀建键独开开杀灯灯图2 管理员的工作流程图2控制系统总体设计自动灭菌储存柜控制系统由硬件和软件两个部分组成。硬件设计部分主要由柜体、人机界面触摸屏、控制系统、电磁门锁系统2、消杀系统和照明系统等组成。软件设计部分主要由PLC程序设计与触摸屏组态软件设计组成，触摸屏是上位机,PLC是下位机，通过组态网与PLC通信，控制自动灭菌储存柜。储存柜使用的电源线应选用导线截面不小于1.5mm线径的铜芯护套电缆，控制与信号反馈线应选用导线截面不小于0.5mm线径的铜芯电缆。产品的三维建模图如图3所示。取件输入存密码卜密码判断？一致输入密码不致密码判断？一致管理员操作不一致图3产品的三维建模图PLC是自动灭菌储存柜控制系统的核心,其工作原理是采取顺序扫描方式不断循环工作3。在扫描工作期间，用户通过人机界面，操作内部变量M控制位或PLC输入端的信号，同时PLC在输入采样阶段将信号映射到过程96|自动化应用工业过程控制系统自动化应用映像输入存储器。程序执行1个扫描周期后，将存储在过份切换控制,执行FB1函数块或FB2函数块的调用。判断程映像输出存储器的结果输出刷新。消杀系统包括储液条件是触摸屏默认界面中的管理员进入图标，若该图标被罐、抽水泵、管道和雾化片，其中，储液罐用于存放消毒液，点击，链接的PLC对应控制位M5.0常开触点会变为ON抽水泵按反馈信号启动向管道注人消毒液浸湿海绵体，雾的状态；若调用FB2管理员控制程序运行，对应M5.0常化片用于将海绵体中的消毒液雾化成雾气并吹出。闭触点会变为OFF状态，同时FB1普通用户控制程序会2.1控制系统硬件设计断开执行。以本案例3个存储格小型产品为例，结合安装系统设FB1普通用户控制程序主要实现存、取件操作的密码计需要，并结合控制流程分析，确定本系统数字量输人点设置与比对4,以及电磁门锁、照明与喷雾消杀的驱动控数为4个点、数字量输出点数为10 个点，总计14个点。通制。存、取件操作的密码设置由两个双字存储空间实现，当过开关量输出控制电磁门锁、雾化片和灯具等负载，可以存操作时,将录入的密码设置为对应的取密码,例如,将1实现各种负载相应的要求。综合考虑产品的经济性与实用号柜的存入密码存储到MD10；当取操作时，录入的密码性,以及系统拓展储存格数量的需求,选择西门子PLC作将存入MD14,并需要与存操作设置的取密码一致才能生为主控单元。该款PLC型号为S7-1215AC/DC/Rly，电源效，当CMP指令判断MD14=MD10成立时，程序将执行方式采用交流电（10 0 2 40 VAC)供电，输人端信号电源采电磁门锁打开的驱动操作。喷雾消杀的驱动取决于存件操用直流电（2 4VDC)，输出端为继电器输出方式，最大可以作或取件操作，不同操作喷雾消杀的时间也不同。例如,存拓展8 个I/O模块。PLC的I/O分配表如表1所示。件操作后的2 0 s喷雾消杀,其需要满足的条件是：(1)存按PLC控制器和触摸屏组合的控制系统接线图如图4键被按下，对应程序中的M6.0存控制位应为ON；（2)所示。MD10中的存储数据CMP指令判断MD1016#0000；(3)表1PLC的I/O分配表满足I0.1为OFF的状态。取件操作后需要满足的条件是：输入输入电气符号地址KM410.01号柜锁信号反馈KM510.12号柜锁信号反馈KM2KM610.23号柜锁信号反馈KM3L10.3F1F224VDC。NPEIMLQ0.0 Q0.1 Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5 Q0.6 Q0.7Q1.0 Q1.1DC24V2.2控制系统软件设计本系统的软件设计主要是指PLC程序设计与触摸屏的组态设计。PLC程序设计主要根据产品的控制流程，采用梯形图LDA编程方法实现。程序包括OB1主控程序、FB1普通用户控制程序、FB2管理员控制程序等。OB1主控程序主要实现系统普通用户与管理员的身输出输出作用电气符号地址KM1Q0.01号柜雾化片Q0.12号柜雾化片Q0.23号柜雾化片存储罐液位检测KM4KM5KM6HL1HL2HL3KM71号柜2 号柜3号柜存储柜信号信号信号液位1M10.0,10.11号柜2 号柜3号柜1号3号3号1号2 号3号抽水泵雾化片雾化片雾化片柜锁柜锁 柜锁 柜锁 柜锁 柜锁图4PLC的外部接线图(1)接通延时定时器T3启动延时10 s;(2)延时后,开启触作用点T3.Q，控制消杀程序完成1号柜Q0.0雾化片驱动工作；(3)T1控制的消杀2 0 s延时定时器同时工作,并在延时时间达到时由T1.Q停止1号柜雾化片Q0.0的输出驱动。Q0.31号柜锁Q0.42号柜锁Q0.53号柜锁Q0.61号柜灯光Q0.72号柜灯光Q1.03号柜灯光Q1.1抽水泵10.210.310.41215CAC/DC/RIly2.3系统运行调试在系统的运行与调试过程中，如果出现触摸屏及其他硬件与控制器不能正常通信连接的情况。首先，要查看各设备间的接线是否牢固可靠，信号线是否存在压胶皮的问题，观察指示灯是否正常。如果硬件连接经过目测检查都正常，则需要配合软件进行分析判断，采用博图软件的在线和监视功能，接通触摸屏的按键,观察PLC程序中对应的控制位是否有变化。如果没有,则需要检查触摸屏变量与PLC的变量是否连接正确，或检查是否有程序设计方10.5111.3面的问题。确定问题后，需要通过调试修改和优化调整程序，再检查与调整硬件。3结语随着技术的快速发展与实践应用，普通民众也能享受高科技带来的变量和安全。智能灭菌存储柜是一种无需人员直接控制就能实现灭菌操作的存储柜，在改善工作效率的同时，能让人们体会高科技融人现实生活所带来的便利,影响着人们对高质量生活的期待与追求。因此，智能灭菌存储柜在应用推广中具有实际意义。1陈其勇,杨晓慧，陈曦，等.一种烟雾氯消毒器雾化特性的实验(下转第10 1页)2023|16期/9 7参考文献工业过程控制系统自动化应用差分别为0.7 5%和0.59%。控制器具有更强的抗干扰特性，而且功率平衡的控制精度综上所述，相比于传统功率平衡控制器，基于模糊神更高，响应速度更快。经网络控制器具有更强的抗干扰特性,而且功率平衡的控制精度更高，响应速度更快。4结语随着煤矿综采设备自动化、机械化水平的提升，为满足大运量、长距离以及高运速的运煤要求，带式输送机将向多电机驱动的方向发展。对于多电机驱动的带式输送机，需要解决的核心问题之一为如何保证其在任何工况下各电机的相对平衡。本文重点设计了基于模糊神经网络的功率平衡控制器，并验证了其控制效果,其总结包括以下4点。(1)传统功率平衡控制器的原理为：通过对油压进行调整控制实现对其滑差的调节，从而改变电机联合特性曲线的软硬度。(2)在两种工况下,基于CST系统的PID控制器调整油缸油压和各电机的输出转矩,最终各电机的电流与平均电流值的偏差分别为1.8 9%和2.36%。(3)通过仿真分析，在两种工况下，利用模糊神经网络控制器调整各电机的输出转矩,最终各电机的电流与平均电流值的偏差分别为0.7 5%和0.59%。(4)相比于传统功率平衡控制器,基于模糊神经网络参考文献1黄民，魏任之,矿用钢绳芯带式输送机实时工况监测与故障诊断技术J.煤炭学报，2 0 0 5,30(2)：2 45-2 50.2宋伟刚，战欣，王元元.大型带式输送机驱动装置的比较研究J.工程设计学报,2 0 0 4,11(6):30 1-311.3李玉瑾.带式输送机的动态特性分析与软起动设计J.煤炭学报,2 0 0 2,2 7(3):2 9 4-2 9 9.4王光炳.带式输送机可控软起动装置的研究J.煤炭学报，2003,28(3):316-321.5宋伟刚，柳洪义，王鹰.带式输送机动力学及其计算机仿真的研究J.机械工程学报,2 0 0 3,39(9)：19 6-2 0 1.6张媛，张媛，周满山，等.带式输送机动态分析连续模型振动解法及计算机仿真J.力学与实践，19 9 9,2 1(4)：5-5.7董立红,赵鹏兵.带式输送机拉紧装置张力的灰色预测PID控制J.煤炭学报,2 0 13(2)：342-347.8张宏明，王文，寇子明.长距离带式输送机液压绞车自动张紧装置设计J.煤炭科学技术,2 0 0 9,37(8)：7 8-8 0.9毛清华，毛金根，马宏伟，等.矿用带式输送机智能监测系统研究J.工矿自动化,2 0 2 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