摘 要：摒棄傳統(tǒng)的上位機(jī)＋PLC控制模式，用工控機(jī)和數(shù)據(jù)采集板卡基于LabVIEW平臺(tái)開發(fā)一套高性價(jià)比的果汁灌裝設(shè)備就地清洗裝置的控制系統(tǒng)，在滿足不同清洗工藝的同時(shí)，穩(wěn)定、可靠的實(shí)現(xiàn)清洗過程的高度自動(dòng)化。 關(guān)鍵詞：LabVIEW；CIP；果汁灌裝設(shè)備；數(shù)據(jù)采集與處理 1. 引言 CIP的英文是Clean In Place，字面意是就地清洗，含義為對(duì)密閉的、固定不動(dòng)的容器一類的物體，用水和不同的洗滌液，依靠熱能、物理能、化學(xué)能，按照一定的程序，通過循環(huán)及一定的作用時(shí)間來完成清洗、殺菌等工作。目前，這種清洗方法已經(jīng)成為保證產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)備正常運(yùn)行的必要手段，成為企業(yè)生產(chǎn)過程中不可缺少的一部分。因而，國內(nèi)外的啤酒、飲料、乳制品生產(chǎn)廠家普遍采用CIP系統(tǒng)對(duì)灌裝設(shè)備進(jìn)行清洗。 傳統(tǒng)的CIP控制系統(tǒng)均采用上位機(jī)＋PLC的構(gòu)架模式，并通過現(xiàn)場(chǎng)總線通訊。在開發(fā)過程中根據(jù)清洗工藝，將相關(guān)控制參數(shù)如清洗時(shí)間、酸堿濃度、清洗溫度和清洗順序等，編制控制程序?qū)懭隤LC，通過操作者與上位機(jī)之間的交互，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)或手動(dòng)清洗。其上位機(jī)通常采用較高端的工業(yè)平板電腦，僅作為上位監(jiān)控人機(jī)交互終端，存在著較大的資源浪費(fèi)。本系統(tǒng)融合了NI公司的數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理及數(shù)字I/O等先進(jìn)技術(shù)，采用工控機(jī)＋數(shù)據(jù)采集卡模式工作，利用LabVIEW在工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域的軟件優(yōu)勢(shì)將CIP清洗系統(tǒng)的邏輯控制與監(jiān)控管理功能無縫集成到一體。在保證可靠性的前提下，充分利用了上位機(jī)資源，不但提高了現(xiàn)場(chǎng)模擬量的采集精度，還大幅度降低了控制系統(tǒng)開發(fā)成本并縮短了開發(fā)周期。 2. 系統(tǒng)構(gòu)成 本系統(tǒng)針對(duì)國內(nèi)某果汁生產(chǎn)企業(yè)灌裝設(shè)備的自動(dòng)清洗任務(wù)開發(fā)，根據(jù)廠家提供的清洗工藝，CIP清洗系統(tǒng)總體構(gòu)架及相關(guān)控制要求如下： [align=center] 圖1 CIP清洗系統(tǒng)總體構(gòu)架[/align] 控制要求： 1.5臺(tái)液罐通過液位傳感器實(shí)時(shí)顯示液位，并提供高低限控制； 2.2路堿液加熱自循環(huán)，通過溫度傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量溫度，自動(dòng)控制蒸汽閥門的開啟程度控制加熱； 3.使用電導(dǎo)率傳感器檢測(cè)堿液回流濃度（2路），以此控制堿液回流； 4.流動(dòng)開關(guān)、空氣壓力開關(guān)、電機(jī)反饋、繼電器、電磁閥等數(shù)字I/O信號(hào)的檢測(cè)與控制。 根據(jù)CIP清洗系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)及相關(guān)控制要求，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要包括一臺(tái)配有觸摸屏功能的工業(yè)平板電腦，一塊PCI-6221多功能數(shù)據(jù)采集卡、一塊PCI-6513工業(yè)級(jí)數(shù)字輸出卡及相關(guān)連接附件。 [align=center] 圖2 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖[/align] 控制系統(tǒng)軟件采用NI公司的LabVIEW 7.1和NI-DAQmx驅(qū)動(dòng)軟件開發(fā)。NI-DAQmx不僅僅局限于基本的數(shù)據(jù)采集驅(qū)動(dòng)，在數(shù)據(jù)采集和控制應(yīng)用的開發(fā)過程中，效率更快，性能更優(yōu)。利用LabVIEW結(jié)合NI-DAQmx可以充分發(fā)揮數(shù)據(jù)采集設(shè)備的功能，快速、靈活的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與設(shè)備控制。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化方式，將不同功能內(nèi)容設(shè)計(jì)成單獨(dú)的模塊，主要包括數(shù)據(jù)采集與處理模塊、邏輯控制模塊、實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊、配方管理模塊、故障報(bào)警模塊、系統(tǒng)管理模塊六部分。各個(gè)模塊集成在同一個(gè)主程序框架中，這樣既可以靈活實(shí)現(xiàn)功能的擴(kuò)充、升級(jí)和維護(hù)，又有利于移植用于其它場(chǎng)合。 3. 數(shù)據(jù)采集與處理 液位、電導(dǎo)率和溫度是CIP自動(dòng)清洗程序中的重要參數(shù)，其測(cè)量準(zhǔn)確性直接影響著飲料灌裝設(shè)備的清洗效果和產(chǎn)品質(zhì)量。為了減小外界的噪聲干擾，將液位傳感器、電導(dǎo)率傳感器及溫度傳感器的信號(hào)調(diào)理輸出信號(hào)用雙絞線以差分方式接入數(shù)據(jù)采集卡。信號(hào)屏蔽、連接測(cè)試信號(hào)用屏蔽電纜和附件以及數(shù)據(jù)采集卡的良好接地也是很重要的，這將從硬件上確保系統(tǒng)檢測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性。在軟件方面，系統(tǒng)主要通過低通濾波和均值濾波兩種方式減小隨機(jī)噪聲對(duì)測(cè)量結(jié)果所帶來的影響。 NI PCI-6221是一款具有高性價(jià)比的多功能數(shù)據(jù)采集卡，其16路模擬輸入（16位，250kS/s）完全滿足液位、電導(dǎo)率及溫度等模擬量采集的精度要求，24路可配置數(shù)字I/O主要用于電機(jī)反饋、壓力開關(guān)及流動(dòng)開關(guān)等數(shù)字輸入信號(hào)的采集，并用2路16位模擬輸出（833kS/s）實(shí)現(xiàn)蒸汽閥門的開度控制。CIP自動(dòng)清洗控制系統(tǒng)數(shù)將據(jù)采集與處理結(jié)果與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，其結(jié)果與流動(dòng)開關(guān)、空氣壓力開關(guān)及電機(jī)反饋等數(shù)字輸入信號(hào)共同構(gòu)成是整個(gè)系統(tǒng)邏輯控制的關(guān)鍵參數(shù)，并以此為依據(jù)控制蒸汽閥門、電磁閥及繼電器動(dòng)作。CIP自動(dòng)清洗系統(tǒng)狀態(tài)顯示界面如下圖所示。 [align=center] 圖3.1 狀態(tài)顯示界面1[/align] [align=center] 圖3.2 狀態(tài)顯示界面2 圖3 CIP自動(dòng)清洗系統(tǒng)狀態(tài)顯示界面[/align] 4. 結(jié)論 基于工控機(jī)＋數(shù)據(jù)采集卡的CIP自動(dòng)清洗控制系統(tǒng)的開發(fā)過程和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況表明，本系統(tǒng)完全滿足果汁灌裝設(shè)備清洗工藝的各項(xiàng)要求，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定、準(zhǔn)確的控制需求。與傳統(tǒng)的上位機(jī)＋PLC的控制模式相比，本系統(tǒng)不但提高了現(xiàn)場(chǎng)模擬量的采集精度，而且還大幅度降低了開發(fā)成本。 參考文獻(xiàn)： [1]楊樂平，李海濤，楊磊.LabVIEW 程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2004. [2]National Instruments Corporation. LabVIEW Function and VI reference manual, January 1998 Edition. [3]劉君華.基于LabVIEW 的虛擬儀器設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003.