1、工业控制计算机2023年第36卷第1期基于 PLC 的联合消毒箱控制系统设计刘聪樊士冉张志勇赵铖杜建飞（新希望六和股份有限公司，山东 青岛266001）Design of Control System for Combined Sterilization Chamber Based on PLC摘要：物品消毒箱在防疫要求较高的场合扮演着不可或缺的角色。当前市面上常用的消毒箱无专用控制器实现作业流程的整体控制，难以确保消毒效果的有效性，也不容易实现外设的拓展与升级。为解决此问题，基于PLC主控器展开联合消毒箱的控制系统设计，以工艺流程为主线，采用结构化设计方法，完成了硬件、程序设计的输出。试验结
2、果表明，所设计的控制系统满足消毒箱产品的控制要求。该系统对物资消毒控制系统的设计具有借鉴价值。关键词：消毒箱；PLC；控制系统Abstract:Material disinfection chamber plays an indispensable role in occasions with high requirements for epidemic pre-vention.At present,the commonly used disinfection chambers on the market do not have a dedicated controller to realiz
3、e theoverall control of the operation process,and it is difficult to ensure the effectiveness of the disinfection effect.In addition,it isnot easy to achieve the expansion and upgrade of peripherals.In order to solve this problem,this paper develops the controlsystem of the combined sterilization ch
4、amber based on the PLC main controller.Adopting the structured design method,ittakes the technological process as the main line,and completes the output of the hardware and program design.The experi-mental results show that the designed control system meets the control requirements of the disinfecti
5、on chamber.Keywords:sterilization chamber,PLC,control system用于指定物品消毒的紫外/高温消毒箱（也称传递窗），在医院、实验室、食品加工厂、电子厂、规模养殖场等场合得到了普遍的应用1，但此类消毒箱多采用简单的机械互锁、简易电气互锁等形式来控制消毒规范性2，而很少采用专业控制器实现对系统的整体控制。这直接导致了消毒时间/温度（针对高温消毒箱）不可设定、消毒过程缺乏监测、产品外设不易拓展等缺陷。消毒时间/温度不可设定，应用于不同场景/不同物资的消毒作业时，参数不能灵活调整，使得产品使用具有较强的局限性；消毒过程缺乏监测，若高温消毒箱温度超过
6、阈值，轻则引起被消毒物资损伤，重则导致产品电路火灾；若紫外消毒箱受控门意外开启，紫外线辐射极易引起周边人员皮肤、眼睛等器官灼伤3；因无专业控制器，外设（如控制按钮、指示灯、蜂鸣器等）难以灵活拓展，满足多样化的定制需求。本文将介绍基于PLC的联合消毒箱控制系统设计，选用联合消毒箱（同时具备高温、紫外消毒作用的传递窗）作为研究对象，因其涵盖了紫外、高温两种普遍采用的消毒原理，故可适用大部分的应用场景。由于可靠性高、抗干扰能力强、适用性强、易学易用、维护方便、能耗低等优点，采用工业上常用的PLC作为联合消毒箱的控制器。所设计的控制系统，可实现对作业过程和状态的实时监测；针对不同的外设触发，系统可灵活
7、响应；因其较好的拓展性，对于不同的用户需求，可有针对性地进行参数化配置。1工艺流程联合消毒箱工艺流程基于作业过程可分为置物、消毒、取物三部分。如图1为联合消毒箱的工艺流程，系统上电状态下，作业人员按下开门按钮，系统在判定内部无消毒物资的前提下，会打开置物入口门锁。门开启后，人员将待消毒物资放置在消毒箱内部指定位置并关闭入口门。根据待消毒物资的特性，人员选择加热或紫外的消毒方式，按下相应消毒按钮。系统在判定条件具备的情况下（受控门有效关闭、计时器复位等）启动消毒作业，计时器开始计时。消毒完成后，计时器完成计时复位，蜂鸣器响起，人员开门取物，关门完成一次消毒作业过程，系统进入下一轮消毒的待机状态。
8、图1联合消毒箱工艺流程图2整体设计方案2.1控制要求本系统设计基于三菱FX3U系列PLC，结合产品开发特点和工艺流程要求，需满足如下控制要求：（1）满足系统控制要求系统设计必须确保能实现图1的工艺流程，以及满足对象的各项技术指标。重要技术指标如表1所示：表1联合消毒箱控制系统技术指标（2）确保系统安全可靠性应确保控制系统能够长期安全、稳定、可靠工作。安全方面，系统的设计必须符合各种相关安全标准，在设计中充分考虑各种安全防护措施，比如安全电路、安全防护等。对于涉及人身安143基于PLC的联合消毒箱控制系统设计全的部件，必须在设计时进行严格的异常处理设计，避免触电、灼伤、烫伤等风险发生。可靠性方面
9、，考虑产品的维护和维修，应使系统具有良好的维修性。产品的薄弱环节（如易损电气件）应尽量做成独立部件或采用标准件。（3）系统结构简单实用在能够满足系统控制要求、确保系统安全可靠的前提下，应使系统设计应该尽可能简单、实用。简化操作步骤，人员可一键启停消毒；减少电气件种类和数量，提高系统可靠性；控制程序简化，提高程序的可复用性。2.2硬件方案设计以PLC控制器为核心，梳理系统的输入输出如图2所示：图2系统输入输出框架图输入方面，按钮若干，作为人员直接操作的外设，触发开锁、启停加热管、控制紫外灯等；温度传感器用于反馈消毒箱内实时温度至控制器；计时器复位信号、锁吸合信号系统为系统控制提供决策信息。输出方
10、面，加热管、紫外灯作为消毒的直接作用外设，关乎消毒效果的有效性。风扇配合加热管使用，用以促进箱体内温度的均匀性。锁通断，为了满足门的开闭功能。计时器的启停、蜂鸣器的响应用于作业节点的交互。基于三菱FX3U系列PLC，设计系统硬件电气图如3所示：图3联合消毒箱控制系统电气图主要硬件说明如下：所选PLC控制器型号为三菱FX3U-24MR-6AI2AO，输入电源DC 24 V，具备RS485通信能力，具有X0X15共计16个输入点，Y0Y11共计12个输出点。同时，该控制器具备模拟量输入、输出、定时器、计数器、寄存器等功能模块。TH10S-B_RS485通讯型温湿度传感器，有标准的RS485接口，通
11、信距离可达1200 m。DC 512 V的宽电压输入，采用标准的MODBUS RTU协议。-4085的测温范围，测温精度0.5，分辨率0.1。SM565计时器，具备正、倒计时两种方式，计时工作模式可以采用信号输入控制计时和面板复位键控制计时，满足系统自动控制需求。且可以通过计时器内部继电器的状态，获取计时/复位信号作为控制器输入信息。KOB磁力锁，KT-160-M，60 kg磁力锁满足承受拉力要求；带有信号反馈，方便获取门的开合状态。2.3程序设计系统采用GX Works2梯形图编程4，设计逻辑基于工艺流程要求，所采用的部分输入、输出、辅助继电器如表2所示：表2程序软元件截取关键作业程序如图4
12、所示，其涵盖了开启受控门、紫外消毒启动、加热消毒启动、作业完成等关键环节。图4系统关键作业程序3试验结合结构设计，制作如图5所示的联合消毒箱样机，并进行了试验工作。基于工艺流程及异常处理情况，选择三台样机（定义A、B、C）设计如下试验项并记录如表3所示。144工业控制计算机2023年第36卷第1期（上接第120页）点像素值为1，右侧图像对应点像素值值为2（以三通道RGB图像其中一通道为例，三个通道的值计算方式相同）。则该点的某一通道的像素值可以表示为：=1（-0）W+2（1-）W计算完重叠区域所有像素的三通道像素值后融合处理即完成，这样便快速地实现了拼缝处的平滑过渡处理。3图像拼接效果将图像按
13、照上述方法依次拼接融合后，便得到了全景画面。图7为最终拼接图像效果：图7拼接融合后的效果图4结束语本文在经典全景图像拼接流程的基础上，采用了先离线计算参数，后实时拼接的方法。由于相机的位置固定，因此标定过程只需要初始化时计算一次，实时图像拼接时只需要进行图像矫正、图像对齐和融合的操作即可，节省了大量的时间。在特征提取时采用Lowes算法对传统SIFT特征匹配结果进行筛选，提高了匹配精度。采用加权平均融合算法来实现多个摄像头图像的快速拼接融合。参考文献1李宝华，周焰，张朝伟图像拼接技术在军事监控系统中的应用J微计算机信息，2008，24（27）：310-3122MAINTZ J B A,VIER
14、GEVER M AA survey of medical imageregistrationJMedical Image Analysis,1998,2(1):1-363CHENG Y,ZHOU Y,LIN H T,et al Automatic registrationand mosaic of remote sensed imagery based on SIFT fea-tureJRemote Sensing Technology&Application,2008,23(6):721-7284XU Y OU J,HU H,et al Mosaicking of unmanned aeri
15、al vehi-cle imageryintheabsenceofcameraposes JRemoteSensing,2016,8(3)：2045Z Zhang.A flexible new technique for camera calibrationJ.IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelli-gence,2000,22(11):1330-13346LINDEBERG T.Scale invariant feature transform J.Scholar-pedia,20127BAY H,TUYTELAARS
16、 T,GOOL L V.Surf:Speeded up ro-bust features C/European conference on computer vision.Springer,Berlin,Heidelberg,2006:404-4178RUBLEE E,RABAUD V,KONOLIGE K,et al.ORB:An effi-cient alternative to SIFT or SURF C/2011 International con-ference on computer vision.IEEE,2011:2564-25719于国栋，王春阳，兰孝野，等.基于离线标定的快速图像拼接算法J.液晶与显示，2021，36（10）：1430134610Wang X,Cao W,Yao C,et al.Feature Matching AlgorithmBased on SURF and Lowes Algorithm C/2020 39th Chi-nese Control Conference(CCC).IEEE,2020:5996-6000收稿日期：2022-06-