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我國是一個糧食生產和消費大國, 由于土地資源分布的不同, 糧食產區、種類分布也不均衡, 致使我國糧食物流在地域時空上跨度極大。糧食倉儲物流成本高, 耗損大、靈活度差等問題一直制約著我國糧食物流產業的發展, 構建信息化、自動化的糧食物流系統已成為糧食倉儲物流行業的發展趨勢。現代控制技術的高速發展, 為實現糧庫倉儲物流自動控制提供了良好的條件[1]。

本文所述倉儲物流項目采用以PLC為核心的計算機控制系統, 實現汽車來糧接收, 出倉汽車發放以及倒倉作業的自動化控制, 并注重經濟節能和高效。

該項目建于松下港區, 規劃總倉容100 000 t, 由淺圓倉、提升塔、工作塔、汽車卸糧坑、汽車發放站、輸送棧橋等設施組成。以糧食中轉為主, 共有12 個淺圓倉, 單倉容量約8 333 t。

本項目具有汽車卸糧、入倉、出倉裝車以及倒倉等作業功能;其中, 汽車卸糧能力為4 × 300 t/h, 進倉能力為800 t/h, 倒倉及汽車發放能力為600 t/h。

根據工藝要求, 系統總計48條作業流程, 其中, 進倉12條, 出倉32條, 倒倉4條, 控制系統支持單線作業如進倉作業、倒倉作業, 還支持兩種不同類型的流程進行雙線作業如進倉和出倉, 倒倉和出倉。

本項目控制系統由現場檢測裝置、現場開關、急停開關、PLC及上位機等構成。控制系統采用SCADA結構。采用工控機作為上位機, 用于顯示工藝流程、報警記錄、設備信息等人機交互界面, 對現場設備的實時監控;PLC (可編程控制器) 為下位機, 與現場傳感器、自動化儀表等相連, 實現對現場設備的啟停、故障處理、流程控制、數據通信[2]。

上位機系統設兩個操作員站, 安裝組態軟件, 通過工業以太網連接PLC, 對設備和流程進行監控。另外, 上位機還通過工業以太網與倉容管理和稱重計算機通訊, 實時獲取倉容、稱重信息。稱重計算機與稱重單元通過PROBUS-DP總線進行通訊。

下位機系統主要以西門子S7-300 PLC可編程控制器為核心, 采用分布式布置, 主站和從站之間通過PROBUS-DP總線進行通信, 每一站點對就近的設備進行控制或者數據采集。

控制系統的硬件配置結構如圖1所示。

圖1 控制系統網絡結構圖  下載原圖

對于該項目的糧食倉儲物流控制系統, 基本的設計要求如下: (1) 操作員可通過上位機界面進行作業流程的選擇和控制, 流程選定后, PLC控制流程中選用設備逆糧流方向啟動。作業結束后, 可通過上位機畫面進行停車, PLC接收到停止命令后, 控制流程中的設備按順糧流方向停機。 (2) 除塵系統在其對應的輸送設備啟動前自動啟動, 在輸送設備停止后繼續工作一段時間, 然后自動停機。 (3) 可通過上位機監控設備啟停, 同時, PLC將流程的狀態 (如占用、故障等) 反饋到上位機, 便于操作員分析判斷。 (4) 設備啟動前, 設備所處區域警鈴響180 s, 提醒現場人員注意。設備啟動時間間隔應大于設備的啟動時間, 以避免大功率電機同時啟動對電網的沖擊。 (5) 流程運行中, 流程中的某臺設備出現故障時, 按照設備連鎖關系, 故障設備下游的設備繼續運行以清空物料, 上游設備立即停機, 以避免堵料。 (6) 某臺設備因故障或其他原因停機后, 即使原因已消失, 無操作員的啟動命令的情況下該設備不能自動啟動, 并記錄故障報警信息。

PLC控制程序采用結構化、模塊化和符號化編程, 提高了編程效率。主要包括設備單機塊、設備故障塊, 設備連鎖塊, 流程選擇塊、流程控制塊以及智能儀表數據塊等。

上位機是操作員與控制系統交流的平臺, 采用組態軟件進行編程實現。本項目控制系統監控畫面主要包括總工藝畫面、流程選擇控制畫面、流程監控畫面、電表數據畫面、參數設置畫面、系統配置以及報警總覽畫面等, 通過這些畫面可清楚直觀掌握設備和流程的運行參數和狀態, 快捷準確查出報警內容, 并運用動態文本或趨勢曲線實時監控設備電流、功率、軸溫、電能以及電子秤流量等重要數據[4]。監控畫面結構如圖2所示。

圖2 控制系統上位機畫面結構圖  下載原圖

可通過菜單欄上的導航按鈕切換到流程選擇控制、流程狀態等畫面。總工藝畫面如圖3所示。

圖3 系統的總工藝畫面圖  下載原圖

畫面中采用不同色彩及動畫表示, 綠色表示處于運行中的設備, 運行電流顯示在電機旁;藍色表示處于遙控狀態下, 在該設備的連鎖條件滿足時, 上位機上隨時可以啟動該設備;黃色表示處于計算機單機操作狀態, 可以通用上位機單機啟動設備, 不需考慮設備之間的聯鎖關系;灰色設備表示處于機側控制中的設備, 在計算機上不能啟動, 只能現場通過按鈕控制;紅色表示設備故障。

流程作業是主要的作業方式。單擊功能按鈕區的“流程選擇控制按鈕”, 畫面切換至流程選擇控制畫面, 可進行流程選擇控制。

流程選擇主要是根據糧流的流通路徑進行選擇, 首先選擇糧源設備, 再依次選擇其下游關鍵設備, 直至選出滿足要求的流程。流程選擇時, 可根據顏色變化區分已選流程或設備。流程選出后, 單擊“保存”按鈕保存此條流程, 完成一條流程的選擇。根據作業要求可進行啟動、停止或切換等操作。

若進行流程選擇時無法選擇相應的設備, 則需要檢查流程中相關設備是否存在故障, 是否被其他已選中或運行流程“占用”, 是否在“遙控”、“連鎖”狀態等流程或設備狀態, 此類信息可通過流程狀態畫面查詢, 流程狀態畫面如圖4所示。

在任意畫面單擊“報警總覽”按鈕, 系統將跳轉到報警總覽畫面 (見圖5) , 報警信息匯總顯示所有設備的報警日期、報警的時間、報警類型、報警優先級, 報警消息文本、報警持續時間、標簽名、報警狀態以及報警確認狀態9 個部分, 用于記錄故障報警的所有信息, 方便操作員查詢和分析、處理, 可有效的排查故障, 縮短檢修時間。

圖4 流程狀態畫面圖  下載原圖

圖5 報警一覽表圖  下載原圖

該項目所設計的控制系統集PLC和組態軟件為一體實現對糧食倉儲物流整個過程的自動化控制, PLC對現場傳感器、自動化儀表等參數進行采集, 通過通信線路送入上位機, 并接受上位機發出的控制命令, 實現流程選擇與控制、數據顯示、故障報警、設備監控、報表存檔打印等功能, 且可對運行參數進行調整 (如故障信號屏蔽等) , 靈活性、穩定性及可操作能力強, 運行狀況的可視化程度高, 在相當大的程度上節省了人力和物力, 為今后該領域的發展提供成功的參考案例。