糧食工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)

摘要：本文主要闡述了采用可編程控制器(PLC) 、工業(yè)控制組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)糧食加工生產(chǎn)線的自動(dòng)控制和管理。
關(guān)鍵詞：PLC、組態(tài)軟件、糧食加工自動(dòng)化
一、引言
基于監(jiān)控計(jì)算機(jī)（PC）、可編程控制器(PLC)、人機(jī)界面（HMI）、智能儀表、工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)DCS（分布式控制系統(tǒng)）和FCS（現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)）的自動(dòng)化已成為現(xiàn)代工廠的技術(shù)支柱，并在國內(nèi)外的現(xiàn)代化生產(chǎn)線廣泛應(yīng)用。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)：全球近年發(fā)運(yùn)的PLC中按最終用戶分：汽車占23%；糧食加工占16.4%；化工占14.6%；金屬礦山占11.5%；造紙占11.3%；其他占23.2%,可見糧食加工業(yè)PLC系統(tǒng)的應(yīng)用僅次于汽車行業(yè)居第二領(lǐng)域。
在我國石化、冶金、電力、化肥等行業(yè)已完成了原有繼電器控制系統(tǒng)的自動(dòng)化升級(jí)，相比之下相對(duì)落后的糧食工業(yè)（大米加工、面粉加工、油脂加工、飼料加工）是在90年代初從國外成套引進(jìn)面粉加工生產(chǎn)線后，以PLC、PC機(jī)為核心的自動(dòng)控制和管理系統(tǒng)才逐步為業(yè)界所了解和推崇。科技的迅猛發(fā)展有力促進(jìn)糧食工業(yè)的技術(shù)改造，糧食加工企業(yè)在重組改制中逐步向規(guī)模化、現(xiàn)代化發(fā)展，糧食加工向精加工、深加工發(fā)展。尤為引人注目的是PLC可編程控制技術(shù)在糧食工業(yè)的技改和新建項(xiàng)目中廣泛應(yīng)用。PLC控制取代了繼電器控制；計(jì)算機(jī)鍵盤取代了按鈕開關(guān)；工藝流程的計(jì)算機(jī)終端動(dòng)態(tài)顯示取代了模擬屏顯示；PC機(jī)與集散控制網(wǎng)絡(luò)使整個(gè)生產(chǎn)線處于計(jì)算機(jī)控制和管理下。徹底改變了傳統(tǒng)糧食加工的落后面貌，成為行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)和方向。
PLC可編程控制技術(shù)在糧食工業(yè)的應(yīng)用，它在保證產(chǎn)品質(zhì)量和出品率的穩(wěn)定，保證設(shè)備的效能和工藝效果的穩(wěn)定，提高生產(chǎn)運(yùn)行安全可靠性，降低操作管理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少生產(chǎn)人員提高勞動(dòng)價(jià)值，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化發(fā)揮了積極作用。
95年以來我們選用日本光洋SU-6M、SZ-4M PLC產(chǎn)品和北京亞控科技有限公司的組態(tài)王軟件,先后設(shè)計(jì)了湖南省懷化面粉廠、湖南省裕華粉業(yè)公司、山西靳州面粉公司、湖南省天龍米業(yè)公司、湖北省沙洋鳳池米業(yè)公司等15家新建項(xiàng)目的全套PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，取得園滿成功。
二、自動(dòng)監(jiān)控及管理系統(tǒng)
2.1 系統(tǒng)的組成
自動(dòng)監(jiān)控及管理系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、可編程控制器(PLC)、檢測(cè)傳感器、電機(jī)控制中心(MCC)組成。系統(tǒng)采用RS-485遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)結(jié)合傳統(tǒng)的分布測(cè)控系統(tǒng)特點(diǎn)，電腦（PC）作上位機(jī)，PLC、電子流量計(jì)、稱重模塊作下位機(jī)。主機(jī)的RS-232串口經(jīng)外插式RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器變成RS-485數(shù)字信號(hào)總線，上位機(jī)和下位機(jī)通過RS-485數(shù)字信號(hào)總線進(jìn)行串行通信，使整個(gè)生產(chǎn)線處于計(jì)算機(jī)控制和管理下。
2.2 控制方式
設(shè)計(jì)上從安全、可靠、方便簡潔原則出發(fā)系統(tǒng)控制分3個(gè)層次：
2.2.1 現(xiàn)場(chǎng)控制：每臺(tái)設(shè)備設(shè)置機(jī)旁開關(guān)，該開關(guān)有三檔位置：
　　a、手頭控制檔：當(dāng)置于手動(dòng)位置時(shí)，集控中心交出該設(shè)備控制權(quán)，操作者可在機(jī)旁直接啟動(dòng)該設(shè)備，它主要用來單機(jī)設(shè)備調(diào)試用。
　　b、停止檔：當(dāng)置于停止位置時(shí)，該設(shè)備即不受集控中心控制，也不能手動(dòng)啟動(dòng)，它主要在設(shè)備檢修時(shí)用。
　　c、自動(dòng)控制檔：當(dāng)置于自控檔時(shí)，設(shè)備由集控中心自動(dòng)控制。
2.2.2 集控中心自動(dòng)控制：該功能為系統(tǒng)的主流控制方式，生產(chǎn)過程的控制由操作員站和PLC控制系統(tǒng)自動(dòng)完成。
2.2.3 在計(jì)算機(jī)界面上設(shè)置有系統(tǒng)的自動(dòng)—手動(dòng)轉(zhuǎn)換按鈕，在手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，只要點(diǎn)擊某臺(tái)設(shè)備，即可啟動(dòng)該設(shè)備，該功能主要用來系統(tǒng)的調(diào)試。
2.3 生產(chǎn)操作界面
現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)操作界面采用研華工控機(jī)(PC)17吋顯示屏，它負(fù)責(zé)處理現(xiàn)場(chǎng)與運(yùn)行操作有關(guān)的人機(jī)界面，使操作員通過顯示屏實(shí)時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀態(tài)，各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)的當(dāng)前值以及是否有故障報(bào)警發(fā)生，并可對(duì)工藝生產(chǎn)過程進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。
監(jiān)控計(jì)算機(jī)顯示屏的主要功能：
　　a、能動(dòng)態(tài)模擬顯示各段工藝流程、生產(chǎn)報(bào)表、生產(chǎn)數(shù)據(jù)；
　　b、每幅畫面都設(shè)置有操作按鈕，如畫面切換按鈕，生產(chǎn)過程啟/停控制按鈕，報(bào)警按鈕，緊急按鈕等；
　　c、事件報(bào)警：生產(chǎn)過程中出現(xiàn)異常情況，自動(dòng)報(bào)警并用文字顯示故障類型，畫面同時(shí)自動(dòng)切換至故障所在的流程畫面；
　　d、設(shè)備由靜態(tài)到運(yùn)行，畫面模擬動(dòng)畫顯示；
　　e、權(quán)限管理：操作員只有在開機(jī)時(shí)輸入正確的登陸密碼后，才能進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。
　　f、打印輸出班報(bào)表，月報(bào)表。
　　g、查詢歷史數(shù)據(jù).
監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過R232/R485適配器通過雙絞線連結(jié)到SZ-4m的第一通信口，通信距離為：1400米以內(nèi)，工控組態(tài)軟件采用北京亞控科技公司的組態(tài)王6.01。監(jiān)控計(jì)算機(jī)的功能還兼有工程師站的作用，它能對(duì)下位機(jī)(PLC)的程序進(jìn)行修改、配置。為了管理的需要，充分發(fā)揮電腦的資源優(yōu)勢(shì)，該系統(tǒng)在監(jiān)控計(jì)算機(jī)建立了兩個(gè)數(shù)據(jù)庫：
　　a、生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫：（產(chǎn)量、出品率、電量、噸谷電耗、流量）。
　　b、設(shè)備故障數(shù)據(jù)庫：（設(shè)備過載、溢流、失速、倉空、倉滿、故障恢復(fù)）。下位機(jī)(PLC)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和設(shè)備故障都實(shí)時(shí)記錄并保存在監(jiān)控計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫中，通過監(jiān)控計(jì)算機(jī)可以很方便查詢某年某月某時(shí)某秒的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，和故障發(fā)生的時(shí)間及恢復(fù)時(shí)間，并能生成各種生產(chǎn)報(bào)表打印輸出。
監(jiān)控計(jì)算機(jī)即可遠(yuǎn)程監(jiān)控，也可做為現(xiàn)場(chǎng)觸模屏的沉余設(shè)計(jì)來使用。監(jiān)控計(jì)算機(jī)可與單位的局域網(wǎng)相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。
2.4 PLC可編程控制器的配置
在大中型糧食加工廠由于工藝流程長，設(shè)備多，為了使眾多的設(shè)備協(xié)條一致按工藝要求自動(dòng)工作達(dá)到最佳工作狀態(tài)，單靠人的觀察和操作遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能所及。例如對(duì)物料流量的控制；原糧及成品的料位控制；動(dòng)態(tài)計(jì)量控制；生產(chǎn)數(shù)據(jù)的反饋；設(shè)備的安全保護(hù)；故障的顯示報(bào)警；故障情況下設(shè)備的自動(dòng)轉(zhuǎn)換工作狀態(tài)等。這些都靠PLC來完成。一個(gè)日處理小麥200噸的面粉廠在選擇PLC的I/O點(diǎn)數(shù)一般滿足I/O點(diǎn)數(shù)>512點(diǎn)。一個(gè)日處理稻谷150噸精米廠PLC的I/O點(diǎn)數(shù)一般滿足I/O點(diǎn)數(shù)>256點(diǎn)。
2.5 控制功能
2.5.1 工藝流程啟動(dòng)
工藝流程啟動(dòng)分工段進(jìn)行，各工段可單獨(dú)按工藝流程自動(dòng)聯(lián)鎖啟動(dòng)，也可按工段由后向前自動(dòng)聯(lián)鎖啟動(dòng)。各工段內(nèi)工藝流程自動(dòng)聯(lián)鎖啟動(dòng)，先啟動(dòng)相應(yīng)的空壓機(jī)，通風(fēng)除塵系統(tǒng)，然后按物流逆向延時(shí)逐臺(tái)啟動(dòng)各工藝設(shè)備。
2.5.2 工藝流程停止
工藝流程停止有三種方式：
　　a、正常停止：首先關(guān)閉所有放料氣動(dòng)門，然后按工藝順物流方向逐臺(tái)延時(shí)自動(dòng)聯(lián)鎖停車，最后停止除塵設(shè)備。
　　b、故障停止：當(dāng)前端控制單元檢測(cè)到設(shè)備故障時(shí)，如過載、失速，該段的放料氣動(dòng)門立即關(guān)閉防止堵塞，如果在3分鐘內(nèi)不能恢復(fù)故障，則自動(dòng)停止該工段的其他設(shè)備。
　　c、緊急停止：系統(tǒng)出現(xiàn)緊急情況時(shí)，可通過操作界面的緊急按鈕，立即停止所有運(yùn)行中的設(shè)備，以保證系統(tǒng)和人員的安全。

　　2.5.3 料位器與工藝流程聯(lián)鎖

　　比重去石機(jī)、礱谷機(jī)、重力篩設(shè)備正常工作狀態(tài)需要適合的物流量配合，用料位器及氣動(dòng)門的開度實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。當(dāng)這些設(shè)備的進(jìn)料斗下料位器動(dòng)作時(shí)，這些設(shè)備即停運(yùn)轉(zhuǎn)，其他工藝設(shè)備保持工作狀態(tài)，當(dāng)物料達(dá)到要求高度后，重新啟動(dòng)這些設(shè)備運(yùn)行。

　　在一個(gè)局部工段中，某一料倉的料滿時(shí)（或者某一設(shè)備過載）該工段的放料門立即關(guān)閉，工藝流程仍保持工作狀態(tài)，如果在3分鐘內(nèi)仍保持這種狀態(tài)，將停止該工段設(shè)備的運(yùn)行。如果在3分鐘內(nèi)，料倉料滿信號(hào)取消（或者過載設(shè)備恢復(fù)正常）則放料門重新打開，設(shè)備正常運(yùn)行生產(chǎn)。由于工藝各工段基本是串聯(lián)關(guān)系，所以以上這種控制思路，在整個(gè)流程中都結(jié)合具體情況巧妙應(yīng)用。

　　2.5.4 生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集

　　該系統(tǒng)通過二臺(tái)HMP-22W流量計(jì)和二塊DTM864-2脈沖電度表，將信號(hào)分別送到PLC的A/D模塊和輸入模塊。然后通過編程將實(shí)時(shí)模擬量和脈沖量變?yōu)閷?shí)時(shí)的數(shù)字量，通過累加積分運(yùn)算得到如下的生產(chǎn)數(shù)據(jù)：
物料流量(公斤)/h、出品率% 、班產(chǎn)量(噸) 、月產(chǎn)量(噸) 、班電量(kwh)、噸電耗(kwh/t) 、月電量(kwh)。

　　2.5.5 強(qiáng)電控制

　　強(qiáng)電控制由四塊MCC柜、機(jī)旁開關(guān)、電纜、電纜橋架組成。低壓電器均采用法國施耐德產(chǎn)品，對(duì)15kwh以上設(shè)備均采用Y/△降壓啟動(dòng)。


　　三、結(jié)束語

　　經(jīng)過多年實(shí)際運(yùn)行證明，系統(tǒng)具有設(shè)計(jì)合理、運(yùn)行可靠，界面友好，操作簡單、監(jiān)控方便、數(shù)據(jù)共享的特點(diǎn)。系統(tǒng)的投運(yùn)，大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了經(jīng)濟(jì)效益和自動(dòng)化管理水平。