湖南天龍米業(yè)有限公司生產(chǎn)自動化監(jiān)控系統(tǒng)

摘要：本文主要闡述了用光洋電子有限公司的SZ—4m可編程控制器(PLC)實(shí)現(xiàn)大米精加工生產(chǎn)線的自動控制，并對整個(gè)控制系統(tǒng)硬件配置和軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹。
關(guān)鍵詞：大米加工自動化
引言: 湖南省天龍米業(yè)有限公司位于湖南省永州市祁陽縣文明鋪鎮(zhèn)，公司擁有固定資產(chǎn)1500萬元，占地面積2.5萬平方米，其中建筑面積1.1萬平方米。有年產(chǎn)3萬噸和年產(chǎn)2萬噸精米生產(chǎn)線各一條；年產(chǎn)毛糠油500噸生產(chǎn)線一條。2001年加工大米3.8萬噸，銷售收入5600萬元，2002年加工大米4.5萬噸，銷售收入6500萬元。是目前我省規(guī)模最大，檔次最高的糧食加工民營企業(yè)。2002年為了滿足市場對高檔精制大米的需求，公司決定走用先進(jìn)技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展之路，新建一條年產(chǎn)3萬噸高檔精制米生產(chǎn)線。工藝設(shè)備除選用國內(nèi)知名糧機(jī)廠家的新設(shè)備外，還引進(jìn)了日本、美國、德國的拋光機(jī)、精選 機(jī)、色選 機(jī)和包裝機(jī)。生產(chǎn)控制系統(tǒng)采用國際先進(jìn)的可編程控制器(PLC)和觸摸屏操作界面，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理的自動化。該項(xiàng)目己于2002年12月20日投入運(yùn)行。
自動監(jiān)控及管理系統(tǒng):
2.1 系統(tǒng)的組成
自動監(jiān)控及管理系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、觸摸屏、可編程控制器(PLC)、檢測傳感器、電機(jī)控制中心(MCC)組成。監(jiān)控系統(tǒng)的硬件配置見圖。
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)場控制：每臺設(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，也不能手動啟動，它主要在設(shè)備檢修時(shí)用。
c、自動控制檔：當(dāng)置于自控檔時(shí)，設(shè)備由集控中心自動控制。
2.2.2 集控中心自動控制：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)自動完成。
2.2.3 在觸摸屏界面上設(shè)置有系統(tǒng)的自動—手動轉(zhuǎn)換按鈕，在手動狀態(tài)時(shí)，只要觸模某臺設(shè)備，即可啟動該設(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)場生產(chǎn)操作界面采用日本Pro—face公司GP2000 12.1英寸彩色觸摸屏，它負(fù)責(zé)處理現(xiàn)場與運(yùn)行操作有關(guān)的人機(jī)界面，使操作員通過觸摸屏實(shí)時(shí)了解現(xiàn)場運(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，并可對工藝生產(chǎn)過程進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。
觸摸屏的主要功能：
a、能動態(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，自動報(bào)警并用文字顯示故障類型，畫面同時(shí)自動切畫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，觸摸屏才能進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。
f、打印輸出班報(bào)表，月報(bào)表。
觸摸屏通過電纜連結(jié)到SZ-4m的第二通信口，通信距離為30米之內(nèi)。
2.4 監(jiān)控計(jì)算機(jī)
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)，軟件采用組態(tài)王5.01。監(jiān)控計(jì)算機(jī)的功能包括了觸摸屏全部功能外，還兼有工程師站的作用，它能對下位機(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，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、出造率、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)場觸摸屏的沉余設(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。
2.5 PLC可編程控制器
根據(jù)高檔精制米生產(chǎn)線工藝設(shè)備、傳感器的數(shù)量。PLC的配置見圖。主PLC采用日本光洋SZ-4m, 輸入點(diǎn)：64 ; 輸出點(diǎn)：48點(diǎn);配置一塊8路A/D模塊，用來采集電子流量計(jì)模擬量。配置一塊遠(yuǎn)程通信模塊，用來將SZ-4m主PLC的開關(guān)量及數(shù)據(jù)傳送到次PLC SZ4中。
次PLC SZ-4 輸出點(diǎn)：60點(diǎn),它主要為安裝在辦公大樓1400mm×2400mm的模擬屏提供開關(guān)量信號和數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程大屏面顯示生產(chǎn)狀態(tài)。
2.6 控制功能
2.6.1 工藝流程啟動
工藝流程啟動分工段（礱谷、碾米、拋光）進(jìn)行，各工段可單獨(dú)按工藝流程自動聯(lián)鎖啟動，也可按工段由后向前自動聯(lián)鎖啟動。各工段內(nèi)工藝流程自動聯(lián)鎖啟動，先啟動相應(yīng)的空壓機(jī)，通風(fēng)除塵系統(tǒng)，然后按物流逆向延時(shí)逐臺啟動各工藝設(shè)備。
天龍米業(yè)公司的碾米工段共配置了5臺米機(jī)，其中3臺砂輥米機(jī)，2臺鐵輥米機(jī)。在該工段中有兩種組合：
a、本省稻工藝流程：
提升機(jī)4→糙米篩→流量計(jì)→升降機(jī)5→砂輥米機(jī)1→砂輥米機(jī)2→砂輥米機(jī)3→提升機(jī)6
b、東北稻谷流程
分層機(jī)→提升機(jī)4→糙米篩→砂輥米機(jī)1→流量計(jì)→E5→鐵輥米機(jī)1.2→E6
為了解決不同原料時(shí)，工藝流程動態(tài)組合，我們在主畫面中配置了原料選擇按鈕，通過原糧選擇按鈕控制設(shè)備的聯(lián)鎖啟停，和觸摸屏及監(jiān)控計(jì)算畫面的動態(tài)組合。PLC上電，首先默認(rèn)是加工本省稻，設(shè)備啟動按本省稻工藝流程啟動，觸摸屏和監(jiān)控計(jì)算機(jī)顯示加工本省稻的流程。如果要加工東北稻，在進(jìn)入畫面時(shí)按下東北稻選擇按鈕（本省稻、東北稻選擇按鈕互為連鎖），則設(shè)備啟動按加工東北稻流程啟動，同樣觸摸屏和監(jiān)控計(jì)算機(jī)顯示加工東北稻的流程。
2.6.2 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)閉所有放料氣動門，然后按工藝順物流方向逐臺延時(shí)自動聯(lián)鎖停車，最后停止除塵設(shè)備。
b、故障停止：當(dāng)前端控制單元檢測到設(shè)備故障時(shí)，如過載、失速，該段的放料氣動門立即關(guān)閉，如果在3分鐘內(nèi)不能恢復(fù)故障，則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。
2.6.3 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)。由于米廠的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。
2.6.4 生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集
該系統(tǒng)通過二臺HMP-22W流量計(jì)和二塊DTM864-2脈沖電度表，將信號分別送到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)：
稻谷流量(公斤)/h、糙米流量(公斤)/h、出糙率% 、班稻谷產(chǎn)量(噸) 、班糙米產(chǎn)量(噸)、月稻谷產(chǎn)量(噸) 、月糙米產(chǎn)量(噸) 、班電量(kwh)、噸稻電耗(kwh/t) 、月電量(kwh)
2.6.5 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。低壓電器均采用施耐德產(chǎn)品，對15kwh以上設(shè)備均采用Y/△降壓啟動。
結(jié)束語:
該控制系統(tǒng)己于2003年3月8日投產(chǎn)用于生產(chǎn)現(xiàn)場，經(jīng)過實(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強(qiáng)度，提高了經(jīng)濟(jì)效益和自動化管理水平。