糧食工業生產自動化監控系統

摘要：本文主要闡述了采用可編程控制器(PLC) 、工業控制組態軟件實現糧食加工生產線的自動控制和管理。
關鍵詞：PLC、組態軟件、糧食加工自動化
一、引言
基于監控計算機（PC）、可編程控制器(PLC)、人機界面（HMI）、智能儀表、工業通信網絡DCS（分布式控制系統）和FCS（現場總線控制系統）的自動化已成為現代工廠的技術支柱，并在國內外的現代化生產線廣泛應用。據有關部門統計：全球近年發運的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PLC系統的應用僅次于汽車行業居第二領域。
在我國石化、冶金、電力、化肥等行業已完成了原有繼電器控制系統的自動化升級，相比之下相對落后的糧食工業（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面粉加工生產線后，以PLC、PC機為核心的自動控制和管理系統才逐步為業界所了解和推崇。科技的迅猛發展有力促進糧食工業的技術改造，糧食加工企業在重組改制中逐步向規模化、現代化發展，糧食加工向精加工、深加工發展。尤為引人注目的是PLC可編程控制技術在糧食工業的技改和新建項目中廣泛應用。PLC控制取代了繼電器控制；計算機鍵盤取代了按鈕開關；工藝流程的計算機終端動態顯示取代了模擬屏顯示；PC機與集散控制網絡使整個生產線處于計算機控制和管理下。徹底改變了傳統糧食加工的落后面貌，成為行業發展趨勢和方向。
PLC可編程控制技術在糧食工業的應用，它在保證產品質量和出品率的穩定，保證設備的效能和工藝效果的穩定，提高生產運行安全可靠性，降低操作管理人員的勞動強度，減少生產人員提高勞動價值，實現生產管理的現代化發揮了積極作用。
95年以來我們選用日本光洋SU-6M、SZ-4M PLC產品和北京亞控科技有限公司的組態王軟件,先后設計了湖南省懷化面粉廠、湖南省裕華粉業公司、山西靳州面粉公司、湖南省天龍米業公司、湖北省沙洋鳳池米業公司等15家新建項目的全套PLC自動控制系統設計，取得園滿成功。
二、自動監控及管理系統
2.1 系統的組成
自動監控及管理系統由計算機、可編程控制器(PLC)、檢測傳感器、電機控制中心(MCC)組成。系統采用RS-485遠程測控系統結合傳統的分布測控系統特點，電腦（PC）作上位機，PLC、電子流量計、稱重模塊作下位機。主機的RS-232串口經外插式RS-232/RS-485轉換器變成RS-485數字信號總線，上位機和下位機通過RS-485數字信號總線進行串行通信，使整個生產線處于計算機控制和管理下。
2.2 控制方式
設計上從安全、可靠、方便簡潔原則出發系統控制分3個層次：
2.2.1 現場控制：每臺設備設置機旁開關，該開關有三檔位置：
　　a、手頭控制檔：當置于手動位置時，集控中心交出該設備控制權，操作者可在機旁直接啟動該設備，它主要用來單機設備調試用。
　　b、停止檔：當置于停止位置時，該設備即不受集控中心控制，也不能手動啟動，它主要在設備檢修時用。
　　c、自動控制檔：當置于自控檔時，設備由集控中心自動控制。
2.2.2 集控中心自動控制：該功能為系統的主流控制方式，生產過程的控制由操作員站和PLC控制系統自動完成。
2.2.3 在計算機界面上設置有系統的自動—手動轉換按鈕，在手動狀態時，只要點擊某臺設備，即可啟動該設備，該功能主要用來系統的調試。
2.3 生產操作界面
現場生產操作界面采用研華工控機(PC)17吋顯示屏，它負責處理現場與運行操作有關的人機界面，使操作員通過顯示屏實時了解現場運行狀態，各種生產數據的當前值以及是否有故障報警發生，并可對工藝生產過程進行控制和調節。
監控計算機顯示屏的主要功能：
　　a、能動態模擬顯示各段工藝流程、生產報表、生產數據；
　　b、每幅畫面都設置有操作按鈕，如畫面切換按鈕，生產過程啟/停控制按鈕，報警按鈕，緊急按鈕等；
　　c、事件報警：生產過程中出現異常情況，自動報警并用文字顯示故障類型，畫面同時自動切換至故障所在的流程畫面；
　　d、設備由靜態到運行，畫面模擬動畫顯示；
　　e、權限管理：操作員只有在開機時輸入正確的登陸密碼后，才能進入運行狀態。
　　f、打印輸出班報表，月報表。
　　g、查詢歷史數據.
監控計算機通過R232/R485適配器通過雙絞線連結到SZ-4m的第一通信口，通信距離為：1400米以內，工控組態軟件采用北京亞控科技公司的組態王6.01。監控計算機的功能還兼有工程師站的作用，它能對下位機(PLC)的程序進行修改、配置。為了管理的需要，充分發揮電腦的資源優勢，該系統在監控計算機建立了兩個數據庫：
　　a、生產數據庫：（產量、出品率、電量、噸谷電耗、流量）。
　　b、設備故障數據庫：（設備過載、溢流、失速、倉空、倉滿、故障恢復）。下位機(PLC)的生產數據和設備故障都實時記錄并保存在監控計算機的數據庫中，通過監控計算機可以很方便查詢某年某月某時某秒的生產數據，和故障發生的時間及恢復時間，并能生成各種生產報表打印輸出。
監控計算機即可遠程監控，也可做為現場觸模屏的沉余設計來使用。監控計算機可與單位的局域網相連，實現數據共享。
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，設備多，為了使眾多的設備協條一致按工藝要求自動工作達到最佳工作狀態，單靠人的觀察和操作遠遠不能所及。例如對物料流量的控制；原糧及成品的料位控制；動態計量控制；生產數據的反饋；設備的安全保護；故障的顯示報警；故障情況下設備的自動轉換工作狀態等。這些都靠PLC來完成。一個日處理小麥200噸的面粉廠在選擇PLC的I/O點數一般滿足I/O點數>512點。一個日處理稻谷150噸精米廠PLC的I/O點數一般滿足I/O點數>256點。
2.5 控制功能
2.5.1 工藝流程啟動
工藝流程啟動分工段進行，各工段可單獨按工藝流程自動聯鎖啟動，也可按工段由后向前自動聯鎖啟動。各工段內工藝流程自動聯鎖啟動，先啟動相應的空壓機，通風除塵系統，然后按物流逆向延時逐臺啟動各工藝設備。
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：首先關閉所有放料氣動門，然后按工藝順物流方向逐臺延時自動聯鎖停車，最后停止除塵設備。
　　b、故障停止：當前端控制單元檢測到設備故障時，如過載、失速，該段的放料氣動門立即關閉防止堵塞，如果在3分鐘內不能恢復故障，則自動停止該工段的其他設備。
　　c、緊急停止：系統出現緊急情況時，可通過操作界面的緊急按鈕，立即停止所有運行中的設備，以保證系統和人員的安全。

　　2.5.3 料位器與工藝流程聯鎖

　　比重去石機、礱谷機、重力篩設備正常工作狀態需要適合的物流量配合，用料位器及氣動門的開度實現這一目標。當這些設備的進料斗下料位器動作時，這些設備即停運轉，其他工藝設備保持工作狀態，當物料達到要求高度后，重新啟動這些設備運行。

　　在一個局部工段中，某一料倉的料滿時（或者某一設備過載）該工段的放料門立即關閉，工藝流程仍保持工作狀態，如果在3分鐘內仍保持這種狀態，將停止該工段設備的運行。如果在3分鐘內，料倉料滿信號取消（或者過載設備恢復正常）則放料門重新打開，設備正常運行生產。由于工藝各工段基本是串聯關系，所以以上這種控制思路，在整個流程中都結合具體情況巧妙應用。

　　2.5.4 生產數據的采集

　　該系統通過二臺HMP-22W流量計和二塊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。然后通過編程將實時模擬量和脈沖量變為實時的數字量，通過累加積分運算得到如下的生產數據：
物料流量(公斤)/h、出品率% 、班產量(噸) 、月產量(噸) 、班電量(kwh)、噸電耗(kwh/t) 、月電量(kwh)。

　　2.5.5 強電控制

　　強電控制由四塊MCC柜、機旁開關、電纜、電纜橋架組成。低壓電器均采用法國施耐德產品，對15kwh以上設備均采用Y/△降壓啟動。


　　三、結束語

　　經過多年實際運行證明，系統具有設計合理、運行可靠，界面友好，操作簡單、監控方便、數據共享的特點。系統的投運，大大減輕了工人的勞動強度，提高了經濟效益和自動化管理水平。