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我國是一個(gè)糧食生產(chǎn)和消費(fèi)大國, 由于土地資源分布的不同, 糧食產(chǎn)區(qū)、種類分布也不均衡, 致使我國糧食物流在地域時(shí)空上跨度極大。糧食倉儲(chǔ)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(chǎn)業(yè)的發(fā)展, 構(gòu)建信息化、自動(dòng)化的糧食物流系統(tǒng)已成為糧食倉儲(chǔ)物流行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。現(xiàn)代控制技術(shù)的高速發(fā)展, 為實(shí)現(xiàn)糧庫倉儲(chǔ)物流自動(dòng)控制提供了良好的條件[1]。

本文所述倉儲(chǔ)物流項(xiàng)目采用以PLC為核心的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng), 實(shí)現(xiàn)汽車來糧接收, 出倉汽車發(fā)放以及倒倉作業(yè)的自動(dòng)化控制, 并注重經(jīng)濟(jì)節(jié)能和高效。

該項(xiàng)目建于松下港區(qū), 規(guī)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(fā)放站、輸送棧橋等設(shè)施組成。以糧食中轉(zhuǎn)為主, 共有12 個(gè)淺圓倉, 單倉容量約8 333 t。

本項(xiàng)目具有汽車卸糧、入倉、出倉裝車以及倒倉等作業(yè)功能;其中, 汽車卸糧能力為4 × 300 t/h, 進(jìn)倉能力為800 t/h, 倒倉及汽車發(fā)放能力為600 t/h。

根據(jù)工藝要求, 系統(tǒng)總計(jì)48條作業(yè)流程, 其中, 進(jìn)倉12條, 出倉32條, 倒倉4條, 控制系統(tǒng)支持單線作業(yè)如進(jìn)倉作業(yè)、倒倉作業(yè), 還支持兩種不同類型的流程進(jìn)行雙線作業(yè)如進(jìn)倉和出倉, 倒倉和出倉。

本項(xiàng)目控制系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置、現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)、急停開關(guān)、PLC及上位機(jī)等構(gòu)成。控制系統(tǒng)采用SCADA結(jié)構(gòu)。采用工控機(jī)作為上位機(jī), 用于顯示工藝流程、報(bào)警記錄、設(shè)備信息等人機(jī)交互界面, 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控;PLC (可編程控制器) 為下位機(jī), 與現(xiàn)場(chǎng)傳感器、自動(dòng)化儀表等相連, 實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的啟停、故障處理、流程控制、數(shù)據(jù)通信[2]。

上位機(jī)系統(tǒng)設(shè)兩個(gè)操作員站, 安裝組態(tài)軟件, 通過工業(yè)以太網(wǎng)連接PLC, 對(duì)設(shè)備和流程進(jìn)行監(jiān)控。另外, 上位機(jī)還通過工業(yè)以太網(wǎng)與倉容管理和稱重計(jì)算機(jī)通訊, 實(shí)時(shí)獲取倉容、稱重信息。稱重計(jì)算機(jī)與稱重單元通過PROBUS-DP總線進(jìn)行通訊。

下位機(jī)系統(tǒng)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(jìn)行通信, 每一站點(diǎn)對(duì)就近的設(shè)備進(jìn)行控制或者數(shù)據(jù)采集。

控制系統(tǒng)的硬件配置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖  下載原圖

對(duì)于該項(xiàng)目的糧食倉儲(chǔ)物流控制系統(tǒng), 基本的設(shè)計(jì)要求如下: (1) 操作員可通過上位機(jī)界面進(jìn)行作業(yè)流程的選擇和控制, 流程選定后, PLC控制流程中選用設(shè)備逆糧流方向啟動(dòng)。作業(yè)結(jié)束后, 可通過上位機(jī)畫面進(jìn)行停車, PLC接收到停止命令后, 控制流程中的設(shè)備按順糧流方向停機(jī)。 (2) 除塵系統(tǒng)在其對(duì)應(yīng)的輸送設(shè)備啟動(dòng)前自動(dòng)啟動(dòng), 在輸送設(shè)備停止后繼續(xù)工作一段時(shí)間, 然后自動(dòng)停機(jī)。 (3) 可通過上位機(jī)監(jiān)控設(shè)備啟停, 同時(shí), PLC將流程的狀態(tài) (如占用、故障等) 反饋到上位機(jī), 便于操作員分析判斷。 (4) 設(shè)備啟動(dòng)前, 設(shè)備所處區(qū)域警鈴響180 s, 提醒現(xiàn)場(chǎng)人員注意。設(shè)備啟動(dòng)時(shí)間間隔應(yīng)大于設(shè)備的啟動(dòng)時(shí)間, 以避免大功率電機(jī)同時(shí)啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊。 (5) 流程運(yùn)行中, 流程中的某臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí), 按照設(shè)備連鎖關(guān)系, 故障設(shè)備下游的設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行以清空物料, 上游設(shè)備立即停機(jī), 以避免堵料。 (6) 某臺(tái)設(shè)備因故障或其他原因停機(jī)后, 即使原因已消失, 無操作員的啟動(dòng)命令的情況下該設(shè)備不能自動(dòng)啟動(dòng), 并記錄故障報(bào)警信息。

PLC控制程序采用結(jié)構(gòu)化、模塊化和符號(hào)化編程, 提高了編程效率。主要包括設(shè)備單機(jī)塊、設(shè)備故障塊, 設(shè)備連鎖塊, 流程選擇塊、流程控制塊以及智能儀表數(shù)據(jù)塊等。

上位機(jī)是操作員與控制系統(tǒng)交流的平臺(tái), 采用組態(tài)軟件進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)。本項(xiàng)目控制系統(tǒng)監(jiān)控畫面主要包括總工藝畫面、流程選擇控制畫面、流程監(jiān)控畫面、電表數(shù)據(jù)畫面、參數(shù)設(shè)置畫面、系統(tǒng)配置以及報(bào)警總覽畫面等, 通過這些畫面可清楚直觀掌握設(shè)備和流程的運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài), 快捷準(zhǔn)確查出報(bào)警內(nèi)容, 并運(yùn)用動(dòng)態(tài)文本或趨勢(shì)曲線實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備電流、功率、軸溫、電能以及電子秤流量等重要數(shù)據(jù)[4]。監(jiān)控畫面結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 控制系統(tǒng)上位機(jī)畫面結(jié)構(gòu)圖  下載原圖

可通過菜單欄上的導(dǎo)航按鈕切換到流程選擇控制、流程狀態(tài)等畫面?？偣に嚠嬅嫒鐖D3所示。

圖3 系統(tǒng)的總工藝畫面圖  下載原圖

畫面中采用不同色彩及動(dòng)畫表示, 綠色表示處于運(yùn)行中的設(shè)備, 運(yùn)行電流顯示在電機(jī)旁;藍(lán)色表示處于遙控狀態(tài)下, 在該設(shè)備的連鎖條件滿足時(shí), 上位機(jī)上隨時(shí)可以啟動(dòng)該設(shè)備;黃色表示處于計(jì)算機(jī)單機(jī)操作狀態(tài), 可以通用上位機(jī)單機(jī)啟動(dòng)設(shè)備, 不需考慮設(shè)備之間的聯(lián)鎖關(guān)系;灰色設(shè)備表示處于機(jī)側(cè)控制中的設(shè)備, 在計(jì)算機(jī)上不能啟動(dòng), 只能現(xiàn)場(chǎng)通過按鈕控制;紅色表示設(shè)備故障。

流程作業(yè)是主要的作業(yè)方式。單擊功能按鈕區(qū)的“流程選擇控制按鈕”, 畫面切換至流程選擇控制畫面, 可進(jìn)行流程選擇控制。

流程選擇主要是根據(jù)糧流的流通路徑進(jìn)行選擇, 首先選擇糧源設(shè)備, 再依次選擇其下游關(guān)鍵設(shè)備, 直至選出滿足要求的流程。流程選擇時(shí), 可根據(jù)顏色變化區(qū)分已選流程或設(shè)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(jù)作業(yè)要求可進(jìn)行啟動(dòng)、停止或切換等操作。

若進(jìn)行流程選擇時(shí)無法選擇相應(yīng)的設(shè)備, 則需要檢查流程中相關(guān)設(shè)備是否存在故障, 是否被其他已選中或運(yùn)行流程“占用”, 是否在“遙控”、“連鎖”狀態(tài)等流程或設(shè)備狀態(tài), 此類信息可通過流程狀態(tài)畫面查詢, 流程狀態(tài)畫面如圖4所示。

在任意畫面單擊“報(bào)警總覽”按鈕, 系統(tǒng)將跳轉(zhuǎn)到報(bào)警總覽畫面 (見圖5) , 報(bào)警信息匯總顯示所有設(shè)備的報(bào)警日期、報(bào)警的時(shí)間、報(bào)警類型、報(bào)警優(yōu)先級(jí), 報(bào)警消息文本、報(bào)警持續(xù)時(shí)間、標(biāo)簽名、報(bào)警狀態(tài)以及報(bào)警確認(rèn)狀態(tài)9 個(gè)部分, 用于記錄故障報(bào)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(shí)間。

圖4 流程狀態(tài)畫面圖  下載原圖

圖5 報(bào)警一覽表圖  下載原圖

該項(xiàng)目所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)集PLC和組態(tài)軟件為一體實(shí)現(xiàn)對(duì)糧食倉儲(chǔ)物流整個(gè)過程的自動(dòng)化控制, PLC對(duì)現(xiàn)場(chǎng)傳感器、自動(dòng)化儀表等參數(shù)進(jìn)行采集, 通過通信線路送入上位機(jī), 并接受上位機(jī)發(fā)出的控制命令, 實(shí)現(xiàn)流程選擇與控制、數(shù)據(jù)顯示、故障報(bào)警、設(shè)備監(jiān)控、報(bào)表存檔打印等功能, 且可對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)整 (如故障信號(hào)屏蔽等) , 靈活性、穩(wěn)定性及可操作能力強(qiáng), 運(yùn)行狀況的可視化程度高, 在相當(dāng)大的程度上節(jié)省了人力和物力, 為今后該領(lǐng)域的發(fā)展提供成功的參考案例。