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我國是一個糧食生產(chǎn)和消費大國, 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(chǎn)業(yè)的發(fā)展, 構(gòu)建信息化、自動化的糧食物流系統(tǒng)已成為糧食倉儲物流行業(yè)的發(fā)展趨勢?，F(xiàn)代控制技術(shù)的高速發(fā)展, 為實現(xiàn)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(tǒng), 實現(xiàn)汽車來糧接收, 出倉汽車發(fā)放以及倒倉作業(yè)的自動化控制, 并注重經(jīng)濟節(jié)能和高效。

該項目建于松下港區(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(yè)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(fā)放能力為600 t/h。

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

本項目控制系統(tǒng)由現(xiàn)場檢測裝置、現(xiàn)場開關(guān)、急停開關(guān)、PLC及上位機等構(gòu)成?？刂葡到y(tǒng)采用SCADA結(jié)構(gòu)。采用工控機作為上位機, 用于顯示工藝流程、報警記錄、設(shè)備信息等人機交互界面, 對現(xiàn)場設(shè)備的實時監(jiān)控;PLC (可編程控制器) 為下位機, 與現(xiàn)場傳感器、自動化儀表等相連, 實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的啟停、故障處理、流程控制、數(shù)據(jù)通信[2]。

上位機系統(tǒng)設(shè)兩個操作員站, 安裝組態(tài)軟件, 通過工業(yè)以太網(wǎng)連接PLC, 對設(shè)備和流程進行監(jiān)控。另外, 上位機還通過工業(yè)以太網(wǎng)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(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總線進行通信, 每一站點對就近的設(shè)備進行控制或者數(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

對于該項目的糧食倉儲物流控制系統(tǒng), 基本的設(shè)計要求如下: (1) 操作員可通過上位機界面進行作業(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。作業(yè)結(jié)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(shè)備按順糧流方向停機。 (2) 除塵系統(tǒng)在其對應(yīng)的輸送設(shè)備啟動前自動啟動, 在輸送設(shè)備停止后繼續(xù)工作一段時間, 然后自動停機。 (3) 可通過上位機監(jiān)控設(shè)備啟停, 同時, PLC將流程的狀態(tài) (如占用、故障等) 反饋到上位機, 便于操作員分析判斷。 (4) 設(shè)備啟動前, 設(shè)備所處區(qū)域警鈴響180 s, 提醒現(xiàn)場人員注意。設(shè)備啟動時間間隔應(yīng)大于設(shè)備的啟動時間, 以避免大功率電機同時啟動對電網(wǎng)的沖擊。 (5) 流程運行中, 流程中的某臺設(shè)備出現(xiàn)故障時, 按照設(shè)備連鎖關(guān)系, 故障設(shè)備下游的設(shè)備繼續(xù)運行以清空物料, 上游設(shè)備立即停機, 以避免堵料。 (6) 某臺設(shè)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(shè)備不能自動啟動, 并記錄故障報警信息。

PLC控制程序采用結(jié)構(gòu)化、模塊化和符號化編程, 提高了編程效率。主要包括設(shè)備單機塊、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。

上位機是操作員與控制系統(tǒng)交流的平臺, 采用組態(tài)軟件進行編程實現(xiàn)。本項目控制系統(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)備和流程的運行參數(shù)和狀態(tài), 快捷準(zhǔn)確查出報警內(nèi)容, 并運用動態(tài)文本或趨勢曲線實時監(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畫表示, 綠色表示處于運行中的設(shè)備, 運行電流顯示在電機旁;藍色表示處于遙控狀態(tài)下, 在該設(shè)備的連鎖條件滿足時, 上位機上隨時可以啟動該設(shè)備;黃色表示處于計算機單機操作狀態(tài), 可以通用上位機單機啟動設(shè)備, 不需考慮設(shè)備之間的聯(lián)鎖關(guān)系;灰色設(shè)備表示處于機側(cè)控制中的設(shè)備, 在計算機上不能啟動, 只能現(xiàn)場通過按鈕控制;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, 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(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“報警總覽”按鈕, 系統(tǒng)將跳轉(zhuǎn)到報警總覽畫面 (見圖5) , 報警信息匯總顯示所有設(shè)備的報警日期、報警的時間、報警類型、報警優(yōu)先級, 報警消息文本、報警持續(xù)時間、標(biāo)簽名、報警狀態(tài)以及報警確認(rèn)狀態(tài)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(tài)畫面圖  下載原圖

圖5 報警一覽表圖  下載原圖

該項目所設(shè)計的控制系統(tǒng)集PLC和組態(tài)軟件為一體實現(xiàn)對糧食倉儲物流整個過程的自動化控制, PLC對現(xiàn)場傳感器、自動化儀表等參數(shù)進行采集, 通過通信線路送入上位機, 并接受上位機發(fā)出的控制命令, 實現(xiàn)流程選擇與控制、數(shù)據(jù)顯示、故障報警、設(shè)備監(jiān)控、報表存檔打印等功能, 且可對運行參數(shù)進行調(diào)整 (如故障信號屏蔽等) , 靈活性、穩(wěn)定性及可操作能力強, 運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。