粮食工业生产自动化监控系统
摘要:本文主要阐述了采用可编程控制器(PLC) 、工业控制组态软件实现粮食加工生产线的自动控制和管理。
关键词:PLC、组态软件、粮食加工自动化
一、引言
基于监控计算机(PC)、可编程控制器(PLC)、人机界面(HMI)、智能仪表、工业通信网络DCS(分布式控制系统)和FCS(现场总线控制系统)的自动化已成为现代工厂的技术支柱,并在国内外的现代化生产线广泛应用。据有关部门统计:全球近年发运的PLC中按最终用户分:汽车占23%;粮食加工占16.4%;化工占14.6%;金属矿山占11.5%;造纸占11.3%;其他占23.2%,可见粮食加工业PLC系统的应用仅次于汽车行业居第二领域。
在我国石化、冶金、电力、化肥等行业已完成了原有继电器控制系统的自动化升级,相比之下相对落后的粮食工业(大米加工、面粉加工、油脂加工、饲料加工)是在90年代初从国外成套引进面粉加工生产线后,以PLC、PC机为核心的自动控制和管理系统才逐步为业界所了解和推崇。科技的迅猛发展有力促进粮食工业的技术改造,粮食加工企业在重组改制中逐步向规模化、现代化发展,粮食加工向精加工、深加工发展。尤为引人注目的是PLC可编程控制技术在粮食工业的技改和新建项目中广泛应用。PLC控制取代了继电器控制;计算机键盘取代了按钮开关;工艺流程的计算机终端动态显示取代了模拟屏显示;PC机与集散控制网络使整个生产线处于计算机控制和管理下。彻底改变了传统粮食加工的落后面貌,成为行业发展趋势和方向。
PLC可编程控制技术在粮食工业的应用,它在保证产品质量和出品率的稳定,保证设备的效能和工艺效果的稳定,提高生产运行安全可靠性,降低操作管理人员的劳动强度,减少生产人员提高劳动价值,实现生产管理的现代化发挥了积极作用。
95年以来我们选用日本光洋SU-6M、SZ-4M PLC产品和北京亚控科技有限公司的组态王软件,先后设计了湖南省怀化面粉厂、湖南省裕华粉业公司、山西靳州面粉公司、湖南省天龙米业公司、湖北省沙洋凤池米业公司等15家新建项目的全套PLC自动控制系统设计,取得园满成功。
二、自动监控及管理系统
2.1 系统的组成
自动监控及管理系统由计算机、可编程控制器(PLC)、检测传感器、电机控制中心(MCC)组成。系统采用RS-485远程测控系统结合传统的分布测控系统特点,电脑(PC)作上位机,PLC、电子流量计、称重模块作下位机。主机的RS-232串口经外插式RS-232/RS-485转换器变成RS-485数字信号总线,上位机和下位机通过RS-485数字信号总线进行串行通信,使整个生产线处于计算机控制和管理下。
2.2 控制方式
设计上从安全、可靠、方便简洁原则出发系统控制分3个层次:
2.2.1 现场控制:每台设备设置机旁开关,该开关有三档位置:
a、手头控制档:当置于手动位置时,集控中心交出该设备控制权,操作者可在机旁直接启动该设备,它主要用来单机设备调试用。
b、停止档:当置于停止位置时,该设备即不受集控中心控制,也不能手动启动,它主要在设备检修时用。
c、自动控制档:当置于自控档时,设备由集控中心自动控制。
2.2.2 集控中心自动控制:该功能为系统的主流控制方式,生产过程的控制由操作员站和PLC控制系统自动完成。
2.2.3 在计算机界面上设置有系统的自动—手动转换按钮,在手动状态时,只要点击某台设备,即可启动该设备,该功能主要用来系统的调试。
2.3 生产操作界面
现场生产操作界面采用研华工控机(PC)17吋显示屏,它负责处理现场与运行操作有关的人机界面,使操作员通过显示屏实时了解现场运行状态,各种生产数据的当前值以及是否有故障报警发生,并可对工艺生产过程进行控制和调节。
监控计算机显示屏的主要功能:
a、能动态模拟显示各段工艺流程、生产报表、生产数据;
b、每幅画面都设置有操作按钮,如画面切换按钮,生产过程启/停控制按钮,报警按钮,紧急按钮等;
c、事件报警:生产过程中出现异常情况,自动报警并用文字显示故障类型,画面同时自动切换至故障所在的流程画面;
d、设备由静态到运行,画面模拟动画显示;
e、权限管理:操作员只有在开机时输入正确的登陆密码后,才能进入运行状态。
f、打印输出班报表,月报表。
g、查询历史数据.
监控计算机通过R232/R485适配器通过双绞线连结到SZ-4m的第一通信口,通信距离为:1400米以内,工控组态软件采用北京亚控科技公司的组态王6.01。监控计算机的功能还兼有工程师站的作用,它能对下位机(PLC)的程序进行修改、配置。为了管理的需要,充分发挥电脑的资源优势,该系统在监控计算机建立了两个数据库:
a、生产数据库:(产量、出品率、电量、吨谷电耗、流量)。
b、设备故障数据库:(设备过载、溢流、失速、仓空、仓满、故障恢复)。下位机(PLC)的生产数据和设备故障都实时记录并保存在监控计算机的数据库中,通过监控计算机可以很方便查询某年某月某时某秒的生产数据,和故障发生的时间及恢复时间,并能生成各种生产报表打印输出。
监控计算机即可远程监控,也可做为现场触模屏的沉余设计来使用。监控计算机可与单位的局域网相连,实现数据共享。
2.4 PLC可编程控制器的配置
在大中型粮食加工厂由于工艺流程长,设备多,为了使众多的设备协条一致按工艺要求自动工作达到最佳工作状态,单靠人的观察和操作远远不能所及。例如对物料流量的控制;原粮及成品的料位控制;动态计量控制;生产数据的反馈;设备的安全保护;故障的显示报警;故障情况下设备的自动转换工作状态等。这些都靠PLC来完成。一个日处理小麦200吨的面粉厂在选择PLC的I/O点数一般满足I/O点数>512点。一个日处理稻谷150吨精米厂PLC的I/O点数一般满足I/O点数>256点。
2.5 控制功能
2.5.1 工艺流程启动
工艺流程启动分工段进行,各工段可单独按工艺流程自动联锁启动,也可按工段由后向前自动联锁启动。各工段内工艺流程自动联锁启动,先启动相应的空压机,通风除尘系统,然后按物流逆向延时逐台启动各工艺设备。
2.5.2 工艺流程停止
工艺流程停止有三种方式:
a、正常停止:首先关闭所有放料气动门,然后按工艺顺物流方向逐台延时自动联锁停车,最后停止除尘设备。
b、故障停止:当前端控制单元检测到设备故障时,如过载、失速,该段的放料气动门立即关闭防止堵塞,如果在3分钟内不能恢复故障,则自动停止该工段的其他设备。
c、紧急停止:系统出现紧急情况时,可通过操作界面的紧急按钮,立即停止所有运行中的设备,以保证系统和人员的安全。
2.5.3 料位器与工艺流程联锁
比重去石机、砻谷机、重力筛设备正常工作状态需要适合的物流量配合,用料位器及气动门的开度实现这一目标。当这些设备的进料斗下料位器动作时,这些设备即停运转,其他工艺设备保持工作状态,当物料达到要求高度后,重新启动这些设备运行。
在一个局部工段中,某一料仓的料满时(或者某一设备过载)该工段的放料门立即关闭,工艺流程仍保持工作状态,如果在3分钟内仍保持这种状态,将停止该工段设备的运行。如果在3分钟内,料仓料满信号取消(或者过载设备恢复正常)则放料门重新打开,设备正常运行生产。由于工艺各工段基本是串联关系,所以以上这种控制思路,在整个流程中都结合具体情况巧妙应用。
2.5.4 生产数据的采集
该系统通过二台HMP-22W流量计和二块DTM864-2脉冲电度表,将信号分别送到PLC的A/D模块和输入模块。然后通过编程将实时模拟量和脉冲量变为实时的数字量,通过累加积分运算得到如下的生产数据:
物料流量(公斤)/h、出品率% 、班产量(吨) 、月产量(吨) 、班电量(kwh)、吨电耗(kwh/t) 、月电量(kwh)。
2.5.5 强电控制
强电控制由四块MCC柜、机旁开关、电缆、电缆桥架组成。低压电器均采用法国施耐德产品,对15kwh以上设备均采用Y/△降压启动。
三、结束语
经过多年实际运行证明,系统具有设计合理、运行可靠,界面友好,操作简单、监控方便、数据共享的特点。系统的投运,大大减轻了工人的劳动强度,提高了经济效益和自动化管理水平。
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关键词:PLC、组态软件、粮食加工自动化
一、引言
基于监控计算机(PC)、可编程控制器(PLC)、人机界面(HMI)、智能仪表、工业通信网络DCS(分布式控制系统)和FCS(现场总线控制系统)的自动化已成为现代工厂的技术支柱,并在国内外的现代化生产线广泛应用。据有关部门统计:全球近年发运的PLC中按最终用户分:汽车占23%;粮食加工占16.4%;化工占14.6%;金属矿山占11.5%;造纸占11.3%;其他占23.2%,可见粮食加工业PLC系统的应用仅次于汽车行业居第二领域。
在我国石化、冶金、电力、化肥等行业已完成了原有继电器控制系统的自动化升级,相比之下相对落后的粮食工业(大米加工、面粉加工、油脂加工、饲料加工)是在90年代初从国外成套引进面粉加工生产线后,以PLC、PC机为核心的自动控制和管理系统才逐步为业界所了解和推崇。科技的迅猛发展有力促进粮食工业的技术改造,粮食加工企业在重组改制中逐步向规模化、现代化发展,粮食加工向精加工、深加工发展。尤为引人注目的是PLC可编程控制技术在粮食工业的技改和新建项目中广泛应用。PLC控制取代了继电器控制;计算机键盘取代了按钮开关;工艺流程的计算机终端动态显示取代了模拟屏显示;PC机与集散控制网络使整个生产线处于计算机控制和管理下。彻底改变了传统粮食加工的落后面貌,成为行业发展趋势和方向。
PLC可编程控制技术在粮食工业的应用,它在保证产品质量和出品率的稳定,保证设备的效能和工艺效果的稳定,提高生产运行安全可靠性,降低操作管理人员的劳动强度,减少生产人员提高劳动价值,实现生产管理的现代化发挥了积极作用。
95年以来我们选用日本光洋SU-6M、SZ-4M PLC产品和北京亚控科技有限公司的组态王软件,先后设计了湖南省怀化面粉厂、湖南省裕华粉业公司、山西靳州面粉公司、湖南省天龙米业公司、湖北省沙洋凤池米业公司等15家新建项目的全套PLC自动控制系统设计,取得园满成功。
二、自动监控及管理系统
2.1 系统的组成
自动监控及管理系统由计算机、可编程控制器(PLC)、检测传感器、电机控制中心(MCC)组成。系统采用RS-485远程测控系统结合传统的分布测控系统特点,电脑(PC)作上位机,PLC、电子流量计、称重模块作下位机。主机的RS-232串口经外插式RS-232/RS-485转换器变成RS-485数字信号总线,上位机和下位机通过RS-485数字信号总线进行串行通信,使整个生产线处于计算机控制和管理下。
2.2 控制方式
设计上从安全、可靠、方便简洁原则出发系统控制分3个层次:
2.2.1 现场控制:每台设备设置机旁开关,该开关有三档位置:
a、手头控制档:当置于手动位置时,集控中心交出该设备控制权,操作者可在机旁直接启动该设备,它主要用来单机设备调试用。
b、停止档:当置于停止位置时,该设备即不受集控中心控制,也不能手动启动,它主要在设备检修时用。
c、自动控制档:当置于自控档时,设备由集控中心自动控制。
2.2.2 集控中心自动控制:该功能为系统的主流控制方式,生产过程的控制由操作员站和PLC控制系统自动完成。
2.2.3 在计算机界面上设置有系统的自动—手动转换按钮,在手动状态时,只要点击某台设备,即可启动该设备,该功能主要用来系统的调试。
2.3 生产操作界面
现场生产操作界面采用研华工控机(PC)17吋显示屏,它负责处理现场与运行操作有关的人机界面,使操作员通过显示屏实时了解现场运行状态,各种生产数据的当前值以及是否有故障报警发生,并可对工艺生产过程进行控制和调节。
监控计算机显示屏的主要功能:
a、能动态模拟显示各段工艺流程、生产报表、生产数据;
b、每幅画面都设置有操作按钮,如画面切换按钮,生产过程启/停控制按钮,报警按钮,紧急按钮等;
c、事件报警:生产过程中出现异常情况,自动报警并用文字显示故障类型,画面同时自动切换至故障所在的流程画面;
d、设备由静态到运行,画面模拟动画显示;
e、权限管理:操作员只有在开机时输入正确的登陆密码后,才能进入运行状态。
f、打印输出班报表,月报表。
g、查询历史数据.
监控计算机通过R232/R485适配器通过双绞线连结到SZ-4m的第一通信口,通信距离为:1400米以内,工控组态软件采用北京亚控科技公司的组态王6.01。监控计算机的功能还兼有工程师站的作用,它能对下位机(PLC)的程序进行修改、配置。为了管理的需要,充分发挥电脑的资源优势,该系统在监控计算机建立了两个数据库:
a、生产数据库:(产量、出品率、电量、吨谷电耗、流量)。
b、设备故障数据库:(设备过载、溢流、失速、仓空、仓满、故障恢复)。下位机(PLC)的生产数据和设备故障都实时记录并保存在监控计算机的数据库中,通过监控计算机可以很方便查询某年某月某时某秒的生产数据,和故障发生的时间及恢复时间,并能生成各种生产报表打印输出。
监控计算机即可远程监控,也可做为现场触模屏的沉余设计来使用。监控计算机可与单位的局域网相连,实现数据共享。
2.4 PLC可编程控制器的配置
在大中型粮食加工厂由于工艺流程长,设备多,为了使众多的设备协条一致按工艺要求自动工作达到最佳工作状态,单靠人的观察和操作远远不能所及。例如对物料流量的控制;原粮及成品的料位控制;动态计量控制;生产数据的反馈;设备的安全保护;故障的显示报警;故障情况下设备的自动转换工作状态等。这些都靠PLC来完成。一个日处理小麦200吨的面粉厂在选择PLC的I/O点数一般满足I/O点数>512点。一个日处理稻谷150吨精米厂PLC的I/O点数一般满足I/O点数>256点。
2.5 控制功能
2.5.1 工艺流程启动
工艺流程启动分工段进行,各工段可单独按工艺流程自动联锁启动,也可按工段由后向前自动联锁启动。各工段内工艺流程自动联锁启动,先启动相应的空压机,通风除尘系统,然后按物流逆向延时逐台启动各工艺设备。
2.5.2 工艺流程停止
工艺流程停止有三种方式:
a、正常停止:首先关闭所有放料气动门,然后按工艺顺物流方向逐台延时自动联锁停车,最后停止除尘设备。
b、故障停止:当前端控制单元检测到设备故障时,如过载、失速,该段的放料气动门立即关闭防止堵塞,如果在3分钟内不能恢复故障,则自动停止该工段的其他设备。
c、紧急停止:系统出现紧急情况时,可通过操作界面的紧急按钮,立即停止所有运行中的设备,以保证系统和人员的安全。
2.5.3 料位器与工艺流程联锁
比重去石机、砻谷机、重力筛设备正常工作状态需要适合的物流量配合,用料位器及气动门的开度实现这一目标。当这些设备的进料斗下料位器动作时,这些设备即停运转,其他工艺设备保持工作状态,当物料达到要求高度后,重新启动这些设备运行。
在一个局部工段中,某一料仓的料满时(或者某一设备过载)该工段的放料门立即关闭,工艺流程仍保持工作状态,如果在3分钟内仍保持这种状态,将停止该工段设备的运行。如果在3分钟内,料仓料满信号取消(或者过载设备恢复正常)则放料门重新打开,设备正常运行生产。由于工艺各工段基本是串联关系,所以以上这种控制思路,在整个流程中都结合具体情况巧妙应用。
2.5.4 生产数据的采集
该系统通过二台HMP-22W流量计和二块DTM864-2脉冲电度表,将信号分别送到PLC的A/D模块和输入模块。然后通过编程将实时模拟量和脉冲量变为实时的数字量,通过累加积分运算得到如下的生产数据:
物料流量(公斤)/h、出品率% 、班产量(吨) 、月产量(吨) 、班电量(kwh)、吨电耗(kwh/t) 、月电量(kwh)。
2.5.5 强电控制
强电控制由四块MCC柜、机旁开关、电缆、电缆桥架组成。低压电器均采用法国施耐德产品,对15kwh以上设备均采用Y/△降压启动。
三、结束语
经过多年实际运行证明,系统具有设计合理、运行可靠,界面友好,操作简单、监控方便、数据共享的特点。系统的投运,大大减轻了工人的劳动强度,提高了经济效益和自动化管理水平。
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