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。