我国是一个粮食生产和消费大国, 由于土地资源分布的不同, 粮食产区、种类分布也不均衡, 致使我国粮食物流在地域时空上跨度极大。粮食仓储物流成本高, 耗损大、灵活度差等问题一直制约着我国粮食物流产业的发展, 构建信息化、自动化的粮食物流系统已成为粮食仓储物流行业的发展趋势。现代控制技术的高速发展, 为实现粮库仓储物流自动控制提供了良好的条件[1]。

本文所述仓储物流项目采用以PLC为核心的计算机控制系统, 实现汽车来粮接收, 出仓汽车发放以及倒仓作业的自动化控制, 并注重经济节能和高效。

该项目建于松下港区, 规划总仓容100 000 t, 由浅圆仓、提升塔、工作塔、汽车卸粮坑、汽车发放站、输送栈桥等设施组成。以粮食中转为主, 共有12 个浅圆仓, 单仓容量约8 333 t。

本项目具有汽车卸粮、入仓、出仓装车以及倒仓等作业功能;其中, 汽车卸粮能力为4 × 300 t/h, 进仓能力为800 t/h, 倒仓及汽车发放能力为600 t/h。

根据工艺要求, 系统总计48条作业流程, 其中, 进仓12条, 出仓32条, 倒仓4条, 控制系统支持单线作业如进仓作业、倒仓作业, 还支持两种不同类型的流程进行双线作业如进仓和出仓, 倒仓和出仓。

本项目控制系统由现场检测装置、现场开关、急停开关、PLC及上位机等构成。控制系统采用SCADA结构。采用工控机作为上位机, 用于显示工艺流程、报警记录、设备信息等人机交互界面, 对现场设备的实时监控;PLC (可编程控制器) 为下位机, 与现场传感器、自动化仪表等相连, 实现对现场设备的启停、故障处理、流程控制、数据通信[2]。

上位机系统设两个操作员站, 安装组态软件, 通过工业以太网连接PLC, 对设备和流程进行监控。另外, 上位机还通过工业以太网与仓容管理和称重计算机通讯, 实时获取仓容、称重信息。称重计算机与称重单元通过PROBUS-DP总线进行通讯。

下位机系统主要以西门子S7-300 PLC可编程控制器为核心, 采用分布式布置, 主站和从站之间通过PROBUS-DP总线进行通信, 每一站点对就近的设备进行控制或者数据采集。

控制系统的硬件配置结构如图1所示。

图1 控制系统网络结构图  下载原图

对于该项目的粮食仓储物流控制系统, 基本的设计要求如下: (1) 操作员可通过上位机界面进行作业流程的选择和控制, 流程选定后, PLC控制流程中选用设备逆粮流方向启动。作业结束后, 可通过上位机画面进行停车, PLC接收到停止命令后, 控制流程中的设备按顺粮流方向停机。 (2) 除尘系统在其对应的输送设备启动前自动启动, 在输送设备停止后继续工作一段时间, 然后自动停机。 (3) 可通过上位机监控设备启停, 同时, PLC将流程的状态 (如占用、故障等) 反馈到上位机, 便于操作员分析判断。 (4) 设备启动前, 设备所处区域警铃响180 s, 提醒现场人员注意。设备启动时间间隔应大于设备的启动时间, 以避免大功率电机同时启动对电网的冲击。 (5) 流程运行中, 流程中的某台设备出现故障时, 按照设备连锁关系, 故障设备下游的设备继续运行以清空物料, 上游设备立即停机, 以避免堵料。 (6) 某台设备因故障或其他原因停机后, 即使原因已消失, 无操作员的启动命令的情况下该设备不能自动启动, 并记录故障报警信息。

PLC控制程序采用结构化、模块化和符号化编程, 提高了编程效率。主要包括设备单机块、设备故障块, 设备连锁块, 流程选择块、流程控制块以及智能仪表数据块等。

上位机是操作员与控制系统交流的平台, 采用组态软件进行编程实现。本项目控制系统监控画面主要包括总工艺画面、流程选择控制画面、流程监控画面、电表数据画面、参数设置画面、系统配置以及报警总览画面等, 通过这些画面可清楚直观掌握设备和流程的运行参数和状态, 快捷准确查出报警内容, 并运用动态文本或趋势曲线实时监控设备电流、功率、轴温、电能以及电子秤流量等重要数据[4]。监控画面结构如图2所示。

图2 控制系统上位机画面结构图  下载原图

可通过菜单栏上的导航按钮切换到流程选择控制、流程状态等画面。总工艺画面如图3所示。

图3 系统的总工艺画面图  下载原图

画面中采用不同色彩及动画表示, 绿色表示处于运行中的设备, 运行电流显示在电机旁;蓝色表示处于遥控状态下, 在该设备的连锁条件满足时, 上位机上随时可以启动该设备;黄色表示处于计算机单机操作状态, 可以通用上位机单机启动设备, 不需考虑设备之间的联锁关系;灰色设备表示处于机侧控制中的设备, 在计算机上不能启动, 只能现场通过按钮控制;红色表示设备故障。

流程作业是主要的作业方式。单击功能按钮区的“流程选择控制按钮”, 画面切换至流程选择控制画面, 可进行流程选择控制。

流程选择主要是根据粮流的流通路径进行选择, 首先选择粮源设备, 再依次选择其下游关键设备, 直至选出满足要求的流程。流程选择时, 可根据颜色变化区分已选流程或设备。流程选出后, 单击“保存”按钮保存此条流程, 完成一条流程的选择。根据作业要求可进行启动、停止或切换等操作。

若进行流程选择时无法选择相应的设备, 则需要检查流程中相关设备是否存在故障, 是否被其他已选中或运行流程“占用”, 是否在“遥控”、“连锁”状态等流程或设备状态, 此类信息可通过流程状态画面查询, 流程状态画面如图4所示。

在任意画面单击“报警总览”按钮, 系统将跳转到报警总览画面 (见图5) , 报警信息汇总显示所有设备的报警日期、报警的时间、报警类型、报警优先级, 报警消息文本、报警持续时间、标签名、报警状态以及报警确认状态9 个部分, 用于记录故障报警的所有信息, 方便操作员查询和分析、处理, 可有效的排查故障, 缩短检修时间。

图4 流程状态画面图  下载原图

图5 报警一览表图  下载原图

该项目所设计的控制系统集PLC和组态软件为一体实现对粮食仓储物流整个过程的自动化控制, PLC对现场传感器、自动化仪表等参数进行采集, 通过通信线路送入上位机, 并接受上位机发出的控制命令, 实现流程选择与控制、数据显示、故障报警、设备监控、报表存档打印等功能, 且可对运行参数进行调整 (如故障信号屏蔽等) , 灵活性、稳定性及可操作能力强, 运行状况的可视化程度高, 在相当大的程度上节省了人力和物力, 为今后该领域的发展提供成功的参考案例。