湖南天龍米業有限公司生產自動化監控系統
——湖南省懷化面粉廠高級工程師張天堂
摘要：本文主要闡述了用光洋電子有限公司的SZ—4m可編程控制器(PLC)實現大米精加工生產線的自動控制，并對整個控制系統硬件配置和軟件設計進行了介紹。
關鍵詞：大米加工自動化
一、引言
湖南省天龍米業有限公司位于湖南省永州市祁陽縣文明鋪鎮，公司擁有固定資產1500萬元，占地面積2.5萬平方米，其中建筑面積1.1萬平方米。有年產3萬噸和年產2萬噸精米生產線各一條；年產毛糠油500噸生產線一條。2001年加工大米3.8萬噸，銷售收入5600萬元，2002年加工大米4.5萬噸，銷售收入6500萬元。是目前我省規模最大，檔次最高的糧食加工民營企業。2002年為了滿足市場對高檔精制大米的需求，公司決定走用先進技術改造傳統產業的發展之路，新建一條年產3萬噸高檔精制米生產線。工藝設備除選用國內知名糧機廠家的新設備外，還引進了日本、美國、德國的拋光機、精選 機、色選 機和包裝機。生產控制系統采用國際先進的可編程控制器(PLC)和觸摸屏操作界面，實現生產管理的自動化。該項目己于2002年12月20日投入運行。
二、自動監控及管理系統
2.1 系統的組成
自動監控及管理系統由計算機、觸摸屏、可編程控制器(PLC)、檢測傳感器、電機控制中心(MCC)組成。監控系統的硬件配置見圖。
2.2 控制方式
設計上從安全、可靠、方便簡潔原則出發系統控制分3個層次：
2.2.1 現場控制：每臺設備設置機旁開關，該開關有三檔位置：
a、手頭控制檔：當置于手動位置時，集控中心交出該設備控制權，操作者可在機旁直接啟動該設備，它主要用來單機設備調試用。
b、停止檔：當置于停止位置時，該設備即不受集控中心控制，也不能手動啟動，它主要在設備檢修時用。
c、自動控制檔：當置于自控檔時，設備由集控中心自動控制。
2.2.2 集控中心自動控制：該功能為系統的主流控制方式，生產過程的控制由操作員站和PLC控制系統自動完成。
2.2.3 在觸摸屏界面上設置有系統的自動—手動轉換按鈕，在手動狀態時，只要觸模某臺設備，即可啟動該設備，該功能主要用來系統的調試。
2.3 生產操作界面
現場生產操作界面采用日本Pro—face公司GP2000 12.1英寸彩色觸摸屏，它負責處理現場與運行操作有關的人機界面，使操作員通過觸摸屏實時了解現場運行狀態，各種生產數據的當前值以及是否有故障報警發生，并可對工藝生產過程進行控制和調節。
觸摸屏的主要功能：
a、能動態模擬顯示各段工藝流程、生產報表、生產數據；
b、每幅畫面都設置有操作按鈕，如畫面切換按鈕，生產過程啟/停控制按鈕，報警按鈕，緊急按鈕等；
c、事件報警：生產過程中出現異常情況，自動報警并用文字顯示故障類型，畫面同時自動切畫至故障所在的流程畫面；
d、設備由靜態到運行，畫面模擬動畫顯示；
e、權限管理：操作員只有在開機時輸入正確的登陸密碼后，觸摸屏才能進入運行狀態。
f、打印輸出班報表，月報表。
觸摸屏通過電纜連結到SZ-4m的第二通信口，通信距離為30米之內。
2.4 監控計算機
監控計算機通過R232/R485適配器通過雙絞線連結到SZ-4m的第一通信口，通信距離為：1400米以內，軟件采用組態王5.01。監控計算機的功能包括了觸摸屏全部功能外，還兼有工程師站的作用，它能對下位機(PLC)的程序進行修改、配置。為了管理的需要，充分發揮電腦的資源優勢，該系統在監控計算機建立了兩個數據庫：
a、生產數據庫：（產量、出品率、出造率、電量、噸谷電耗、流量）。
b、設備故障數據庫：（設備過載、溢流、失速、倉空、倉滿、故障恢復）。下位機(PLC)的生產數據和設備故障都實時記錄并保存在監控計算機的數據庫中，通過監控計算機可以很方便查詢某年某月某時某秒的生產數據，和故障發生的時間及恢復時間，并能生成各種生產報表打印輸出。
監控計算機即可遠程監控，也可做為現場觸摸屏的沉余設計來使用。監控計算機可與單位的局域網相連，實現數據共享。
2.5 PLC可編程控制器
根據高檔精制米生產線工藝設備、傳感器的數量。PLC的配置見圖。主PLC采用日本光洋SZ-4m, 輸入點：64 ; 輸出點：48點;配置一塊8路A/D模塊，用來采集電子流量計模擬量。配置一塊遠程通信模塊，用來將SZ-4m主PLC的開關量及數據傳送到次PLC SZ4中。
次PLC SZ-4 輸出點：60點,它主要為安裝在辦公大樓1400mm×2400mm的模擬屏提供開關量信號和數據。實現遠程大屏面顯示生產狀態。
2.6 控制功能
2.6.1 工藝流程啟動
工藝流程啟動分工段（礱谷、碾米、拋光）進行，各工段可單獨按工藝流程自動聯鎖啟動，也可按工段由后向前自動聯鎖啟動。各工段內工藝流程自動聯鎖啟動，先啟動相應的空壓機，通風除塵系統，然后按物流逆向延時逐臺啟動各工藝設備。
天龍米業公司的碾米工段共配置了5臺米機，其中3臺砂輥米機，2臺鐵輥米機。在該工段中有兩種組合：
a、本省稻工藝流程：
提升機4→糙米篩→流量計→升降機5→砂輥米機1→砂輥米機2→砂輥米機3→提升機6
b、東北稻谷流程
分層機→提升機4→糙米篩→砂輥米機1→流量計→E5→鐵輥米機1.2→E6
為了解決不同原料時，工藝流程動態組合，我們在主畫面中配置了原料選擇按鈕，通過原糧選擇按鈕控制設備的聯鎖啟停，和觸摸屏及監控計算畫面的動態組合。PLC上電，首先默認是加工本省稻，設備啟動按本省稻工藝流程啟動，觸摸屏和監控計算機顯示加工本省稻的流程。如果要加工東北稻，在進入畫面時按下東北稻選擇按鈕（本省稻、東北稻選擇按鈕互為連鎖），則設備啟動按加工東北稻流程啟動，同樣觸摸屏和監控計算機顯示加工東北稻的流程。
2.6.2 工藝流程停止
工藝流程停止有三種方式：
a、正常停止：首先關閉所有放料氣動門，然后按工藝順物流方向逐臺延時自動聯鎖停車，最后停止除塵設備。
b、故障停止：當前端控制單元檢測到設備故障時，如過載、失速，該段的放料氣動門立即關閉，如果在3分鐘內不能恢復故障，則停止該工段的其他設備。
c、緊急停止：系統出現緊急情況時，可通過操作界面的緊急按鈕，立即停止所有運行中的設備，以保證系統和人員的安全。
2.6.3 料位器與工藝流程聯鎖
比重去石機、礱谷機、重力篩設備正常工作狀態需要適合的物流量配合，用料位器及氣動門的開度實現這一目標。當這些設備的進料斗下料位器動作時，這些設備即停運轉，其他工藝設備保持工作狀態，當物料達到要求高度后，重新啟動這些設備運行。
在一個局部工段中，某一料倉的料滿時（或者某一設備過載）該工段的放料門立即關閉，工藝流程仍保持工作狀態，如果在3分鐘內仍保持這種狀態，將停止該工段設備的運行。如果在3分鐘內，料倉料滿信號取消（或者過載設備恢復正常）則放料門重新打開，設備正常運行生產。由于米廠的工藝各工段基本是串聯關系，所以以上這種控制思路，在整個流程中都結合具體情況巧妙應用。
2.6.4 生產數據的采集
該系統通過二臺HMP-22W流量計和二塊DTM864-2脈沖電度表，將信號分別送到PLC的A/D模塊和輸入模塊。然后通過編程將實時模擬量和脈沖量變為實時的數字量，通過累加積分運算得到如下的生產數據：
稻谷流量(公斤)/h、糙米流量(公斤)/h、出糙率% 、
班稻谷產量(噸) 、班糙米產量(噸)、月稻谷產量(噸) 、月糙米產量(噸) 、班電量(kwh)、噸稻電耗(kwh/t) 、月電量(kwh)
2.6.5 強電控制
強電控制由四塊MCC柜、機旁開關、電纜、電纜橋架組成。低壓電器均采用施耐德產品，對15kwh以上設備均采用Y/△降壓啟動。
三、結束語
該控制系統己于2003年3月8日投產用于生產現場，經過實際運行證明，系統具有設計合理、運行可靠，界面友好，操作簡單、監控方便、數據共享的特點。系統的投運，大大減輕了工人的勞動強度，提高了經濟效益和自動化管理水平。
參考文獻：
1) SZ-4可編程控制器編程手冊
2) 組態王5.01編程手冊