◎ 盧 曼，劉玉蘋，李 塹

（鄭州中糧科研設(shè)計院有限公司，河南 鄭州 450001）

糧食物流能力是現(xiàn)代糧食行業(yè)的核心競爭力，自動控制系統(tǒng)是現(xiàn)代糧食物流發(fā)展水平的重要體現(xiàn)。隨著國內(nèi)糧食物流企業(yè)的不斷發(fā)展壯大，自動控制系統(tǒng)對于提高企業(yè)效率、降低運(yùn)營成本、提高安全生產(chǎn)起到關(guān)鍵作用。

1 大型散糧儲運(yùn)項目建設(shè)背景

近年來，隨著糧食倉儲、物流、加工企業(yè)倉容規(guī)模的不斷擴(kuò)大，尤其是大型糧食倉儲、加工物流園區(qū)的建設(shè)逐漸增多，許多項目是在原有項目基礎(chǔ)上進(jìn)行新建或者擴(kuò)建。大型新建項目設(shè)計時，需要考慮自動控制技術(shù)的先進(jìn)性和系統(tǒng)容量擴(kuò)展的前瞻性。擴(kuò)建工程自控系統(tǒng)除了需考慮自動控制技術(shù)的先進(jìn)性和系統(tǒng)容量擴(kuò)展的前瞻性，不可避免地需要考慮續(xù)建工程和原有工程控制系統(tǒng)的融合和數(shù)據(jù)交互問題，同時也需要考慮針對不同建設(shè)時期所建項目自控系統(tǒng)軟硬件版本的兼容性、技術(shù)的先進(jìn)性及升級改造的可行性。

2 擴(kuò)建項目自控系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

擴(kuò)建項目自動控制系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)先根據(jù)其控制系統(tǒng)能力、業(yè)務(wù)需要和投資等情況，選擇不同的方式，如同PLC擴(kuò)展（即控制程序在同一個CPU內(nèi)）或各期項目獨立控制（每一期工程均由單獨CPU控制）的技術(shù)架構(gòu)。

2.1 同CPU擴(kuò)建，統(tǒng)一控制

同CPU擴(kuò)建，即控制程序在同一個CPU內(nèi)，對整個系統(tǒng)工藝全局考慮，各期項目控制程序無縫銜接，融為一體。若原有項目的PLC系統(tǒng)CPU在性能及容量已為擴(kuò)建工程的自動控制系統(tǒng)留存余量，擴(kuò)建項目直接作為控制分站接入控制系統(tǒng)。但如果原有項目的PLC系統(tǒng)CPU在性能及容量均存在不足，擴(kuò)建項目時可先對原有控制系統(tǒng)進(jìn)行硬件升級，更換原有控制系統(tǒng)CPU，再將擴(kuò)建項目作為控制分站接入控制系統(tǒng)。為了保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，滿足連續(xù)生產(chǎn)要求，大型擴(kuò)建項目控制系統(tǒng)可設(shè)計為冗余系統(tǒng)，提高容錯性能。

2.2 各期項目獨立控制，單獨設(shè)CPU

若續(xù)建工程與原有工程流程工藝交互少，或能明顯界定工藝邊界，且續(xù)建項目在本期工程工藝內(nèi)可基本獨立完成進(jìn)倉、出倉、倒倉等大部分工藝流程操作，則每期工程可單獨設(shè)置PLC系統(tǒng)，各期PLC系統(tǒng)間通過通信進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)交互。

選用這種控制方案擴(kuò)建工程時可避免原有系統(tǒng)的掣肘，不必選擇與原有系統(tǒng)相同編程平臺的控制系統(tǒng)，也無需考慮原有項目的編程方式和策略，同時減少了控制系統(tǒng)的復(fù)雜度。各期控制系統(tǒng)相互獨立，某一期項目控制系統(tǒng)的故障完全不影響或基本不影響其他其控制系統(tǒng)的正常運(yùn)作。

3 大型散糧儲運(yùn)項目自控系統(tǒng)功能提升

糧食倉儲物流企業(yè)通常采用基于PLC技術(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)和主控系統(tǒng)，主要完成工藝流程操作所要求的流程逆序啟動、順序停止、故障停機(jī)及控制系統(tǒng)操作、監(jiān)控等功能。大型散糧儲運(yùn)項目自控系統(tǒng)可從以下各方面提升其功能。

3.1 采用穩(wěn)定可靠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

自控系統(tǒng)離不開穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，大型散糧儲運(yùn)項目擴(kuò)建工程一般控制點、控制分站較多，可通過構(gòu)建冗余控制架構(gòu)，采用網(wǎng)絡(luò)冗余或系統(tǒng)冗余、環(huán)網(wǎng)等技術(shù)來減少系統(tǒng)出現(xiàn)故障的概率。

為保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行，控制系統(tǒng)可采用冗余控制架構(gòu)，冗余控制大體分為以下4種：①處理器冗余。②網(wǎng)絡(luò)通信冗余。③I/O卡件及I/O點冗余。④供電電源冗余[1]。

如某大型糧庫項目控制點約6 000點，控制分站多而且分散。自控系統(tǒng)規(guī)劃時采用處理器冗余、網(wǎng)絡(luò)通信冗余，在PLC站點較為集中的配電間內(nèi)設(shè)置工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，各工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)直接形成環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。當(dāng)分站之間距離較遠(yuǎn)時，控制網(wǎng)絡(luò)之間采用光纖通信模式，這既保證了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性又保證了網(wǎng)絡(luò)通信的快速性。這種處理器冗余和網(wǎng)絡(luò)冗余控制方式保證了系統(tǒng)對現(xiàn)場設(shè)備（皮帶機(jī)、斗提機(jī)、閘閥門和風(fēng)機(jī)等）的故障、啟停、流程控制及數(shù)據(jù)交換等高效可靠處理，最大限度的保障系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行。

3.2 引入智能化配電系統(tǒng)

智能配電柜方案是在高、低壓配電柜，變壓器，箱式變電站，配電箱及動力柜（箱）實現(xiàn)智能化的基礎(chǔ)上，通過移動互聯(lián)網(wǎng)接入云平臺，建立用戶側(cè)智慧配電管理系統(tǒng)。大型散糧儲運(yùn)項目擴(kuò)建工程可考慮智能配電柜方案，利用網(wǎng)絡(luò)通信代替二次接線柜內(nèi)選用帶有標(biāo)準(zhǔn)總線接口的元器件，實現(xiàn)元器件的網(wǎng)絡(luò)連接，一網(wǎng)到底控制元器件自帶測量功能，方便自控系統(tǒng)讀取電流、電能、溫度、運(yùn)行時間等數(shù)據(jù)，業(yè)主方運(yùn)維人員可通過手機(jī)App、計算機(jī)Web或監(jiān)控中心大屏，隨時隨地對供配電系統(tǒng)的智能化安全實時監(jiān)控與遠(yuǎn)程運(yùn)維管理。

3.3 建立靈活的流程控制策略

近年來，隨著糧食倉儲、物流、加工企業(yè)倉容規(guī)模的不斷擴(kuò)大，大型糧食倉儲、加工物流園區(qū)新建和擴(kuò)建項目增多，大型項目工藝復(fù)雜，流程統(tǒng)計和流程選擇過程復(fù)雜程度較高。當(dāng)項目分期建設(shè)時，為保證分期項目工藝的整體性，需要將多期項目整體考慮，工藝流程選擇算法便成為控制系統(tǒng)開發(fā)的技術(shù)難點，靈活的流程控制策略對于提高大型散糧儲運(yùn)項目自控系統(tǒng)性能起到了關(guān)鍵的決定作用。

靈活的流程控制策略主要體現(xiàn)在選用的流程算法的先進(jìn)性，篩選和控制過程的易更改和可擴(kuò)展性。如工藝復(fù)雜的大型散糧儲運(yùn)項目工藝流程發(fā)生改動時，控制系統(tǒng)只需簡單調(diào)整程序即可滿足修改目標(biāo)；擴(kuò)建工程與原有工程工藝交互較多，采用同CPU擴(kuò)建時，控制系統(tǒng)宜采用模塊化框架結(jié)構(gòu)設(shè)計，可在原有程序架構(gòu)下，進(jìn)行流程空間和設(shè)備的靈活擴(kuò)展。

靈活的控制策略還體現(xiàn)在節(jié)能、高效、安全的控制機(jī)制，除完成工藝流程操作所要求的流程逆序啟動、順序停止、故障停機(jī)及控制系統(tǒng)操作、監(jiān)控等功能外，還需要考慮不斷糧流的流程切換以減少啟停設(shè)備次數(shù)及節(jié)能增效、倉高低料位報警時的流程處理、流程中設(shè)備異常停機(jī)時的流程處理和除塵設(shè)備及其風(fēng)閥隨流程啟停處理等。

3.4 提升人機(jī)交互友好性

自動控制系統(tǒng)人機(jī)交互性能直接影響系統(tǒng)使用的流暢度和易操作性。系統(tǒng)界面應(yīng)更加的人性化，操作便捷，每一步的操作都有相應(yīng)的反饋信息，使操作員的操作更直觀，提高系統(tǒng)的交互性。大型散糧儲運(yùn)項目工藝復(fù)雜度高，設(shè)備種類數(shù)量繁多，流程選擇時宜根據(jù)操作員選擇的首尾設(shè)備自動篩選可用路線，同時畫面上高亮顯示流程中選中設(shè)備，選中流程后自動校驗被選流程設(shè)備是否可使用，便于操作人員了解整條流程設(shè)備狀況。

自動控制系統(tǒng)可增加三維可視化技術(shù)的應(yīng)用，三維交互畫面更接近于現(xiàn)場作業(yè)情況，將精益化管理與生產(chǎn)實時監(jiān)控有機(jī)地結(jié)合起來，實現(xiàn)業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)的可視化、智能化管理。

3.5 應(yīng)用管控一體化，加強(qiáng)信息化融合

大型散糧儲運(yùn)項目自動控制系統(tǒng)通過對工藝設(shè)備的邏輯控制實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的自動化，但在生產(chǎn)經(jīng)營中計劃下達(dá)、作業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計等生產(chǎn)數(shù)據(jù)與管理數(shù)據(jù)的精確化交互方面尚存在缺失或不完善之處。

管控一體化平臺通過相應(yīng)技術(shù)，實現(xiàn)企業(yè)經(jīng)營計劃、自動控制系統(tǒng)、倉容系統(tǒng)和計量系統(tǒng)等信息整合，生產(chǎn)計劃直接下達(dá)到自動控制系統(tǒng)，作業(yè)、計量、能耗、倉容、糧情及設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)自動采集，并與計劃自動關(guān)聯(lián)、匯總，保證數(shù)據(jù)的實時性、一致性，實現(xiàn)精細(xì)化管理，成本和效率的量化管理。

大型散糧儲運(yùn)項目加大管控一體化平臺應(yīng)用，可對散糧儲運(yùn)生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)過程、統(tǒng)計分析幾大要素進(jìn)行控制，實現(xiàn)生產(chǎn)計劃的科學(xué)性、生產(chǎn)過程的可視化、統(tǒng)計分析的自動化。

3.6 實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)上云部署

大型散糧儲運(yùn)項目可整合作業(yè)生產(chǎn)和管理相關(guān)數(shù)據(jù)并部署在云平臺，實現(xiàn)跨平臺數(shù)據(jù)匯總與數(shù)據(jù)二次發(fā)表，提供實時數(shù)據(jù)在線瀏覽與歷史數(shù)據(jù)文件記錄。用戶通過手機(jī)App和Web頁面瀏覽相關(guān)數(shù)據(jù)信息、實時作業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)控，隨時隨地了解系統(tǒng)運(yùn)行狀況和異常情況、遠(yuǎn)程運(yùn)維保障系統(tǒng)生產(chǎn)安全。

生產(chǎn)數(shù)據(jù)上云后，云平臺可通過手機(jī)App、微信小程序、手機(jī)短信等多方式進(jìn)行系統(tǒng)實時預(yù)警，同時將系統(tǒng)生成的作業(yè)數(shù)據(jù)報表（如能耗、班組作業(yè)統(tǒng)計、作業(yè)記錄等）定時推送至相關(guān)人員郵箱，便于管理人員匯總生產(chǎn)信息和作業(yè)數(shù)據(jù)追溯，對無紙化辦公、過程追溯、提高管理效率有明顯的作用。

4 大型散糧儲運(yùn)項目實踐

圖1為國內(nèi)某糧庫擴(kuò)建項目的規(guī)劃圖，項目總規(guī)劃倉容98萬t，由圖可知，該項目已投入使用的一期、二期、在建的三期工程以及規(guī)劃預(yù)留的四期項目共用碼頭接糧，工藝交互較多，續(xù)建的三期項目在本期工程工藝內(nèi)無法獨立完成進(jìn)倉、出倉、倒倉工藝流程，進(jìn)倉、出倉、倒倉過程均需要同時使用多臺一二期的輸送設(shè)備，且各期項目自動控制系統(tǒng)運(yùn)營由業(yè)主方同一組人員完成，操作員需要同一臺電腦對整個庫區(qū)的自控系統(tǒng)進(jìn)行流程選擇、控制等操作，控制系統(tǒng)與管理信息系統(tǒng)也需要進(jìn)行作業(yè)計劃和作業(yè)數(shù)據(jù)的交互，四期預(yù)留規(guī)劃部分亦存在這種情況。

圖1 國內(nèi)某糧庫擴(kuò)建項目的規(guī)劃圖

為保證項目的統(tǒng)一性和工藝的整體性，該項目自動控制系統(tǒng)設(shè)計人員考慮整體工程的工藝情況，對原有控制系統(tǒng)硬件升級，將PLC系統(tǒng)CPU更換為更高性能的設(shè)備，設(shè)備選型和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃兼顧原有、本期及未來項目規(guī)劃，同時將整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一更換升級為以太網(wǎng)，并采用雙CPU冗余和網(wǎng)絡(luò)冗余。

5 結(jié)語

大型散糧儲運(yùn)項目自控系統(tǒng)的優(yōu)越性和先進(jìn)性主要體現(xiàn)在系統(tǒng)穩(wěn)定性、生產(chǎn)智能化程度、生產(chǎn)數(shù)據(jù)與管理數(shù)據(jù)的精確化交互以及作業(yè)數(shù)據(jù)的可追溯性等多個方面。在對大型散糧儲運(yùn)項目擴(kuò)建工程自控系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)明確項目整體需求選擇適合的、先進(jìn)的自控技術(shù)方案，增加其控制靈活性和可擴(kuò)展性，同時注重對控制系統(tǒng)功能的提升，助力散糧儲運(yùn)企業(yè)高效發(fā)展、降低運(yùn)營成本。