大型散糧儲運項目控制系統擴建和性能提升

◎ 盧 曼，劉玉蘋，李 塹

（鄭州中糧科研設計院有限公司，河南 鄭州 450001）

糧食物流能力是現代糧食行業的核心競爭力，自動控制系統是現代糧食物流發展水平的重要體現。隨著國內糧食物流企業的不斷發展壯大，自動控制系統對于提高企業效率、降低運營成本、提高安全生產起到關鍵作用。

1 大型散糧儲運項目建設背景

近年來，隨著糧食倉儲、物流、加工企業倉容規模的不斷擴大，尤其是大型糧食倉儲、加工物流園區的建設逐漸增多，許多項目是在原有項目基礎上進行新建或者擴建。大型新建項目設計時，需要考慮自動控制技術的先進性和系統容量擴展的前瞻性。擴建工程自控系統除了需考慮自動控制技術的先進性和系統容量擴展的前瞻性，不可避免地需要考慮續建工程和原有工程控制系統的融合和數據交互問題，同時也需要考慮針對不同建設時期所建項目自控系統軟硬件版本的兼容性、技術的先進性及升級改造的可行性。

2 擴建項目自控系統架構設計

擴建項目自動控制系統設計時應先根據其控制系統能力、業務需要和投資等情況，選擇不同的方式，如同PLC擴展（即控制程序在同一個CPU內）或各期項目獨立控制（每一期工程均由單獨CPU控制）的技術架構。

2.1 同CPU擴建，統一控制

同CPU擴建，即控制程序在同一個CPU內，對整個系統工藝全局考慮，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CPU在性能及容量已為擴建工程的自動控制系統留存余量，擴建項目直接作為控制分站接入控制系統。但如果原有項目的PLC系統CPU在性能及容量均存在不足，擴建項目時可先對原有控制系統進行硬件升級，更換原有控制系統CPU，再將擴建項目作為控制分站接入控制系統。為了保證控制系統的穩定性和可靠性，滿足連續生產要求，大型擴建項目控制系統可設計為冗余系統，提高容錯性能。

2.2 各期項目獨立控制，單獨設CPU

若續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，且續建項目在本期工程工藝內可基本獨立完成進倉、出倉、倒倉等大部分工藝流程操作，則每期工程可單獨設置PLC系統，各期PLC系統間通過通信進行必要的數據交互。

選用這種控制方案擴建工程時可避免原有系統的掣肘，不必選擇與原有系統相同編程平臺的控制系統，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的復雜度。各期控制系統相互獨立，某一期項目控制系統的故障完全不影響或基本不影響其他其控制系統的正常運作。

3 大型散糧儲運項目自控系統功能提升

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

3.1 采用穩定可靠的網絡結構

自控系統離不開穩定的網絡架構，大型散糧儲運項目擴建工程一般控制點、控制分站較多，可通過構建冗余控制架構，采用網絡冗余或系統冗余、環網等技術來減少系統出現故障的概率。

為保證系統穩定可靠運行，控制系統可采用冗余控制架構，冗余控制大體分為以下4種：①處理器冗余。②網絡通信冗余。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。自控系統規劃時采用處理器冗余、網絡通信冗余，在PLC站點較為集中的配電間內設置工業以太網交換機，各工業以太網交換機直接形成環網結構。當分站之間距離較遠時，控制網絡之間采用光纖通信模式，這既保證了網絡的穩定性、準確性又保證了網絡通信的快速性。這種處理器冗余和網絡冗余控制方式保證了系統對現場設備（皮帶機、斗提機、閘閥門和風機等）的故障、啟停、流程控制及數據交換等高效可靠處理，最大限度的保障系統的連續運行。

3.2 引入智能化配電系統

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）實現智能化的基礎上，通過移動互聯網接入云平臺，建立用戶側智慧配電管理系統。大型散糧儲運項目擴建工程可考慮智能配電柜方案，利用網絡通信代替二次接線柜內選用帶有標準總線接口的元器件，實現元器件的網絡連接，一網到底控制元器件自帶測量功能，方便自控系統讀取電流、電能、溫度、運行時間等數據，業主方運維人員可通過手機App、計算機Web或監控中心大屏，隨時隨地對供配電系統的智能化安全實時監控與遠程運維管理。

3.3 建立靈活的流程控制策略

近年來，隨著糧食倉儲、物流、加工企業倉容規模的不斷擴大，大型糧食倉儲、加工物流園區新建和擴建項目增多，大型項目工藝復雜，流程統計和流程選擇過程復雜程度較高。當項目分期建設時，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開發的技術難點，靈活的流程控制策略對于提高大型散糧儲運項目自控系統性能起到了關鍵的決定作用。

靈活的流程控制策略主要體現在選用的流程算法的先進性，篩選和控制過程的易更改和可擴展性。如工藝復雜的大型散糧儲運項目工藝流程發生改動時，控制系統只需簡單調整程序即可滿足修改目標；擴建工程與原有工程工藝交互較多，采用同CPU擴建時，控制系統宜采用模塊化框架結構設計，可在原有程序架構下，進行流程空間和設備的靈活擴展。

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

3.4 提升人機交互友好性

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

自動控制系統可增加三維可視化技術的應用，三維交互畫面更接近于現場作業情況，將精益化管理與生產實時監控有機地結合起來，實現業務、數據的可視化、智能化管理。

3.5 應用管控一體化，加強信息化融合

大型散糧儲運項目自動控制系統通過對工藝設備的邏輯控制實現了生產過程的自動化，但在生產經營中計劃下達、作業數據統計等生產數據與管理數據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技術，實現企業經營計劃、自動控制系統、倉容系統和計量系統等信息整合，生產計劃直接下達到自動控制系統，作業、計量、能耗、倉容、糧情及設備運行數據自動采集，并與計劃自動關聯、匯總，保證數據的實時性、一致性，實現精細化管理，成本和效率的量化管理。

大型散糧儲運項目加大管控一體化平臺應用，可對散糧儲運生產計劃、生產過程、統計分析幾大要素進行控制，實現生產計劃的科學性、生產過程的可視化、統計分析的自動化。

3.6 實現生產數據上云部署

大型散糧儲運項目可整合作業生產和管理相關數據并部署在云平臺，實現跨平臺數據匯總與數據二次發表，提供實時數據在線瀏覽與歷史數據文件記錄。用戶通過手機App和Web頁面瀏覽相關數據信息、實時作業遠程監控，隨時隨地了解系統運行狀況和異常情況、遠程運維保障系統生產安全。

生產數據上云后，云平臺可通過手機App、微信小程序、手機短信等多方式進行系統實時預警，同時將系統生成的作業數據報表（如能耗、班組作業統計、作業記錄等）定時推送至相關人員郵箱，便于管理人員匯總生產信息和作業數據追溯，對無紙化辦公、過程追溯、提高管理效率有明顯的作用。

4 大型散糧儲運項目實踐

圖1為國內某糧庫擴建項目的規劃圖，項目總規劃倉容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劃預留的四期項目共用碼頭接糧，工藝交互較多，續建的三期項目在本期工程工藝內無法獨立完成進倉、出倉、倒倉工藝流程，進倉、出倉、倒倉過程均需要同時使用多臺一二期的輸送設備，且各期項目自動控制系統運營由業主方同一組人員完成，操作員需要同一臺電腦對整個庫區的自控系統進行流程選擇、控制等操作，控制系統與管理信息系統也需要進行作業計劃和作業數據的交互，四期預留規劃部分亦存在這種情況。

圖1 國內某糧庫擴建項目的規劃圖

為保證項目的統一性和工藝的整體性，該項目自動控制系統設計人員考慮整體工程的工藝情況，對原有控制系統硬件升級，將PLC系統CPU更換為更高性能的設備，設備選型和網絡規劃兼顧原有、本期及未來項目規劃，同時將整個系統的網絡統一更換升級為以太網，并采用雙CPU冗余和網絡冗余。

5 結語

大型散糧儲運項目自控系統的優越性和先進性主要體現在系統穩定性、生產智能化程度、生產數據與管理數據的精確化交互以及作業數據的可追溯性等多個方面。在對大型散糧儲運項目擴建工程自控系統設計時，應明確項目整體需求選擇適合的、先進的自控技術方案，增加其控制靈活性和可擴展性，同時注重對控制系統功能的提升，助力散糧儲運企業高效發展、降低運營成本。