湖南天龙米业有限公司生产自动化监控系统
——湖南省怀化面粉厂高级工程师张天堂
摘要：本文主要阐述了用光洋电子有限公司的SZ—4m可编程控制器(PLC)实现大米精加工生产线的自动控制，并对整个控制系统硬件配置和软件设计进行了介绍。
关键词：大米加工自动化
一、引言
湖南省天龙米业有限公司位于湖南省永州市祁阳县文明铺镇，公司拥有固定资产1500万元，占地面积2.5万平方米，其中建筑面积1.1万平方米。有年产3万吨和年产2万吨精米生产线各一条；年产毛糠油500吨生产线一条。2001年加工大米3.8万吨，销售收入5600万元，2002年加工大米4.5万吨，销售收入6500万元。是目前我省规模最大，档次最高的粮食加工民营企业。2002年为了满足市场对高档精制大米的需求，公司决定走用先进技术改造传统产业的发展之路，新建一条年产3万吨高档精制米生产线。工艺设备除选用国内知名粮机厂家的新设备外，还引进了日本、美国、德国的抛光机、精选 机、色选 机和包装机。生产控制系统采用国际先进的可编程控制器(PLC)和触摸屏操作界面，实现生产管理的自动化。该项目己于2002年12月20日投入运行。
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、触摸屏、可编程控制器(PLC)、检测传感器、电机控制中心(MCC)组成。监控系统的硬件配置见图。
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 在触摸屏界面上设置有系统的自动—手动转换按钮，在手动状态时，只要触模某台设备，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日本Pro—face公司GP2000 12.1英寸彩色触摸屏，它负责处理现场与运行操作有关的人机界面，使操作员通过触摸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。
触摸屏的主要功能：
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，画面同时自动切画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，触摸屏才能进入运行状态。
f、打印输出班报表，月报表。
触摸屏通过电缆连结到SZ-4m的第二通信口，通信距离为30米之内。
2.4 监控计算机
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，软件采用组态王5.01。监控计算机的功能包括了触摸屏全部功能外，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、出造率、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，也可做为现场触摸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。
2.5 PLC可编程控制器
根据高档精制米生产线工艺设备、传感器的数量。PLC的配置见图。主PLC采用日本光洋SZ-4m, 输入点：64 ; 输出点：48点;配置一块8路A/D模块，用来采集电子流量计模拟量。配置一块远程通信模块，用来将SZ-4m主PLC的开关量及数据传送到次PLC SZ4中。
次PLC SZ-4 输出点：60点,它主要为安装在办公大楼1400mm×2400mm的模拟屏提供开关量信号和数据。实现远程大屏面显示生产状态。
2.6 控制功能
2.6.1 工艺流程启动
工艺流程启动分工段（砻谷、碾米、抛光）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。
天龙米业公司的碾米工段共配置了5台米机，其中3台砂辊米机，2台铁辊米机。在该工段中有两种组合：
a、本省稻工艺流程：
提升机4→糙米筛→流量计→升降机5→砂辊米机1→砂辊米机2→砂辊米机3→提升机6
b、东北稻谷流程
分层机→提升机4→糙米筛→砂辊米机1→流量计→E5→铁辊米机1.2→E6
为了解决不同原料时，工艺流程动态组合，我们在主画面中配置了原料选择按钮，通过原粮选择按钮控制设备的联锁启停，和触摸屏及监控计算画面的动态组合。PLC上电，首先默认是加工本省稻，设备启动按本省稻工艺流程启动，触摸屏和监控计算机显示加工本省稻的流程。如果要加工东北稻，在进入画面时按下东北稻选择按钮（本省稻、东北稻选择按钮互为连锁），则设备启动按加工东北稻流程启动，同样触摸屏和监控计算机显示加工东北稻的流程。
2.6.2 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，如果在3分钟内不能恢复故障，则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。
2.6.3 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。由于米厂的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。
2.6.4 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：
稻谷流量(公斤)/h、糙米流量(公斤)/h、出糙率% 、
班稻谷产量(吨) 、班糙米产量(吨)、月稻谷产量(吨) 、月糙米产量(吨) 、班电量(kwh)、吨稻电耗(kwh/t) 、月电量(kwh)
2.6.5 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。低压电器均采用施耐德产品，对15kwh以上设备均采用Y/△降压启动。
三、结束语
该控制系统己于2003年3月8日投产用于生产现场，经过实际运行证明，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。
参考文献：
1) SZ-4可编程控制器编程手册
2) 组态王5.01编程手册
