湛江港散粮自动系统设计

摘 要：散粮自动系统包括散粮自动控制系统和上位机监控系统。控制系统采用了上下两级控制。上位机起监控作用，图形显示上位流程监控计算机应用组态软件Fameview（杰控）制作良好的界面，完成人机交互；下位机以PLC为核心，使用相对应的编程软件Conceptv2.6进行系统程序编写，并通过PLC程序显示上位流程监控计算机，监控流程的运行状况。控制系统具有完善的故障处理功能，通过图形显示上位流程监控计算机可以对故障进行报警，PLC程序流程情况判断故障的具体故障部位，起到快速判断故障和处理的功能。

关键字：散粮 PLC 控制系统 故障

1 引言

湛江港散粮筒仓码头是上世纪80年代我国第一座最大的现代化散装粮食接卸码头，一直以来都是我国南方重要的粮食接卸港。随着我国制油工业快速发展，国内大豆、玉米供需矛盾加大，大部分只能依靠进口大豆、玉米来满足，越来越多的外贸粮食涌入中国市场。湛江港散粮码头装卸储运工艺系统技改工程新增仓容约为14.8万吨的钢板筒仓及与之相适应的输送系统（水平及提升）、装汽车系统、除尘系统、除铁系统、计量系统、供电照明系统、自动控制系统、上位计算机监控系统、计算机管理系统、工业电视监视系统、无线对讲系统、有线调度广播系统、给排水及消防系统以及相应的建筑物、构筑物等，并更新原有的卸船设备，引进比利时的NIV400卸船机。

2 散粮筒仓系统组成

2.1自动化系统结构

散粮技改自动化结构组成如图2-1

散粮控制系统由分为监控操作层、控制层和设备层，分别由上位机流程控监控、流程监控大屏幕、工业电视监控、PLC控制系统、设备MCC控制柜和现场相关机电设备等组成。

2.2系统各层的功能

监控控制层监控控制层在中控室由中控工通过上位机的监控界面和流程监控大屏幕对现场设备的运行情况进行监控，以及对现场设备流程运行的故障报警的监控。上位机应用组态软件Fameview（杰控）制作良好的界面，完成人机交互，通过界面实现对粮食筒仓的进仓、出仓、倒仓和直取流程的监控；同时CPU将单元处理内容发出到PLC控制单元，实现控制系统的现场运行。

控制层控制层主要由仓顶、仓底PLC控制柜和设备MCC控制柜组成，由中控室PLCCPU通过Ethernet与上位机算机连接，并将状态信息存入内存单元与上位机进行交互读取，并接收并执行上位机的实时控制指令。中控室的PLC与仓顶和仓底PLC控制柜通过PROFIBUS通信，并通过对设备MCC控制实现对现场设备的控制和对设备运行状态的采集，实现现场设备与上位机的通信。中控楼PLC设备的布局图如2-2所示：

图2-2 PLC设备布局图

设备层设备层由现场的设备组成，通过执行中控的控制指令来完成散粮控制系统的相关工艺流程。PLC与上位机通过MCC柜实现对现场设备的控制。现场设备包括气垫式皮带机，斗提机，刮板机，除尘器，除铁器，吸粮机，仓底、仓顶风机，清仓机，计量称等。

2.3控制系统硬件配置

1）下位机（PLC）根据系统的要求及输入输出点数选用高性能的Quantum可编程控制器，CPU型号为14043412，内存容量为：16M，并使用相对应的编程软件Conceptv2.6进行系统程序编写。

2）上位机（IPC）考虑到系统运行的可靠性、工作时间和工作环境，选用了研华工控机610。

3 控制系统的设计

3、1硬件部分组成

控制系统的硬件部分组成，主要由上位监控计算机（包括图形显示上位流程监控计算机和程序显示上位流程监控计算机）、PLC组态元件、PLC控制柜、设备MCC低压配电柜、设备机旁控制柜、现场传感器和中控UPS组成。低压配电柜内主要设备有交流接触器、继电器、空气开关、熔断器、电流互感器等。

1）3种控制方式

设备分为三种控制方式，分别为机旁控制、远程控制、0位保持控制。设备机旁控制柜设机侧、0、远程三项转换开关。手动由各设备机旁控制箱操作，可以点动、调试或流程被迫人工控制。远程由中控PLC自动控制完成，控制指令由中控室上位监控机给出。当机旁控制箱选择人工控制时，自动控制操作无效。当机旁控制箱选择0位保持控制时，设备保持运行状态，人工和自动控制操作无效。当机旁控制箱选择远程控制时，手动控制无效。

2）4种停车方式

4种停车方式为正常停车、故障停车、紧急停车、配电柜断电停车。手动运行情况下停车3种停车方式为机旁控制箱停车、故障信号停车（拉绳开关、跑偏、堵料等开关手动动作）、配电柜设备断电停车。自动运行状态下的四种停车方式为上位机正常停机、故障停机、紧急停机（包括上位机界面按钮和计算机旁红色急停按钮）、配电柜设备断电停机。自动运行状态下停车是由中控室上位计算机通过PLC控制停车。当故障时，中控上位机报警，并电脑界面出现报警信息，中控人员安排人员根据故障的情况安排人员清除故障，完全清除后重新启动流程。急停停机是在相关设备发生紧急故障或者发生重大事故（包括人身安全事故和火灾爆炸等事故）时，中控可以选择上位机电脑界面上的全部急停按键或者计算机旁的紧急急停按钮进行全部设备急停，一般情况下不使用急停。

3）PLC的I/O地址分配

为了便于系统硬件管理，PLC的I/O地址按设备的空间位置和设备类型进行分配，PLC控制系统采用分布式I/O布置，根据空间分为仓顶PLC控制柜和仓底控制柜，共5个I/O分站，具体分布如图3-1所示：

图3-1 I/O分站布局图

各个PLC控制柜的模块通过以太网，通过交换机与PLC的以太网进行通讯连接，起到PLC控制各个设备的模块输入输出点的控制。现场设备对应I/O点通过现场位置分配进行编号。

3、2软件部分设计

散粮控制系统的软件包括监控管理软件和PLC控制、程序编写软件。

监控管理软件监控计算机包括PLC图形显示上位流程监控计算机和PLC程序显示上位流程监控计算机。软件具有声音报警工程，实现故障报警或者高低料位等信号的提醒报警功能。监控界面层次结构图如3-2所示

图3-2 监控界面层次图

系统倒仓流程实现了自倒仓的操作控制最大程度的实现了16个筒仓的倒仓功能。通过软件界面可以直观的监控各设备的运行状况，还可以进行报警信息，和系统的运行情况的查询，从而便于对故障和操作的记录。

PLC控制、程序编写软件PLC控制软件采用与PLCCPU相配套的程序编写和控制软件Conceptv2.6。其采用了面向设备编程原则借鉴面向对象编程思想，提出面向设备的PLC编程原则，具体实现以每个设备为核心，充分考虑其启动、运行和停止条件；同时系统实现了面向设备的基础上，将程序分为接口级、流程控制级和设备级3级控制。

接口级完成与PLC图形显示上位流程监控计算机通信，根据指令启动或停止流程控制级中的相关设备。

流程控制级完成所要求流程运行控制，电动控制。

设备级直接作用于仓顶仓底的I/O模块，并对设备故障进行处理。

4 后记

本文介绍了湛江港散粮码头自动化控制系统的设计情况。该系统已与2006年11月正式进行试运行，全面更新和提高了湛港散粮筒仓的自动化，提高了生产效率。这些情况在运行的同时进行设备的整改以及相关程序的完善，以便在正式投产运行时能够运行可靠，报警准确无误，全面实现自动化控制的运行高效，可靠、设备检修方便、快捷等特点。

参考文献：

[1]王军，叶秀芬等．粮库自动化系统设计与实现.哈尔滨工程大学：《应用科技》2002.7

[2]北京比微积科技有限公司.XXX石化仓储项目罐区监控自动化系统技术方案.北京：《码头仓储数据监控系统方案》2005.5

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文