智能化糧庫平臺(tái)中通用控制系統(tǒng)的運(yùn)用論文
“民以食為天”,糧食問題是關(guān)系國計(jì)民生的大問題，隨著近年糧食產(chǎn)量十連增和國家儲(chǔ)備糧收購政策，多地投資新建了大型現(xiàn)代化糧庫，并對(duì)原有糧庫進(jìn)行自動(dòng)化改造升級(jí)。糧庫建設(shè)正在往大型、超大型的方向發(fā)展，裝卸、輸送、處理設(shè)備也趨向于大型化，廣泛配備糧情測控、機(jī)械通風(fēng)、環(huán)流熏蒸、谷物冷卻等現(xiàn)代化裝備，采用低溫、氣調(diào)等儲(chǔ)糧技術(shù)，結(jié)合先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)、信息化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)，提高糧庫的智能化、信息化管理水平，為保持糧食品質(zhì)，延緩品質(zhì)劣變，減少重量損失，降低保管費(fèi)用，起到重要作用。
目前國內(nèi)新建的糧庫雖然基本實(shí)現(xiàn)了測、控、管自動(dòng)化，但大多將氣調(diào)、空調(diào)、糧情測控等系統(tǒng)建設(shè)成獨(dú)立的系統(tǒng)，相互之間沒有聯(lián)系，監(jiān)控也各自獨(dú)立，形成一個(gè)個(gè)“信息孤島”.由于室內(nèi)外溫濕度、倉內(nèi)溫濕度等參數(shù)在氣調(diào)、空調(diào)和糧情測控等系統(tǒng)內(nèi)都需要用到，各獨(dú)立系統(tǒng)難免會(huì)出現(xiàn)重復(fù)建設(shè)的現(xiàn)象；不同系統(tǒng)各自建立數(shù)據(jù)庫、報(bào)表等，整合困難，不能充分共享數(shù)據(jù)，無法對(duì)糧情數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理、深入挖掘分析。因此，在新型智能糧庫的建設(shè)過程中，對(duì)糧庫控制系統(tǒng)和信息化平臺(tái)提出了更高的要求。
1 智能化糧庫平臺(tái)的運(yùn)行環(huán)境及控制要求。
智能化糧庫平臺(tái)包括通風(fēng)、空調(diào)、配電、糧情、蟲害、熏蒸、出入庫等多個(gè)系統(tǒng)，另外還有庫區(qū)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和中控室建設(shè)及安防視頻監(jiān)控建設(shè)等內(nèi)容。
為解決系統(tǒng)各自獨(dú)立的問題，需要采用統(tǒng)一的系統(tǒng)控制平臺(tái)，將各系統(tǒng)整合到一起。這對(duì)平臺(tái)的集成能力、擴(kuò)展能力提出了很高的要求。
糧食倉房環(huán)境惡劣，倉內(nèi)塵土、蟲害、鼠害嚴(yán)重，糧食進(jìn)出倉機(jī)械作業(yè)也易造成現(xiàn)場電子設(shè)備損壞。此外，糧食儲(chǔ)藏期間為控制蟲害霉菌生長，需要時(shí)常對(duì)倉內(nèi)糧食進(jìn)行毒氣熏蒸處理。毒氣熏蒸不但對(duì)倉內(nèi)電子設(shè)備的元器件及PCB直接造成腐蝕，影響傳感器的測量精度甚至導(dǎo)致設(shè)備完全失效。因此，除了對(duì)電子設(shè)備按工業(yè)防護(hù)模式進(jìn)行密封防護(hù)處理外，還應(yīng)針對(duì)糧倉毒氣成份采用相應(yīng)防化學(xué)抗老化材料。
庫區(qū)范圍大，一般多達(dá)十幾至幾十個(gè)敖倉，存在通訊分散、功能要求多樣化的特點(diǎn)，屬于典型的分布式應(yīng)用，建設(shè)難度大。另一方面，受限于糧食儲(chǔ)藏管理費(fèi)有限，又要求系統(tǒng)簡單實(shí)用、性能可靠、物美價(jià)廉。
庫房內(nèi)糧食需進(jìn)行出入倉輪換，現(xiàn)場設(shè)備能夠適應(yīng)反復(fù)拆卸安裝；另外糧庫部門從事電控、信息專業(yè)的人員較少，設(shè)備和系統(tǒng)應(yīng)易于維護(hù)，方便倉儲(chǔ)管理人員判斷故障和故障點(diǎn)，并及時(shí)修復(fù)或更換。
2 常見的糧庫智能化解決方案對(duì)比。
目前國內(nèi)參與智能化糧庫平臺(tái)建設(shè)的廠商，主要分為下述2類：
1）專業(yè)從事糧食儲(chǔ)存、加工的企業(yè)，也包括糧食系統(tǒng)內(nèi)各研究設(shè)計(jì)院。他們也是設(shè)計(jì)、制造、建設(shè)糧庫自動(dòng)化系統(tǒng)最有經(jīng)驗(yàn)的幾家單位，憑借對(duì)糧儲(chǔ)行業(yè)工藝流程、控制要求的充分理解，大都采用自主研發(fā)的專用系統(tǒng)建設(shè)智能化糧庫平臺(tái)，主要由“糧儲(chǔ)專用軟件+專用IO采集單元+專用傳感器”組成，特點(diǎn)是適用性強(qiáng)，成本低廉，占領(lǐng)了國內(nèi)絕大部分市場。
但由于這些企業(yè)所處的行業(yè)較為封閉，不擅長于信息系統(tǒng)和電子設(shè)備的設(shè)計(jì)開發(fā)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想較老，且產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化程度低，各單位間的產(chǎn)品互不兼容，帶來了困擾；不采用工業(yè)級(jí)的控制器，而使用PC通過遠(yuǎn)程總線采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)并進(jìn)行控制，可靠性和穩(wěn)定性差。
2）各類系統(tǒng)集成商，以第三方制造的.通用控制產(chǎn)品建設(shè)智能化糧庫平臺(tái)，主要由“通用監(jiān)控軟件+PLC+常規(guī)傳感器”組成。由于大多選擇已經(jīng)在工業(yè)領(lǐng)域被廣泛使用并充分檢驗(yàn)過的產(chǎn)品，具備各種標(biāo)準(zhǔn)的通訊接口，性能穩(wěn)定可靠。在智能糧庫的建設(shè)過程中能夠引入工業(yè)領(lǐng)域先進(jìn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念，實(shí)現(xiàn)的智能化程度更高。但這類產(chǎn)品最初并非為糧儲(chǔ)行業(yè)開發(fā)，系統(tǒng)集成商也不具備產(chǎn)品改造的能力，系統(tǒng)適用性差，只能通過工程配置的方式進(jìn)行調(diào)整，工程施工量大，整體造價(jià)也較高。
隨著糧庫智能化、自動(dòng)化的要求進(jìn)一步提高，特別提出了多個(gè)系統(tǒng)整合升級(jí)、統(tǒng)一測控平臺(tái)和數(shù)據(jù)平臺(tái)的要求。針對(duì)這一行業(yè)趨勢，浙江中控在自主研發(fā)的、工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的GCS系列通用控制系統(tǒng)和VxSCADA監(jiān)控軟件的基礎(chǔ)上，聯(lián)合業(yè)內(nèi)某專業(yè)研究院，開發(fā)了智能通風(fēng)、智能調(diào)氣等行業(yè)專用軟件包，提出了智能化糧庫平臺(tái)的整體解決方案。
3 基于通用控制系統(tǒng)的智能化糧庫平臺(tái)。
3.1 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。
引入工業(yè)領(lǐng)域常用的網(wǎng)絡(luò)分層設(shè)計(jì)思想，將系統(tǒng)分為三層網(wǎng)絡(luò)，分別為現(xiàn)場設(shè)備層的控制網(wǎng)、監(jiān)控層的操作網(wǎng)和管理層的信息管理網(wǎng)，各層網(wǎng)絡(luò)的功能分離，可以有效管理各層網(wǎng)絡(luò)訪問權(quán)限、控制網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，從而增強(qiáng)系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性。
現(xiàn)場設(shè)備層的控制網(wǎng)用于過程控制信息的實(shí)時(shí)傳輸，是中控室主控系統(tǒng)與各敖倉分布式控制站之間的連接通道�？紤]到庫區(qū)各敖倉間的距離較遠(yuǎn)，另外為了節(jié)約布網(wǎng)成本，將視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)與之合并，因此選用1Gbps高速工業(yè)光纖網(wǎng)絡(luò)。
監(jiān) 控 層 網(wǎng) 絡(luò) 連 接 控 制 系 統(tǒng) 中 所 有 操 作 節(jié)點(diǎn)，包括工程師站、操作員站、數(shù)據(jù)站等，基于100Mbps/1Gbps工業(yè)以太網(wǎng)。一般可通過VxSCADA軟件將工程師站設(shè)為數(shù)據(jù)站，監(jiān)控層網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各操作節(jié)點(diǎn)，通過數(shù)據(jù)站訪問歷史信息、報(bào)警信息等，并下發(fā)操作指令。
管理層網(wǎng)絡(luò)可以利用庫內(nèi)部的辦公網(wǎng)絡(luò)以節(jié)約建設(shè)成本，將所有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、流程圖、趨勢圖、報(bào)表等進(jìn)行WEB發(fā)布，管理層計(jì)算機(jī)通過IE或其他瀏覽器瀏覽。
3.2 系統(tǒng)配置。
GCS通用控制系統(tǒng)是浙江中控針對(duì)市政、環(huán)境監(jiān)控、水處理等行業(yè)推出的新一代網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)，由面向集中監(jiān)控的G5系列和面向分布式控制的G3系列組成。在糧庫項(xiàng)目中，各敖倉之間距離較遠(yuǎn)，具備分布式控制的特點(diǎn)，適合使用G3系列控制器對(duì)各敖倉單獨(dú)進(jìn)行控制；同時(shí)出于簡化維護(hù)工作的考慮，使用G5系列控制系統(tǒng)在中控室實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控。
由于每個(gè)敖倉的控制相對(duì)獨(dú)立，因此在每個(gè)敖倉就地安裝一個(gè)以G3控制器為核心的遠(yuǎn)程控制柜，實(shí)現(xiàn)下述功能：
�。�1）一體化G3控制器集成有IO通道和通訊接口，可就近接入倉內(nèi)的測溫電纜、溫濕度傳感器、智能電表等儀器儀表，并通過控制網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場數(shù)據(jù)匯總到中控室。
�。�2）控制器內(nèi)置智能通風(fēng)控制功能塊，在自動(dòng)控制模式下，可根據(jù)敖倉內(nèi)溫濕度情況，獨(dú)立控制敖倉內(nèi)風(fēng)機(jī)、空調(diào)等設(shè)備的起停和風(fēng)道、排風(fēng)窗的開關(guān)。
�。�3）控制器內(nèi)置嵌入式數(shù)據(jù)庫，可記錄操作過程和現(xiàn)場歷史數(shù)據(jù)；具有斷點(diǎn)續(xù)傳能力，即使發(fā)生斷網(wǎng)，只要網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常，就可以將數(shù)據(jù)補(bǔ)傳回中控室。
（4）采用高防護(hù)等級(jí)的控制柜，并對(duì)G3控制器主板進(jìn)行涂敷處理，滿足現(xiàn)場防塵、防腐的需求。
在中控室，使用了1套G5系統(tǒng)進(jìn)行綜合監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)下述功能：
�。�1）作為中心管理站，通過控制網(wǎng)對(duì)各遠(yuǎn)程控制站進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程調(diào)度控制和運(yùn)行狀況監(jiān)視等功能。
�。�2）接入來自消防、照明等外圍系統(tǒng)的信號(hào)點(diǎn)，納入智能平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控、統(tǒng)一管理。
�。�3）作為現(xiàn)場設(shè)備統(tǒng)一的對(duì)外接口，上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和ERP進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)高級(jí)控制指令。
上述配置方案下，在各敖倉和中控室采用分布式控制站和中心控制站的結(jié)構(gòu)，各分布式控制站可以根據(jù)敖倉的規(guī)模靈活配置IO點(diǎn)數(shù)和控制邏輯，而中心控制站負(fù)責(zé)統(tǒng)一監(jiān)控，具有很好的擴(kuò)展性。采用工業(yè)級(jí)設(shè)計(jì)的通用控制系統(tǒng)構(gòu)成，可維護(hù)性強(qiáng)，性能穩(wěn)定可靠。
3.3 SCADA監(jiān)控中心設(shè)計(jì)。
基于VxSCADA軟件組建的監(jiān)控中心是智能化糧庫平臺(tái)的核心，承擔(dān)著對(duì)整個(gè)糧庫智能化平臺(tái)進(jìn)行管理、集中數(shù)據(jù)處理、監(jiān)控和數(shù)據(jù)交換控制等功能。
VxSCADA監(jiān)控平臺(tái)基于先進(jìn)的C/S架構(gòu)，服務(wù)器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、處理和分發(fā)，在此基礎(chǔ)上集成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、故障監(jiān)測報(bào)警、實(shí)時(shí)監(jiān)控界面、報(bào)表趨勢、遠(yuǎn)程接入等常規(guī)應(yīng)用模塊，新構(gòu)建庫區(qū)基礎(chǔ)信息管理、智能控制等行業(yè)專用模塊，對(duì)整個(gè)庫區(qū)實(shí)行全面統(tǒng)一的調(diào)度管理。
部分關(guān)鍵模塊的實(shí)現(xiàn)方式和功能如下：
1）庫區(qū)基礎(chǔ)信息管理。
庫區(qū)基礎(chǔ)信息管理包括區(qū)域設(shè)置、庫房類型、糧食種類、風(fēng)機(jī)類型、風(fēng)道數(shù)據(jù)、通風(fēng)窗朝向等信息。
2）智能控制模塊設(shè)計(jì)。
使用VBS腳本等二次開發(fā)工具，根據(jù)《儲(chǔ)糧機(jī)械通風(fēng)技術(shù)規(guī)程》等設(shè)計(jì)準(zhǔn)則建立的數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)包括智能通風(fēng)控制模塊、智能氣調(diào)控制模塊等行業(yè)專用軟件包。以智能通風(fēng)控制模塊為例，工作流程為：
根據(jù)采集到的“三溫兩濕”（指外溫、外濕、倉溫、倉濕、糧溫）等糧情原始數(shù)據(jù)，經(jīng)過二次計(jì)算后得到關(guān)鍵參數(shù)，之后按預(yù)設(shè)好的通風(fēng)控制策略，控制判斷庫房是否需要通風(fēng)，繼而選擇通風(fēng)方式和需使用的風(fēng)機(jī)，在達(dá)到預(yù)定的通風(fēng)目的后，退出通風(fēng)狀態(tài)。
3）實(shí)時(shí)監(jiān)控界面。
按全線工藝以流程圖畫面的形式展示，采用靜態(tài)圖形、動(dòng)態(tài)變化、多圖層技術(shù)、動(dòng)畫、三維立體圖形、畫面導(dǎo)航、熱點(diǎn)選擇等效果繪制直觀、逼真的畫面；使用曲線、棒圖、表格等多種形式，使顯示直觀明晰；使用ActiveX控件，導(dǎo)入多種格式的圖形，實(shí)現(xiàn)圖形微調(diào)、圖層設(shè)置、動(dòng)作、背景模板和快捷鍵使用；以矢量方式進(jìn)行圖形繪制，實(shí)現(xiàn)流程圖無級(jí)縮放，使界面，能夠真實(shí)、全面地反映現(xiàn)場；采用畫面關(guān)聯(lián)跳轉(zhuǎn)技術(shù)和彈出式調(diào)整畫面，實(shí)現(xiàn)位號(hào)相關(guān)畫面的快速切換和一鍵跳轉(zhuǎn)。
4）遠(yuǎn)程接入。
使用OPC、ODBC等數(shù)據(jù)接口，將庫區(qū)糧情數(shù)據(jù)、故障報(bào)警信息實(shí)時(shí)地送到糧情遠(yuǎn)程監(jiān)管中心，并接受遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的遠(yuǎn)程控制指令。
4 結(jié)束語。
上述智能化糧庫平臺(tái)解決方案以通用控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，針對(duì)糧儲(chǔ)行業(yè)進(jìn)行了適應(yīng)性改造和二次開發(fā)，在大幅度提高行業(yè)適用性的同時(shí)，保留了通用控制系統(tǒng)可靠性強(qiáng)、擴(kuò)展性好、標(biāo)準(zhǔn)化程度高的特點(diǎn)，即滿足了現(xiàn)階段糧庫智能化建設(shè)的要求，又為今后繼續(xù)升級(jí)預(yù)留了空間。而引入國產(chǎn)化的GCS控制系統(tǒng)和VxSCADA監(jiān)控軟件，與同類解決方案對(duì)比，整體建設(shè)成本性價(jià)比更高，操作方式更貼近國人的使用習(xí)慣。
目前該解決方案已經(jīng)在浙江某國有大型儲(chǔ)備糧庫中進(jìn)行了應(yīng)用，充分滿足了現(xiàn)場各種需求，智能控制效果達(dá)到預(yù)期，具有良好的推廣前景。
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