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智能化粮库平台中通用控制系统的运用

时间:2016-02-18 来源:未知 作者:学术堂 本文字数:3980字
摘要

  “民以食为天”,粮食问题是关系国计民生的大问题,随着近年粮食产量十连增和国家储备粮收购政策,多地投资新建了大型现代化粮库,并对原有粮库进行自动化改造升级。粮库建设正在往大型、超大型的方向发展,装卸、输送、处理设备也趋向于大型化,广泛配备粮情测控、机械通风、环流熏蒸、谷物冷却等现代化装备,采用低温、气调等储粮技术,结合先进的自动化技术、信息化技术、计算机技术,提高粮库的智能化、信息化管理水平,为保持粮食品质,延缓品质劣变,减少重量损失,降低保管费用,起到重要作用。

  目前国内新建的粮库虽然基本实现了测、控、管自动化,但大多将气调、空调、粮情测控等系统建设成独立的系统,相互之间没有联系,监控也各自独立,形成一个个“信息孤岛”.由于室内外温湿度、仓内温湿度等参数在气调、空调和粮情测控等系统内都需要用到,各独立系统难免会出现重复建设的现象;不同系统各自建立数据库、报表等,整合困难,不能充分共享数据,无法对粮情数据进行统一管理、深入挖掘分析。因此,在新型智能粮库的建设过程中,对粮库控制系统和信息化平台提出了更高的要求。

  1 智能化粮库平台的运行环境及控制要求。

  智能化粮库平台包括通风、空调、配电、粮情、虫害、熏蒸、出入库等多个系统,另外还有库区网络建设和中控室建设及安防视频监控建设等内容。

  为解决系统各自独立的问题,需要采用统一的系统控制平台,将各系统整合到一起。这对平台的集成能力、扩展能力提出了很高的要求。

  粮食仓房环境恶劣,仓内尘土、虫害、鼠害严重,粮食进出仓机械作业也易造成现场电子设备损坏。此外,粮食储藏期间为控制虫害霉菌生长,需要时常对仓内粮食进行毒气熏蒸处理。毒气熏蒸不但对仓内电子设备的元器件及PCB直接造成腐蚀,影响传感器的测量精度甚至导致设备完全失效。因此,除了对电子设备按工业防护模式进行密封防护处理外,还应针对粮仓毒气成份采用相应防化学抗老化材料。

  库区范围大,一般多达十几至几十个敖仓,存在通讯分散、功能要求多样化的特点,属于典型的分布式应用,建设难度大。另一方面,受限于粮食储藏管理费有限,又要求系统简单实用、性能可靠、物美价廉。

  库房内粮食需进行出入仓轮换,现场设备能够适应反复拆卸安装;另外粮库部门从事电控、信息专业的人员较少,设备和系统应易于维护,方便仓储管理人员判断故障和故障点,并及时修复或更换。

  2 常见的粮库智能化解决方案对比。

  目前国内参与智能化粮库平台建设的厂商,主要分为下述2类:

  1)专业从事粮食储存、加工的企业,也包括粮食系统内各研究设计院。他们也是设计、制造、建设粮库自动化系统最有经验的几家单位,凭借对粮储行业工艺流程、控制要求的充分理解,大都采用自主研发的专用系统建设智能化粮库平台,主要由“粮储专用软件+专用IO采集单元+专用传感器”组成,特点是适用性强,成本低廉,占领了国内绝大部分市场。

  但由于这些企业所处的行业较为封闭,不擅长于信息系统和电子设备的设计开发,系统设计思想较老,且产品的标准化程度低,各单位间的产品互不兼容,带来了困扰;不采用工业级的控制器,而使用PC通过远程总线采集现场数据并进行控制,可靠性和稳定性差。

  2)各类系统集成商,以第三方制造的通用控制产品建设智能化粮库平台,主要由“通用监控软件+PLC+常规传感器”组成。由于大多选择已经在工业领域被广泛使用并充分检验过的产品,具备各种标准的通讯接口,性能稳定可靠。在智能粮库的建设过程中能够引入工业领域先进的系统设计理念,实现的智能化程度更高。但这类产品最初并非为粮储行业开发,系统集成商也不具备产品改造的能力,系统适用性差,只能通过工程配置的方式进行调整,工程施工量大,整体造价也较高。

  随着粮库智能化、自动化的要求进一步提高,特别提出了多个系统整合升级、统一测控平台和数据平台的要求。针对这一行业趋势,浙江中控在自主研发的、工业领域广泛应用的GCS系列通用控制系统和VxSCADA监控软件的基础上,联合业内某专业研究院,开发了智能通风、智能调气等行业专用软件包,提出了智能化粮库平台的整体解决方案。

  3 基于通用控制系统的智能化粮库平台。

  3.1 网络规划。

  引入工业领域常用的网络分层设计思想,将系统分为三层网络,分别为现场设备层的控制网、监控层的操作网和管理层的信息管理网,各层网络的功能分离,可以有效管理各层网络访问权限、控制网络负荷,从而增强系统安全性和稳定性。

  现场设备层的控制网用于过程控制信息的实时传输,是中控室主控系统与各敖仓分布式控制站之间的连接通道。考虑到库区各敖仓间的距离较远,另外为了节约布网成本,将视频监控网络与之合并,因此选用1Gbps高速工业光纤网络。

  监 控 层 网 络 连 接 控 制 系 统 中 所 有 操 作 节点,包括工程师站、操作员站、数据站等,基于100Mbps/1Gbps工业以太网。一般可通过VxSCADA软件将工程师站设为数据站,监控层网络内各操作节点,通过数据站访问历史信息、报警信息等,并下发操作指令。

  管理层网络可以利用库内部的办公网络以节约建设成本,将所有实时数据、流程图、趋势图、报表等进行WEB发布,管理层计算机通过IE或其他浏览器浏览。

  3.2 系统配置。

  GCS通用控制系统是浙江中控针对市政、环境监控、水处理等行业推出的新一代网络化控制系统,由面向集中监控的G5系列和面向分布式控制的G3系列组成。在粮库项目中,各敖仓之间距离较远,具备分布式控制的特点,适合使用G3系列控制器对各敖仓单独进行控制;同时出于简化维护工作的考虑,使用G5系列控制系统在中控室实现集中监控。

  由于每个敖仓的控制相对独立,因此在每个敖仓就地安装一个以G3控制器为核心的远程控制柜,实现下述功能:

  (1)一体化G3控制器集成有IO通道和通讯接口,可就近接入仓内的测温电缆、温湿度传感器、智能电表等仪器仪表,并通过控制网络将现场数据汇总到中控室。

  (2)控制器内置智能通风控制功能块,在自动控制模式下,可根据敖仓内温湿度情况,独立控制敖仓内风机、空调等设备的起停和风道、排风窗的开关。

  (3)控制器内置嵌入式数据库,可记录操作过程和现场历史数据;具有断点续传能力,即使发生断网,只要网络恢复正常,就可以将数据补传回中控室。

  (4)采用高防护等级的控制柜,并对G3控制器主板进行涂敷处理,满足现场防尘、防腐的需求。

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