智能化糧庫平臺中通用控制系統(tǒng)的運用論文
“民以食為天”,糧食問題是關系國計民生的大問題，隨著近年糧食產量十連增和國家儲備糧收購政策，多地投資新建了大型現(xiàn)代化糧庫，并對原有糧庫進行自動化改造升級。糧庫建設正在往大型、超大型的方向發(fā)展，裝卸、輸送、處理設備也趨向于大型化，廣泛配備糧情測控、機械通風、環(huán)流熏蒸、谷物冷卻等現(xiàn)代化裝備，采用低溫、氣調等儲糧技術，結合先進的自動化技術、信息化技術、計算機技術，提高糧庫的智能化、信息化管理水平，為保持糧食品質，延緩品質劣變，減少重量損失，降低保管費用，起到重要作用。
目前國內新建的糧庫雖然基本實現(xiàn)了測、控、管自動化，但大多將氣調、空調、糧情測控等系統(tǒng)建設成獨立的系統(tǒng)，相互之間沒有聯(lián)系，監(jiān)控也各自獨立，形成一個個“信息孤島”.由于室內外溫濕度、倉內溫濕度等參數(shù)在氣調、空調和糧情測控等系統(tǒng)內都需要用到，各獨立系統(tǒng)難免會出現(xiàn)重復建設的現(xiàn)象；不同系統(tǒng)各自建立數(shù)據(jù)庫、報表等，整合困難，不能充分共享數(shù)據(jù)，無法對糧情數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理、深入挖掘分析。因此，在新型智能糧庫的建設過程中，對糧庫控制系統(tǒng)和信息化平臺提出了更高的要求。
1 智能化糧庫平臺的運行環(huán)境及控制要求。
智能化糧庫平臺包括通風、空調、配電、糧情、蟲害、熏蒸、出入庫等多個系統(tǒng)，另外還有庫區(qū)網絡建設和中控室建設及安防視頻監(jiān)控建設等內容。
為解決系統(tǒng)各自獨立的問題，需要采用統(tǒng)一的系統(tǒng)控制平臺，將各系統(tǒng)整合到一起。這對平臺的集成能力、擴展能力提出了很高的要求。
糧食倉房環(huán)境惡劣，倉內塵土、蟲害、鼠害嚴重，糧食進出倉機械作業(yè)也易造成現(xiàn)場電子設備損壞。此外，糧食儲藏期間為控制蟲害霉菌生長，需要時常對倉內糧食進行毒氣熏蒸處理。毒氣熏蒸不但對倉內電子設備的元器件及PCB直接造成腐蝕，影響傳感器的測量精度甚至導致設備完全失效。因此，除了對電子設備按工業(yè)防護模式進行密封防護處理外，還應針對糧倉毒氣成份采用相應防化學抗老化材料。
庫區(qū)范圍大，一般多達十幾至幾十個敖倉，存在通訊分散、功能要求多樣化的特點，屬于典型的分布式應用，建設難度大。另一方面，受限于糧食儲藏管理費有限，又要求系統(tǒng)簡單實用、性能可靠、物美價廉。
庫房內糧食需進行出入倉輪換，現(xiàn)場設備能夠適應反復拆卸安裝；另外糧庫部門從事電控、信息專業(yè)的人員較少，設備和系統(tǒng)應易于維護，方便倉儲管理人員判斷故障和故障點，并及時修復或更換。
2 常見的糧庫智能化解決方案對比。
目前國內參與智能化糧庫平臺建設的廠商，主要分為下述2類：
1）專業(yè)從事糧食儲存、加工的企業(yè)，也包括糧食系統(tǒng)內各研究設計院。他們也是設計、制造、建設糧庫自動化系統(tǒng)最有經驗的幾家單位，憑借對糧儲行業(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)建設智能化糧庫平臺，主要由“糧儲專用軟件+專用IO采集單元+專用傳感器”組成，特點是適用性強，成本低廉，占領了國內絕大部分市場。
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)和電子設備的設計開發(fā)，系統(tǒng)設計思想較老，且產品的標準化程度低，各單位間的產品互不兼容，帶來了困擾；不采用工業(yè)級的控制器，而使用PC通過遠程總線采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)并進行控制，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.通用控制產品建設智能化糧庫平臺，主要由“通用監(jiān)控軟件+PLC+常規(guī)傳感器”組成。由于大多選擇已經在工業(yè)領域被廣泛使用并充分檢驗過的產品，具備各種標準的通訊接口，性能穩(wěn)定可靠。在智能糧庫的建設過程中能夠引入工業(yè)領域先進的系統(tǒng)設計理念，實現(xiàn)的智能化程度更高。但這類產品最初并非為糧儲行業(yè)開發(fā)，系統(tǒng)集成商也不具備產品改造的能力，系統(tǒng)適用性差，只能通過工程配置的方式進行調整，工程施工量大，整體造價也較高。
隨著糧庫智能化、自動化的要求進一步提高，特別提出了多個系統(tǒng)整合升級、統(tǒng)一測控平臺和數(shù)據(jù)平臺的要求。針對這一行業(yè)趨勢，浙江中控在自主研發(fā)的、工業(yè)領域廣泛應用的GCS系列通用控制系統(tǒng)和VxSCADA監(jiān)控軟件的基礎上，聯(lián)合業(yè)內某專業(yè)研究院，開發(fā)了智能通風、智能調氣等行業(yè)專用軟件包，提出了智能化糧庫平臺的整體解決方案。
3 基于通用控制系統(tǒng)的智能化糧庫平臺。
3.1 網絡規(guī)劃。
引入工業(yè)領域常用的網絡分層設計思想，將系統(tǒng)分為三層網絡，分別為現(xiàn)場設備層的控制網、監(jiān)控層的操作網和管理層的信息管理網，各層網絡的功能分離，可以有效管理各層網絡訪問權限、控制網絡負荷，從而增強系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性。
現(xiàn)場設備層的控制網用于過程控制信息的實時傳輸，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，另外為了節(jié)約布網成本，將視頻監(jiān)控網絡與之合并，因此選用1Gbps高速工業(yè)光纖網絡。
監(jiān) 控 層 網 絡 連 接 控 制 系 統(tǒng) 中 所 有 操 作 節(jié)點，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。一般可通過VxSCADA軟件將工程師站設為數(shù)據(jù)站，監(jiān)控層網絡內各操作節(jié)點，通過數(shù)據(jù)站訪問歷史信息、報警信息等，并下發(fā)操作指令。
管理層網絡可以利用庫內部的辦公網絡以節(jié)約建設成本，將所有實時數(shù)據(jù)、流程圖、趨勢圖、報表等進行WEB發(fā)布，管理層計算機通過IE或其他瀏覽器瀏覽。
3.2 系統(tǒng)配置。
GCS通用控制系統(tǒng)是浙江中控針對市政、環(huán)境監(jiān)控、水處理等行業(yè)推出的新一代網絡化控制系統(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。在糧庫項目中，各敖倉之間距離較遠，具備分布式控制的特點，適合使用G3系列控制器對各敖倉單獨進行控制；同時出于簡化維護工作的考慮，使用G5系列控制系統(tǒng)在中控室實現(xiàn)集中監(jiān)控。
由于每個敖倉的控制相對獨立，因此在每個敖倉就地安裝一個以G3控制器為核心的遠程控制柜，實現(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，并通過控制網絡將現(xiàn)場數(shù)據(jù)匯總到中控室。
�。�2）控制器內置智能通風控制功能塊，在自動控制模式下，可根據(jù)敖倉內溫濕度情況，獨立控制敖倉內風機、空調等設備的起停和風道、排風窗的開關。
�。�3）控制器內置嵌入式數(shù)據(jù)庫，可記錄操作過程和現(xiàn)場歷史數(shù)據(jù)；具有斷點續(xù)傳能力，即使發(fā)生斷網，只要網絡恢復正常，就可以將數(shù)據(jù)補傳回中控室。
�。�4）采用高防護等級的控制柜，并對G3控制器主板進行涂敷處理，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)進行綜合監(jiān)控，實現(xiàn)下述功能：
�。�1）作為中心管理站，通過控制網對各遠程控制站進行數(shù)據(jù)采集、遠程調度控制和運行狀況監(jiān)視等功能。
�。�2）接入來自消防、照明等外圍系統(tǒng)的信號點，納入智能平臺進行統(tǒng)一監(jiān)控、統(tǒng)一管理。
�。�3）作為現(xiàn)場設備統(tǒng)一的對外接口，上位機監(jiān)控系統(tǒng)和ERP進行交互，實現(xiàn)高級控制指令。
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構，各分布式控制站可以根據(jù)敖倉的規(guī)模靈活配置IO點數(shù)和控制邏輯，而中心控制站負責統(tǒng)一監(jiān)控，具有很好的擴展性。采用工業(yè)級設計的通用控制系統(tǒng)構成，可維護性強，性能穩(wěn)定可靠。
3.3 SCADA監(jiān)控中心設計。
基于VxSCADA軟件組建的監(jiān)控中心是智能化糧庫平臺的核心，承擔著對整個糧庫智能化平臺進行管理、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)控平臺基于先進的C/S架構，服務器負責數(shù)據(jù)采集、處理和分發(fā)，在此基礎上集成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、故障監(jiān)測報警、實時監(jiān)控界面、報表趨勢、遠程接入等常規(guī)應用模塊，新構建庫區(qū)基礎信息管理、智能控制等行業(yè)專用模塊，對整個庫區(qū)實行全面統(tǒng)一的調度管理。
部分關鍵模塊的實現(xiàn)方式和功能如下：
1）庫區(qū)基礎信息管理。
庫區(qū)基礎信息管理包括區(qū)域設置、庫房類型、糧食種類、風機類型、風道數(shù)據(jù)、通風窗朝向等信息。
2）智能控制模塊設計。
使用VBS腳本等二次開發(fā)工具，根據(jù)《儲糧機械通風技術規(guī)程》等設計準則建立的數(shù)學模型，實現(xiàn)包括智能通風控制模塊、智能氣調控制模塊等行業(yè)專用軟件包。以智能通風控制模塊為例，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)，經過二次計算后得到關鍵參數(shù)，之后按預設好的通風控制策略，控制判斷庫房是否需要通風，繼而選擇通風方式和需使用的風機，在達到預定的通風目的后，退出通風狀態(tài)。
3）實時監(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、動態(tài)變化、多圖層技術、動畫、三維立體圖形、畫面導航、熱點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，導入多種格式的圖形，實現(xiàn)圖形微調、圖層設置、動作、背景模板和快捷鍵使用；以矢量方式進行圖形繪制，實現(xiàn)流程圖無級縮放，使界面，能夠真實、全面地反映現(xiàn)場；采用畫面關聯(lián)跳轉技術和彈出式調整畫面，實現(xiàn)位號相關畫面的快速切換和一鍵跳轉。
4）遠程接入。
使用OPC、ODBC等數(shù)據(jù)接口，將庫區(qū)糧情數(shù)據(jù)、故障報警信息實時地送到糧情遠程監(jiān)管中心，并接受遠程監(jiān)控中心的遠程控制指令。
4 結束語。
上述智能化糧庫平臺解決方案以通用控制系統(tǒng)為基礎，針對糧儲行業(yè)進行了適應性改造和二次開發(fā)，在大幅度提高行業(yè)適用性的同時，保留了通用控制系統(tǒng)可靠性強、擴展性好、標準化程度高的特點，即滿足了現(xiàn)階段糧庫智能化建設的要求，又為今后繼續(xù)升級預留了空間。而引入國產化的GCS控制系統(tǒng)和VxSCADA監(jiān)控軟件，與同類解決方案對比，整體建設成本性價比更高，操作方式更貼近國人的使用習慣。
目前該解決方案已經在浙江某國有大型儲備糧庫中進行了應用，充分滿足了現(xiàn)場各種需求，智能控制效果達到預期，具有良好的推廣前景。
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