（模式识别与智能系统专业论文）港口粮食物流控制系统的开发与实现.pdf

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t i m em o n i t o r i n go ft h ep r o c e s so p e r a t i o n ，p r o c e s sm o n i t o r i n g , e q u i p m e n t m o n i t o r i n ga n ds oo n ( 3 ) s e a m l e s si n t e g r a t i o no ft h eg r a i nl o g i s t i c sc o n t r o ls y s t e ma n dm a n a g e m e n t s y s t e mi ss t u d i e di nt h i ss e c t i o n t i l i si n t e g r a t i o nd i s c a r d st h ep a t t e r nt h a tt h ef o r m e r m a n a g e m e n ts y s t e ma n dc o n t r o ls y s t e mi si s o l a t e d ，a n di tm a k e sf i e l di n f o r m a t i o n , m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n ，p l a n n i n ga n ds c h e d u l i n g , e q u i p m e n tm a i n t e n a n c ea n dc o s t a n dq u a l i t yu n i t e d t h r o u g ht h ec o m p r e h e n s i v et r e a t m e n to fs u c hi n f o r m a t i o n , i t f o r m sa ni n t e g r a t e da u t o m a t i o ns y s t e m w h i c hi sc o m p o s e db yac o n t r o ls y s t e ma n d i n f o r m a t i o ns y s t e m a n dt h i ss y s t e mc a ni m p r o v ee 伍c i e n c ya n dr e d u c ec o s t s ( 4 ) e x t e n s i o na n a l y s i so fl o g i s t i c ss y s t e m 一- o i l sa n df a t sl o g i s t i c sc o n t r 0 1s y s t e m i sd i s c u s s e d f o rc o m p l e xc o n t r 0 1s y s t e m s ，f e e d b a c ks y s t e m s ，t i m e d e l a ys y s t e m sa n d p i dc o n t r o lc a nb eu s e df o rt h ed i s c u s s i o na n dr e s e a r c h k e y w o r d s ：g r a i nl o g i s t i c ss y s t e mo fp o r t ；c o n t r o ls y s t e m ；u p p e rc o m p u t e r ；p l c ； i n t e g r a t e d ；t i m e d e l a ys y s t e m s 日录 目录 摘要i a b s t 阳c t 目录i 1绪论1 1 1 研究背景及意义：1 1 1 1 研究背景1 1 1 2 研究意义。2 1 2 国内外现状3 1 3 论文主要内容4 1 4 本文的内容安排5 2 港口粮食物流控制系统方案6 2 1 引言6 2 2 港口粮食物流控制系统功能要求6 2 2 1 港口粮食物流项目控制系统简介6 2 2 2 港口粮食物流控制系统技术要求6 2 2 3 控制要求研究7 2 3 港口粮食物流控制系统整体方案确定9 2 3 1 系统控制策略9 2 3 2 系统工艺分析和研究1 1 2 3 3 系统画面设计1 3 2 3 4 系统的运行方式和操作1 4 2 3 5 系统的安全性1 5 2 4 本章小结1 6 3 港口粮食物流控制系统的程序研究17 3 1 引言17 3 2 程序研究思想17 3 2 1 流程选择编程思想仃 3 2 2 下位机流程选择研究2 0 3 2 3 上位机流程选择操作研究2 1 3 2 4 流程状态信号研究2 2 3 2 5 单体设各程序研究2 3 3 3 下位机程序结构2 8 3 4 粮食物流监控系统研究一3 0 3 5 故障处理研究3 8 3 6 管理系统与控制系统集成研究3 9 3 7 本章小结。4 5 1绪论 1绪论 1 1 研究背景及意义 1 1 1 研究背景 物流这一概念在产生初期，是以p d ( p h y s i c a ld i s t r i b u t i o n ) 命名的。美国 物流管理协会( c n p d m ，1 9 6 0 ) 对其定义是：“p d 是把完成品从生产线的终点 有效地移动到消费者手里的广范围的活动，有时也包括从原材料的供给源到生 产线的始点的移动 。2 0 世纪6 0 年代p d 的概念引进日本并被译为“物的流通， 日本著名学者平原直提出用“物流”代替“物的流通”，林周二认为：“物流是包含 物质资材的废弃与还原，联结供给主体与需求主体，克服空间与时间距离，并 且创造一部分形质效果的物理性经济活动。具体包括运输、保管、包装、装卸 搬运、流通加工等活动以及有关的信息活动。 从2 0 世纪8 0 年代中期开始，l o g i s t i c s 逐渐取代p d 成为物流的代名词。 美国物流管理协会对l o g i s t i c s 的定义是：“l o g i s t i c s 是对货物及相关信息从起源 地到消费地的有效率、有效益的流动和储存进行计划、执行和控制，以满足顾 客要求的过程。该过程包括进向、去向、内部和外部的移动以及以环境保护为 目的的物料回收。”我国的国家标准物流术语( 2 0 0 0 ) 规定，“物流”的对应英 文词是l o g i s t i c s ，并将其定义为：“物品从供应地向接受地的实体流动过程。根 据实际需要，将运输、储存、装卸搬运、包装、流通加工、配送、信息处理等 基本功能实施有机结合。” 美国物流管理协会( 1 9 9 8 ) 为了反映物流内涵的新变化，又一次修改了 l o g i s t i c s 的定义：“l o g i s t i c s 是供应链流程的一部分，是为了满足客户需求而对 商品、服务及相关信息从原产地到消费地的高效率、高效益的正向和反向流动 储存进行的计划、实施与控制过程。” 物流产业是以高新技术为基础，整合了传统产业而形成起来的新兴产业， 它正处于发展势头良好的趋势，其发展程度被作为衡量一个国家或地区的现代 化水平、产业水平和综合囤力的重要标志之一。粮食物流是物流的重要组成部 分，在整个社会物流中占据着重要的位置，所谓粮食物流就是指粮食从生产到 收购、储存、运输、加工、销售整个过程中的实体运动，以及在流通环节的_ 1 1绪论 切增值活动。 中国是一个粮食生产大国，也是一个粮食消费大国，粮食物流是始终贯穿 粮食从生产到消费整个产业链的纽带，它的平衡关系到国家改革发展和社会稳 定。目前，我国粮食产量已达到5 亿吨，流通量为1 7 亿吨，其中3 5 0 0 万吨跨 省长途运输，1 3 5 亿吨在区域内流通消费。 目前，我国现代粮食物流发展还比较落后，主要面临着两个层面的问题：在 管理层面上，缺乏粮食物流的统筹规划、协调发展，造成粮食物流体系建设滞 后于社会经济发展；在技术层面上，粮食物流体系建设缺少系统技术支撑，我 们尚没有本地、区域和全国性的粮食流通管理数据库系统，缺少粮食物流供需 分析手段和规划方法，物流节点布局与路径优化研究尚未开展，对粮食物流的 政策与环境研究不够，这些都使得我国的粮食物流体系建设受到技术制约。总 而言之，我国的粮食物流成本高、效率低、损耗大的问题仍很突出，近年来随 着自动化技术水平的不断提高，运用先进、成熟、可靠的技术来实现现代粮食 物流技术的现代化是时代发展的趋势。 1 1 2 研究意义 在我国，对粮食物流的研究h i i h i j 起步，以系统的观点，结合粮食物流的技术 开展相关模型与物流控制方法等关键技术研究，对我国粮食物流体系建设发展 具有重要的理论价值和现实意义。 本文是结合某一设计港口粮食现代物流项目，研究了其完善的工艺流程，包 括2 条各1 0 0 0 t h 生产线，具有卸车入仓、船车直取、出仓装船、出仓装车、倒 仓、熏蒸等作业功能；装船能力为2 x l o o o t h ，火车卸车能力1 0 0 0 f f h ，汽车卸粮 能力2 x 5 0 0 t h ，汽车发放能力10 0 0 f f h 。此项目中工艺设备种类多、产量大、数 量多。主要设备包括气垫胶带输送机、托辊胶带输送机、脉冲除尘器、插入式 除尘器、除铁器、取样器、压缩空气系统、通风系统、真空清扫系统、卸料小 车、气动闸门、电动闸门、气动阀门、装船机、真空清扫系统等各种设备共4 0 0 多台套。此外，电气及自控工程包括低压配电配电柜、电机控制柜、电容补偿 柜、电缆桥架系统、照明系统、计算机控制系统、粮情测控系统、工业电视系 统和信息管理系统。 本项目采用了先进的信息技术和控制技术，高质量元器件和进口关键设备， 是一个技术先进、可靠、适用的综合自动化系统，通过对港口粮食物流控制系 2 l绪论 ；e ji i i i i i i 统的设计，实现了粮食物流的现代化，在相当程度上节省了人力物力财力，也 为今后该方向的研究提供了参考。 1 2 国内外现状 我国作为一个农业大国，已经确立了要全力发展现代农业、实现小康社会 的战略目标，要实现这一战略目标，就迫切需要大力发展农产品物流业，自从 加入了w t o 以来，随着全球化的发展，全球采购业务，全球销售业务以及本土 化生产的趋势日渐明显，我们迫切需要高水平高质量的现代农产品物流系统为 之提供服务，从而可以降低农产品物流成本，提升我国农产品在国际市场中的 竞争力，提高我国农产品物流的效率与水平。粮食作为农产品的主要部分，粮 食物流也已经成为农产品物流的重要组成部分，就目前而言，我国粮食物流体 系建设较为滞后，这- - n 约因素已经成为限制我国粮食流通发展的主要障碍， 由于我国的土地资源分布情况不同，造成了由于粮食产区、种类分布的不均衡， 从而导致了我国粮食物流在时空分布上跨度极大，物流成本居高不下，由此可 见，加强粮食物流体系的建设与管理显得十分必要，它也是降低全社会农产品 物流成本，提升粮食流通效益的关键。 发达国家的粮食物流己基本上实现了“四散化”，即散装、散卸、散运、散存。 也就是说：从粮食储存方式看，无论是农场仓库、收纳库还是港口终端库的粮 食储存，基本上都是采用了散存的存储方式。粮仓的建设根据不同的要求采取 不同的类型，主要是采用立筒仓、浅圆仓和钢板仓等。粮仓与其运输设施之间 实行衔接配套，实现了技术先进，经济合理。粮库的作业采用智能化管理，收 纳库、中转库、终端库均配有完善的散粮储存、运输计算机管理信息网络。粮 食储存设施先进齐全，设备标准化、专用化、系列化、自动化程度高。从粮食 的装卸方式看，粮食的接收、发送都是以散装形式为主。农场主用卡车把粮食 运至收纳库，粮食从卡车底部卸料口卸下，或用起重机抬起车厢，从后部卸下。 粮食落人地坑的栅栏口，由刮板输送机送到斗式提升机的地坑，经斗式提升机 提升，然后入仓。收纳库发送粮食多数是铁路运输。当火车开始装运时，把装 料口调到车厢顶部，粮食从仓内流出，经称重后进入斗式提升机的后入料口， 提升到仓顶。经过分配器、装料口进入车厢。 3 1绪论 i i 多年以来，我们国家对粮食物流的发展一直给予了高度重视，曾经连续5 年的国务院一号文件都明确指出了保障粮食流通安全的重要性。由于粮食物流 产业在国民经济中的不可动摇的重要作用，粮食物流的信息化也已经成为国家 信息化战略的重要内容。纵观整体粮食物流行业的发展，国外的粮食物流发展 已有5 0 多年的历史，其信息化水平已发展到相当高的程度，我国与发达国家之 间的“数字鸿沟”已经很明显，差距较大，为了减小与发达国家粮食物流发展 之间的差距，也为了促进我国本身粮食物流的发展，我们需要利用后发优势， 充分利用当今最新最先进的技术和方法去改造传统粮食物流产业，从更高的着 眼点去进行物流产业建设，通过智能化、信息化改造提高我国粮食物流产业的 竞争力，才能有效促进我国粮食物流产业的发展，使我国相关产业在未来的国 际竞争中立于不败之地。 在学术研究领域内，我国国内一些学者已经开始意识到信息化自动化智能 化是现代粮食物流今后的主要发展趋势，采用智能优化的物流系统是现代物流 沿着智能化方向发展的最终目标，因此国内众多高校，公司的专业学者们纷纷 开展对物流系统智能优化的研究和实践，并取得了一定的理论和应用成果。总 览近年来过粮食物流的研究我们可以看到，粮食物流系统的研究，一方面是自 动化信息化智能化技术在物流优化方面的研究，另一方面是粮食对社会经济生 活重要性的研究。目前而言，国内学者对物流的研究主要在以下几个方面：节 点布局设计、智能优化算法、物流路径优化、粮食流通体制、现代粮食物流体 系建设，众多研究成果为我国粮食物流系统的研究提供了丰富的理论基础和有 力的技术指导。但是，国内针对粮食属性的粮食物流系统的专门研究较为贫乏， 研究内容主要停留在强调粮食物流的布局，体系等，从研究物流系统智能优化 问题的状况来看，研究和实践还比较分散，针对物流系统中的某些具体环节或 问题进行探索的内容居多，建立完善的粮食物流控制系统的案例较少，因此， 对我国的情况而言，建立智能的现代的粮食物流的控制系统是十分有必要和有 意义的。 1 3 论文主要内容 本课题以某一港口粮食现代物流项目为例，通过对该项目工艺流程的分析、 设计与研究，主要实现了以下主要功能： 4 1 绪论 1 作业的流程控制 该港口粮食物流作业流程主要包括火车进仓、汽车进仓、出仓装船、出仓 装车、船车直取、倒仓等功能。通过采用高性能的p l c 控制，完成流程作业的 自动化。 2 监控系统的实现 系统通过上位机监控软件实现了对进仓、出仓、倒仓、直取作业流程的实 时监控，同时对作业设备如皮带输送机、卸粮小车、装船机、电子称、闸阀门、 筒仓、风网、除尘器等主要设备进行监控。 3 管理系统与控制系统的无缝集成 文章摒弃了原来管理系统与控制系统相分离的模式，完成管理系统与控制 系统的无缝集成，充分体现了管理与控制的一体化和智能化。 4 港口粮食物流控制系统应用的延伸 港口食用油脂的物流也属于粮食物流的范畴，文章最后通过对油脂物流控 制系统的分析和研究，探讨了反馈控制、p i d 控制以及时滞系统存在下的油脂物 流控制的解决方案。 1 4 本文的内容安排 根据以上研究工作，正文分为五章。 第一章：绪论。主要探讨了当今粮食物流发展状况，介绍了我国粮食物流 发展的前景与方向。 第二章：港口粮食物流控制系统方案。本节对港口粮食物流控制系统进行 了分析，通过分别对流程、工艺、技术要求等控制环节进行分析，确定了粮食 物流控制系统的解决方案。 第三章：港口粮食物流控制系统的程序设计。本节是控制系统实现的核心 环节，提出了整个程序设计思想，完成了对上位机、下位机、监控和故障处理 的设计，实现了粮食物流的控制环节，并将控制系统和管理系统进行了集成。 第四章：港口粮食物流控制系统的延伸。本节展开对粮食物流中的油脂类 物流控制系统的延伸分析。对于复杂的控制系统，提出了可以运用反馈系统、 时滞系统和p i d 控制的探讨与研究。 第五章：总结。 5 2 港口粮食物流控制系统方案 2 港口粮食物流控制系统方案 2 1 引言 对于我国这样一个粮食大国，粮食物流发展的水平也在一定程度上反映了 我国国力的发展水平，开发一套优质的粮食物流控制系统，可以在很大程度上 解决现有粮食物流上的弊端，从而做到降低成本，减小损耗，提高效益。 港口作为现代粮食物流中转站，有其独特的优势，文章以某一港口为例， 探讨港口粮食物流控制系统的解决方案。 2 2 港口粮食物流控制系统功能要求 i 2 2 1 港口粮食物流项目控制系统简介 该港口现代粮食物流项目现建设有1 条1 0 0 0 吨d , 时的火车卸车生产线、2 条5 0 0 吨d , 时的汽车卸车生产线、2 条1 0 0 0 吨d , 时的装船生产线和1 条1 0 0 0 吨4 , 时的汽车发放生产线，工艺流程共5 5 条之多。生产线中需要控制的设备共 3 0 0 多套设备：包括托辊皮带机、气垫皮带机、电动闸门、气动阀门、卸粮小车、 电子称、装船机、风机、除尘器等，控制点大约3 0 0 0 多个。 根据该港口的粮食物流控制系统的要求，该控制系统要实现设备的手动单 机控制、手动联锁控制、流程作业控制、报警处理等功能。同时要实现接收管 理系统下达的作业令以及为管理系统提供相应的生产数据，并要满足控制系统 规模扩大时的需要。 2 2 2 港口粮食物流控制系统技术要求 对于该粮食物流控制系统而言，其技术要求如下所示： p l c 在接收到操作员通过计算机发出的流程选择要求后，对能满足作业目标 的所有流程进行扫描，并将流程的状态( 可用、设备故障、设备冲突、运行 条件不满足等) 反馈给上位机，供操作员选择流程。 操作员选定流程后，p l c 在接收到流程号和启动命令时，自动地按逆粮流顺 序启动流程中设备，即处于最下游的设备最先启动，之后依次启动。设备的 6 2 港l - q 粮食物流控制系统方案 启动时间间隔大于设备的启动时间，以避免两台大功率电机同时启动时对电 网的冲击。 由p l c 控制时，设备启动前，该设备所处区域的警铃响2 0 秒，提示现场人 员注意。 作业结束时，p l c 接收到停止命令后，控制流程中的设备按顺粮流方向停机， 即先关闭出粮闸门，上游设备先停机，之后下游设备依次停止。设备间的停 止间隔时间按工艺要求及设备运行特性进行整定，即保证设备中的物料走 空，又及时停机，减少能耗。 当流程运行中，流程中的某台设备出现故障时，按照设备连锁关系，故障设 备下游的设备继续运行以清空物料，上游设备立即停机，以避免堵料。该流 程中的全部设备停止或已停止设备的再启动，均须由操作员发出指令操作。 上台设备启动或停止完成后，下台设备才可以启动。 根据工艺要求，除尘系统在其对应的输送设备启动前自动启动，在输送设备 停止后继续工作一段时间，然后自动停机。 应显示流程的选中、待机、故障等状态。 某台设备因故障或其它原因停机后，即使原因己消失，程序应防止在没有操 作员的启动命令的情况下该设备自动启动。 设备手动单机可以控制任一设备的启动，并且该设备的启动，不受其它设备 的影响，设备之间没有联锁关系。 设备手动联锁可以实现设备的按区域进行设备的启动，该种情况设备之间有 严格的联锁关系，也就是某一设备的启动和停止与它的上游和下游设备的状 态有严格的联锁关系，只有满足启动条件时，该设备才能启动。此种启动方 式主要运用于紧急情况下的流程作业。 2 2 3 控制要求研究 本课题所实现的港口粮食现代物流项目自动控制系统具有以下主要功能： 1 生产过程监控：实现生产过程的自动控制和状态监控。 2 数据采集和记录：采集并记录生产数据，并为管理信息系统提供所需数 据。 3 检修及调试：可以显示每个模块每个点的状态及每台设备所有输入、输 出点和内部寄存器的状态。 7 2 港几粮食物流控制系统方案 4 模拟运行：在使用模拟器的情况下，不必运行p l c 及m c c 等硬件，即 可进行流程选择、启动和停止的操作，单机的启动和停止，用于人员培训、作 业前演练等，上述主要功能如图l 所示： 【主要蛳皂】 _ f 撒黜控 摊糕和蹁i 检修和调试 】 模拟运行 ： 图2 1 系统的控制目标 在该系统的四个主要功能中，生产过程监控可以实现锦州港现代粮食物流 项目自动化作业所需的功能，其具体实现的目标可以表示如下： ( 1 ) 设备和流程状态监控 设备和流程状态控通过p l c 采集传感器信号以及内部状态变量数值，在操 作工作站屏幕上显示整个作业系统的主要状态。设备和流程状态监控主要由以 下几种监控画面来实现：总工艺画面、进仓监控画面、出仓监控画面、倒仓监 控画面、直取监控画面、区域监控画面、风网画面、风网画面、单机设备画面、 成套设备画面； ( 2 ) 设备和流程启停控制 设备和流程启停控制是由p l c 接收操作员通过计算机启动和停止指令，根 据运行参数的设置和现场信号，自动地控制设备的启动和停止。设备的运行方 式有自动、单机和现场三种，主要有以下画面组成：流程选择和设定画面，主 要用于选择能实现作业目标的可用流程：流程控制画面；单机控制画面； ( 3 ) 流程和设备运行参数的设置 设定流程和设备运行的主要参数：包括设备的运行方式，设备的延时参数、 设备传感器的过滤参数。运行方式设定，设定每台设备的运行方式( 单机流程) ， 设定部分传感器的延时参数( 跑偏、压力、堵料、失速) ，设定部分传感器的过 滤参数( 传感器有信号时是否停机) 。 ( 4 ) 报警和故障处理 该部分可显示所有设备、流程和系统的故障、报警和处理情况。报警一览 画面；紧停按钮报警位置画面。 ( 5 ) 系统自身参数的监控 8 2 港口粮食物流挖制系统方案 p l c 主站、各分站的运行、故障状态画面；服务器、监控工作站的状态画 面；控制网络及各节点的状态画面；各系统电源的状态画面。 ( 6 ) 作业信息的监控 正在运行的流程、运行时间、操作员，显示在总工艺画面上；作业量，显 示在流程画面及总工艺画面上。 ( 7 ) 管理系统与控制系统的集成功能 在系统的生产数据采集功能部分，可以采集生产中的大量数据，存入运行 记录，并通过第三方软件如r s s q l 存入管理数据库。可采集和产生的数据为： 流程的启动时间、运行时间和停止时间； 流程的作业量； 流程的故障； 设备的故障； 设备的运行时间； 设备的功耗； 操作员代号及主要操作； 控制系统通过从管理系统采集数据，如筒仓的进出作业量、实际储存量 等数据，来达到实时监控筒仓的装粮情况。 2 3 港口粮食物流控制系统整体方案确定 2 3 1 系统控制策略 港口现代粮食物流信息系统分为三个层次：管理层、监控层和过程控制层， 分别与管理信息系统、上位机监控系统和p l c 控制系统相对应。下图为该控制 系统的网络结构图。 9 2 港口粮食物流控制系统方案 图2 2 整体控制系统的结构与配置 1 上位机监控系统 控制系统采用c l i e n t s e r v e r 结构，系统设两台r s v i e ws e 服务器，安装 r s v i e ws es e r v e r1 0 0w r s l i n xe n t e r p r i s e 软件，冗余配置，互为热备。 系统设四个操作员工作站，安装r s v l e ws ev i e wc l i e n t 软件，通过服 务器，可以同时监控，同时兼顾编程和系统维护。 r s v i e ws e 服务器上安装r s s q ls t a n d a r dv e r s i o n 软件，用于控制 系统与管理系统交换数据。 服务器与工作站间采用10 0 m 以太网连接，t c p i p 协议。 运行环境：服务器w i n d o w s2 0 0 0s e r v e r ，工作站：w i n d o w s2 0 0 0 。 2 p l c 控制系统 过程控制层采用p l c 编程控制器，分布式布置，p l c 控制器共设三个站， 分别设在1 号、2 号和3 号配电室的控制室内。其中2 号站作为控制主站，1 号 站和3 号站作为从站，主站与从站之间通过光纤进行连接，每一站点对就进的 设备进行信号的采集与控制。 1 0 2 港几粮食物流控制系统方案 编程软件：r s l o g i x s 0 0 0 硬件：c o n t r o l l o g i x 系统，c p u ：1 7 5 6 一l 6 2 3 控制网络 冗余介质c o n t r o ln e t 冗余。对p l c 各分站之间、p l c 系统各机架间以及 p l c 与上位机之间通讯均采用介质和通讯口冗余的方法来提高系统可靠性。连 接不同控制室的网络线路采用光纤。c o n t r o ln e t 网络能够根据信号质量自动选 择通讯正常、良好的链路，并且网络切换无需任何编程。 4 控制节点 装船机、卸料小车自带控制系统的成套设备，通过d h + 网络与p l c 连接。 电量仪表通过m o d b u s 接口与p l c 连接。 模拟屏通过r s 4 8 5 接口与p l c 连接。 电子秤( 西门子系统) 通过s s n - p f 眦l x 通讯卡与a bp l c 连接。 2 3 2 系统工艺分析和研究 作为一个大型的现代化的粮食运输控制系统，需要有良好的设计工艺，根 据实际港口的操作工艺，该系统建立合理有效的工艺流程，从而很好的表现港 口的实际操作能力，该港散粮系统输送工艺包括了港区的装船工艺、卸车工艺、 装车工艺、筒仓工艺等多种粮食作业。根据装卸工艺及粮食输送能力，将自动流 程分为四类： 入仓流程：卸火车入( 筒星) 仓、卸汽车入( 筒星) 仓； 出仓流程：出仓装船、出仓装汽车； 倒仓流程：筒仓一筒仓、筒仓一星仓、星仓一筒仓； 转运流程：卸火车装船、卸汽车装船、卸火车装汽车。 该系统的工艺特点可以总结如下：卸船作业布置灵活，充分发挥了系统作 业能力，大大提高了卸船效率，减小船舶滞港时问，增强了港口竞争力，工艺 流程高效、可靠，装车方式灵活，集中发放高效可靠，优化粮仓形式，采用高 效节能的仓型。 根据工艺设备排布情况，本项目主要有接收、发放、倒仓、直取等主要工艺 流程。 1 1 ；三些兰丝鬯兰蝥塑至i i i 一 1 接收工艺 接收工艺包括从火车卸粮坑接收入仓和从汽车卸粮坑入仓，其中火车卸粮产 量为1 0 0 0 t h ，每个汽车卸粮坑的产量为5 0 0 v h ，合并形成1 0 0 0 v h 产量。入仓流 程均经过散粮批量秤计量。 下图为经过部分传送点的接受工艺流程框图： 圈 一m o i p 圈 1 _ j 砩 1 _ j 吓邗 图2 3 接收工艺 2 发放工艺 发放工艺包括出仓装船和出仓装汽车，装船为两条产量为1 0 0 0 吨，j 、时的生 产线，装汽车为1 0 0 0 吨小时，装船工艺通过批量秤计量，装汽车通过地中衡计 量。 下图为经过部分传送点的发放工艺框图： 图2 4 发放工艺 3 倒仓工艺 倒仓工艺包括三排仓相互间的倒仓，产量为1 0 0 0 k 吨小时。 下图为经过部分传送点的倒仓工艺框图： 1 2 2 港口粮食物流控制系统方案 i i i i i 图2 5 倒仓工艺 4 其他工艺流程 其它流程包括火车卸车直接装船和汽车卸车直接装船。产量均为1 0 0 0 吨 小时，工艺设备排布也支持火车卸车和汽车来粮转为汽车散粮发放的流程，但 对这种作业有更经济的作业方式。 下图给出了其他几种经过不同传送点的工艺流程： 图2 6 其他工艺流程 考虑到后期项目的扩展，系统为将来的流程留有内存空间和程序接口，这 些流程包括二期筒入仓、二期筒仓发放、一期与二期相互倒仓、火车发放等流 程。 2 3 3 系统画面设计 清晰、美观的画面为操作人员监视生产设备的运转状态提供了生动简洁的 人机交互能力。r s v i e ws e 平台下监控画面的设计采用了面向对象的技术、模 板技术及多任务技术，改变了传统的作图方式，缩短了开发周期。 现代粮食物流控制系统监控画面包括总工艺画面、流程运行监控画面、流 程选择画面、电机电流监控画面、配电室电压及功率监控画面、筒仓仓容监控 画面、报警总览画面等，通过这些画面可以清楚直观掌握目前设备的运行状态。 电压、电流、功率、电机轴温、电子秤流量等重要数据的显示使用了动态文本 或者趋势曲线来实时监控这些模拟量的变化。根据项目的要求，可以设计出如 下的功能模块结构图和上位机监控功能模块图： 1 3 2 港口粮食物流拧制系统方案 i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i 置i i i i i i i i i i i 1 1 i 入巍再酉阳髓l l l l _ f l t l l il ll l f 魅l t i l i il r 。一= ；五一 l 剐t 譬控l - t 人曩再蕾奠步控赫爱謦 1 置i 酩榻憎叫 丽溉巍两厨酾 l u 功事荨篮越 勘k 喇 l 趋势鹰量示| i a n l i l t t 通讯 i 鼻奁仓善譬| 控- 嗣 lttt l 张攘警l副迹例坦 l 辩抟理l 图2 7 功能模块结构图 2 3 4 系统的运行方式和操作 该项目粮食现代物流自动控制系统通过p l c 程序和上位机程序编程，可实 现以下四种操作方式：现场手动、m c c 手动、计算机单机和流程自动。操作方 式说明如下图所示： 图2 8系统操作方式框图 下面对每一种操作方式进行简要的说明。 现场手动： 每一台电机均可以使用设备附近相对应的现场开关进行启停控制。现场手 动方式下电机的运行是短时间、临时性的，该方式主要用于设备调试以及异常 情况下及时停止电机。 条件：现场开关打到“现场”位置； 设备及电路没有故障。 m c c 手动： 每一台电机均可以使用控制室m c c 柜上安装的启动、停止按钮进行启停控 制。该方式用于设备调试、临时少量作业以及p l c 系统故障时的应急作业。 1 4 2 港n 狠食物流控制系统方案 当现场开关位于“现场”或“检修”状态时，m c c 柜上按钮不起作用。 条件：现场开关打到“遥控”位置； 该设备所在m c c 柜上“手动自动”选择开关位于“手动”位置； 设备及电路没有故障。 计算机单程控制： 通过操作员计算机，可以用鼠标选择设备( 组) ，并点击启停开关，对单台 设备进行控制，并可以监控设备运行状态。该方式主要用于调试、清理性作业 及以没有相应自动流程的作业。 条件：现场开关打到“遥控”位置； 该设备所在m c c 柜上“手动自动”选择开关位于“自动”位置； 上位机中将该台设备设置为“单机”方式； 下游设备运行正常； 设备及电路没有故障。 计算机流程： 通过操作员计算机，可以用鼠标选择并启动停止流程，对应流程中所涉及 的设备会在计算机的自动控制下按预定次序启动或停止。流程中某台设备出现 故障时，计算机会按照“故障点上游的输送设备立即停止，下游设备根据操作员 指令停机”的方式进行控制。该方式用于正常作业。 条件：现场开关打到“遥控”位置； 该设备所在m c c 柜上“手动自动”选择开关位于“自动”位置； ， 上位机中将该台设备设置为“流程”方式； 下游设备运行正常； 设备及电路没有故障。 2 3 5 系统的安全性 对于任何一个工业设计系统来说，系统的安全性是很重要的，对于本系统 来说，为了确保系统安全得到保证，信息不流失，本文还进行了安全性的研究。 1 人员： 人员可以分为操作员、工程师、系统管理员。 2 权限： 对不同的人员设定不同的权限，操作员可以进入工作系统，可以进行控制 1 5 2 港r 丁狠食物流控制系统方案 和操作，但不能修改系统和设备参数。 对工程师可以进行工作系统，不但可以进行控制和操作，还可以修改系统 和设备参数。 系统管理员主要对计算机及软件配置进行维护。 3 安全措施： 主要通过用户帐号及密码来实现。 进行系统、进入系统参数设定等不同权限的页面应输入用户名和密码。 2 4 本章小结 在设计一套控制系统之时，我们首先必须了解需要设计系统的概况，熟悉 在该控制系统中什么是被控制对象，之后可以根据受控对象的工艺要求和特点， 明确控制系统必须要做的工作和必须具备的功能，本章主要就以上问题进行了 阐述。 1 本章将港口粮食物流控制系统作为一个输入输出系统，研究了该粮食物 流控制系统的总体技术功能要求，并且提出了总体的设计方案。 2 将该粮食物流系统总体方案进行了分解，研究了其工艺流程，技术实现 方法，设计画面，通信控制方法等等，论文对这几部分的结构示意图和工艺流 程图进行了规划，为接下来系统的细致研究做了充分的理论和技术准备。 6 3 港口粮食物流拧制系统的程序研究 3 港口粮食物流控制系统的程序研究 3 1 引言 港口粮食物流控制系统的程序设计是其控制系统的核心部分，一个好的控制 程序不仅要功能齐备、操作方便，而且要满足用户的要求。粮食物流控制系统 程序设计主要包括下位机程序即p l c 应用程序和上位机监控程序。 p l c 程序采用结构化、模块化和符号化编程，以及专用的顺序控制、运动控 制、传动控制和过程控制场合的指令集，用来进行p l c 应用程序的编写、下载、 调试、修改，大大提高了编程效率。 上位机监控程序的设计和画面开发运用用户能看到标准的、易于使用且直观 的操作界面，设计出符合现场生产作业的实时画面，最终达到对每一个设备能 实时进行监控和操作。 3 2 程序研究思想 3 2 1 流程选择编程思想 在港口粮食物流控制系统中，流程作业是主要的作业的方式，但是在流程 作业前要进行流程的选择。港口粮食物流控制系统作为典型的多流程选择大型 控制系统，到目前为止，主要有以下三种流程选择方法： a 传统的流程选择控制法：该方法主要依据流程编写不同的子程序，按照流 程选择的标号启动预选流程中的设备。此种流程选择方法属于向导式选 择方法，但是随着筒仓规模的不断扩大，该种流程选择方法弊端越来越 明显，主要该流程选择方法不具备智能化，编写程序复杂。 b 矩阵选择法：在p l c 中编写流程选择程序，依据选中的流程按照设备的 上下游关系启动设备。矩阵选择法的缺点把所有的程序都放到下位机进 行编写，对下位机c p u 的性能要求比较苛刻，但运行稳定可靠，所以至 今应用比较广泛。 c 上位机流程选择法：设备的控制与矩阵选择法相同，只是把流程控制部 1 7 3 港口粮食物流控制系统的程序研究 分转移到上位机用高级语言来编写。随着计算机技术的发展，人们越来