智能化粮库平台中通用控制系统的运用论文

智能化粮库平台中通用控制系统的运用论文

“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。

在中控室，使用了1套G5系统进行综合监控，实现下述功能：

（1）作为中心管理站，通过控制网对各远程控制站进行数据采集、远程调度控制和运行状况监视等功能。

（2）接入来自消防、照明等外围系统的信号点，纳入智能平台进行统一监控、统一管理。

（3）作为现场设备统一的对外接口，上位机监控系统和ERP进行交互，实现高级控制指令。

上述配置方案下，在各敖仓和中控室采用分布式控制站和中心控制站的结构，各分布式控制站可以根据敖仓的`规模灵活配置IO点数和控制逻辑，而中心控制站负责统一监控，具有很好的扩展性。采用工业级设计的通用控制系统构成，可维护性强，性能稳定可靠。

3.3 SCADA监控中心设计。

基于VxSCADA软件组建的监控中心是智能化粮库平台的核心，承担着对整个粮库智能化平台进行管理、集中数据处理、监控和数据交换控制等功能。

VxSCADA监控平台基于先进的C/S架构，服务器负责数据采集、处理和分发，在此基础上集成现场数据采集、故障监测报警、实时监控界面、报表趋势、远程接入等常规应用模块，新构建库区基础信息管理、智能控制等行业专用模块，对整个库区实行全面统一的调度管理。

部分关键模块的实现方式和功能如下：

1）库区基础信息管理。

库区基础信息管理包括区域设置、库房类型、粮食种类、风机类型、风道数据、通风窗朝向等信息。

2）智能控制模块设计。

使用VBS脚本等二次开发工具，根据《储粮机械通风技术规程》等设计准则建立的数学模型，实现包括智能通风控制模块、智能气调控制模块等行业专用软件包。以智能通风控制模块为例，工作流程为：

根据采集到的“三温两湿”（指外温、外湿、仓温、仓湿、粮温）等粮情原始数据，经过二次计算后得到关键参数，之后按预设好的通风控制策略，控制判断库房是否需要通风，继而选择通风方式和需使用的风机，在达到预定的通风目的后，退出通风状态。

3）实时监控界面。

按全线工艺以流程图画面的形式展示，采用静态图形、动态变化、多图层技术、动画、三维立体图形、画面导航、热点选择等效果绘制直观、逼真的画面；使用曲线、棒图、表格等多种形式，使显示直观明晰；使用ActiveX控件，导入多种格式的图形，实现图形微调、图层设置、动作、背景模板和快捷键使用；以矢量方式进行图形绘制，实现流程图无级缩放，使界面，能够真实、全面地反映现场；采用画面关联跳转技术和弹出式调整画面，实现位号相关画面的快速切换和一键跳转。

4）远程接入。

使用OPC、ODBC等数据接口，将库区粮情数据、故障报警信息实时地送到粮情远程监管中心，并接受远程监控中心的远程控制指令。

4 结束语。

上述智能化粮库平台解决方案以通用控制系统为基础，针对粮储行业进行了适应性改造和二次开发，在大幅度提高行业适用性的同时，保留了通用控制系统可靠性强、扩展性好、标准化程度高的特点，即满足了现阶段粮库智能化建设的要求，又为今后继续升级预留了空间。而引入国产化的GCS控制系统和VxSCADA监控软件，与同类解决方案对比，整体建设成本性价比更高，操作方式更贴近国人的使用习惯。

目前该解决方案已经在浙江某国有大型储备粮库中进行了应用，充分满足了现场各种需求，智能控制效果达到预期，具有良好的推广前景。

参考文献。

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