日加工300t稻谷生產線控制系統設計

蔡華鋒，鄭曉玲

日加工300t稻谷生產線控制系統設計

蔡華鋒1，鄭曉玲2

（1湖北工業大學太陽能高效利用湖北省協同創新中心，湖北武漢430068；2武漢武船機電模塊有限責任公司，湖北武漢430063）

闡述了大米加工生產線自動化系統的整體設計。根據湖北某米廠稻谷種類合理設計了三個加工工序：清理礱谷、碾米系統和拋光色選工藝流程?？刂葡到y由上下位機結構組成，下位機利用PLC為主控器完成所有設備控制與狀態檢測，上位采用組態軟件開發友好人機交流界面。實踐表明，該系統提高大米生產效率，有效控制生產過程中設備故障引起的堵塞，大大減少操作人員勞動強度。

大米加工；自動控制系統；PLC；人機交流界面

當前，大米生產企業規模參差不齊，大多數生產設備采用繼電－接觸器控制電路，即通過按鈕、接觸器、手動控制各設備［1－2］。此種控制方式很難滿足糧食精、深加工的需要［3］。

某集團米業公司設計了一日加工300t稻谷的大米加工生產線，生產工藝根據當地大米品種特點專門設計；生產加工設備采用了國內外品牌糧機設備，控制系統下位機采用歐姆龍PLC為主控器，上位機人機交流界面是在工控機上運行二次開發的組態軟件，實現生產過程自動控制和手動控制并存，同時能針對不同故障做出相應的響應，并通過總線實時監測加工過程中各種數據，完成數據顯示、處理和報表形成，生產過程實時數據和歷史數據可發布，通過局域網供不同部門遠程監測，從而為生產效率計算、成本確定提供科學依據。系統的自動化控制減輕工人勞動強度，友好的人機交流界面降低了操作人員專業要求。

1 大米加工工藝流程描述

大米加工工藝流程就是將稻谷加工成成品米的生產過程，即根據稻谷加工的特點和要求，選擇合適的設備，并按照一定的加工順序組合成生產作業線［4］。為了保證成品米質量、提高產品精度、減少糧食在加工過程中的損失、提高出米率，大米加工一般經過清理礱谷、碾米系統、拋光色選工序。工藝流程因生產規模、大米品質要求不同有一定的差異。本文討論的大米加工生產線分為清理礱谷、碾米系統和拋光色選三個工序［4］，大致流程如下：

清理礱谷工作流程為：原糧 初清處理 振動處理 原糧計量 去石 礱谷 回轉處理 谷糙分離。日加工300t稻谷生產線清理礱谷工藝流程見圖1。設備與設備之間需要提升機完成物料提升，同時為了提高生產效率一般在設備前需增加緩沖倉。

圖1 清理礱谷工藝流程圖

碾米系統工作流程為：來自整理礱谷物料 1＃米機處理 2＃米機處理 3＃米機處理 4＃米機處理 1＃拋光 米篩。日加工300t稻谷生產線碾米系統工藝流程見圖2。

拋光色選工作流程為：來自碾米系統物料 1道色選 2道色選 2道拋光 3道拋光 白米篩 稱重打包 成品。日加工300t稻谷生產線拋光色選工藝流程見圖3。

圖2 碾米系統工藝流程圖

圖3 拋光色選工藝流程圖

2 大米加工生產線控制系統設計

根據以上工藝流程，從生產線功能上分成了三個部分［5－6］，從系統控制功能而言，大米加工生產線控制系統主要分為設備控制、狀態檢測、數據通信和監控軟件四個部分，該系統整體結構框圖見圖4。

圖4 大米加工自動控制系統結構框圖

設備控制和狀態檢測部分由可編程序控制器來實現。所需控制的設備有提升機、風網設備和加工設備，還有閘門、三通，共94點開關量輸出量。狀態檢測包含設備運行狀態、高（低）料位檢測、三通位置檢測和閘門狀態檢測，共127點開關量輸入量。

數據通信包括PLC與監控計算機之間RS232通信，以及電能表、毛谷秤、成品秤和包裝秤與監控計算機之間的RS485通信。

監控軟件實現人機交流，主要完成工藝流程操作所要求的流程順序啟動、順序停止、故障停機、流程切換及單臺設備的操作功能；失速報警、滿料報警、聲光通訊報警；工藝流程生產自動監控、在線通訊數據的采集、計算、分析、統計、匯總、打印等。

2.1 設備控制與狀態檢測

系統設備控制和狀態檢測是為了系統能根據工藝流程順序啟動、停車，并檢測設備運行狀態，在故障時能作出相應處理。這里選用歐姆龍主流機型CP1H－X40DR－A PLC作為主控器，并配置擴展模塊。

設備控制采用PLC繼電器輸出形式，將被控接觸器線圈或電磁閥線圈直接接入PLC輸出通道回路。

大米加工系統中各種設備完成不同的功能，按功率不同可采用直接啟動和Y－Δ啟動，此兩類設備主電路見圖5。

圖5 控制設備主電路

狀態檢測由料位檢測和設備運行反饋組成。料位器選用電容式接近開關，其供電為交流220V，因此每個料位器信號通過中間繼電器觸點接入PLC輸入點；設備運行檢測采用NPN型光電開關和NPN型接近開關直接進入PLC輸入點。

料位器在碾米系統中主要用來完成倉內物料是否滿料的檢測與判斷，當物料接近傳感器探測部分時輸出信號由“OFF”狀態變為“ON”狀態，即PLC對應的輸入點變為“ON”時，表明倉已滿，此信號一方面供自動控制環節使用，另一面在人機界面上顯示出來。

由于使用環境的緣由，物料在從上向下流動時，會有部分物料接觸料位器探測部分，PLC檢測信號會發生變換，但此過程是短暫的，如果直接響應此信號變化，將會使系統變得不穩定。因此，需要對料位器信號進行必要處理，這里采用去抖思想，其去抖方法是當檢測到料位器輸入信號變化時，先啟動延時（約10s），當延時時間到，再去判斷此改變的信號是否存在，如果存在則認為倉的確滿了，反之則為干擾。

圖6所示為系統料位器檢測處理程序，以HL1的工作過程為例進行敘述。HL1的輸入點為4.09，去抖延時定時器為T21，料滿指示分配了W3.08。

圖6 料位器檢測程序

1）當料滿時，4.09為“ON”，定時器T21開始定時，定時時間10s一到，T21觸點動作，其常開觸點閉合，此時4.0仍然保持為“ON”，則HL1料位滿指示W3.08為“ON”狀態，并保持，直到倉內物料退出，4.09變為“OFF”狀態。

2）當物料干擾時，4.09也為“ON”狀態，定時器T21開始定時，但定時還未完成，4.09的狀態就變為“OFF”，則T21定時不成功，對應的KEEP指令不會被執行。

3）當料位器不停被干擾時，其信號不斷變化，也無法讓定時器定時成功。

2.2 生產數據檢測與數據通信

在稻谷加工過程中，需要統計毛谷重量、糙米重量、精米重量和所需電能，因此在工藝中初清處理完成后加入一臺流量秤統計毛谷重量；在拋光色選精加工前安裝一臺流量秤統計成品米（糙米）重量，最后的精米重量則通過包裝秤計量后累計計算出；整個系統用電由帶通信接口的電能表得到。所有儀表均具有RS－485通信接口，但通信協議不同，這里在VC平臺下實現通信接口驅動，建立組態軟件通信驅動接口函數，供組態軟件調用。

2.3 監控軟件實現

上位監控軟件實現操作員與系統的接口和交流，在設計原則上一方面要求功能齊全，另一方面便于操作、管理。

2.3.1 監控軟件功能

1）動態模擬顯示大米加工的各段工藝流程、生產報表、生產數據。

2）大米加工過程中如出現異常情況時，自動報警并用文字顯示故障類型、故障時間、日期和故障原因，使操作員在后序加工時可更好地調試加工設備。

3）權限管理，操作員只有在開機時輸入正確的登陸密碼后，才能進入大米加工主操作界面。

4）軟件界面能按時間先后顯示流量秤、包裝秤和電能表的累計數據，并能計算在一定時間內原糧、粗糧和精米數量，統計出米率、噸米電耗。

5）查詢歷史數據，如過去一周內的運行時間、大米加工產量等。

2.3.2 人機界面設計 在人機界面計算機中，軟件界面能動態顯示各設備的運行狀態。用灰、綠燈表示設備的關機、開機狀態，而當設備故障時，整個設備將變紅并閃爍。用管道流動顯示物料流動情況，形象、動態顯示物料運行狀態。為使控制室操作人員了解各設備狀態，及時掌握加工設備的運行情況，同時配有料位器低料、高料報警及處理電路，在各種事故狀態下實現報警停機。

軟件界面上，設有各相關設備的啟、停按鈕，可在控制室內通過計算機單獨啟動和停止任一臺加工設備，也可在界面上，根據不同稻谷加工需要在自動運行啟動前點擊三通選擇好物料流向。自動運行只需一鍵即可將該工序中所有設備按照先后順序啟動和停止，同時設置各工序急停和系統急停開關，以應對大米加工時遇到的各種突發事件。大米加工控制系統人機界面清理礱谷界面、碾米系統界面和拋光色選界面分別見圖7－圖9。

圖9 碾米系統人機界面

3 結束語

目前，大米加工生產線已經應用于湖北某集團米業有限公司運行兩年多，日加工稻谷300t，具有較好的經濟效率和較低的生產維護成本。實際應用證明，該系統操作方便，運行穩定，大大提高了監控效率，保證了產品質量和出品率，提高了生產運行的安全可靠性，降低了操作管理人員的勞動強度，為實現生產管理的現代化發揮了積極作用。

［1］ 王杭，謝健.我國稻米加工技術裝備的發展歷程及展望［J］.糧食與飼料工業，2003（12）：26－29.

［2］ 何毅.中國大米加工業行業發展現狀及展望［J］.糧食科技與經濟，2009（6）：4－6.

［3］ 韓銳敏.對稻谷加工工藝的探討［J］.糧食與飼料工業，2005（3）：1－3，16.

［4］ 張天堂.大米加工生產自動化監控系統［J］.糧食加工，2004（3）：28－30.

［5］ 周勁.集散控制系統在大米加工中的典型應用［J］.糧食加工，2009（4）：36－38.

［6］ 于軍，陳亮明.米廠自動化控制系統［J］.糧油加工，2008（10）：98－100.

［7］ 李維強.免淘米自動化監控系統［J］.糧食加工，2010（2）：37－38.

Design of Control System for Operation Line for Paddy with Capacity 300 t／day

CAI Huafeng1，ZHANG Xiaoling2
（1 Center for High－efficiency Utilization of Solar Energy，Hubei Univ.of Tech.，Wuhan 430068，China；2 Wuhan Wuchuan ElectroMechanical Equipment Modularization Co.，LTD，Wuhan 430063，China）

This paper mainly expounds the overall design of the rice processing production line automation system.Based on the rice species of a certain rice mill in Hubei Province，three processes were reasonably designed：cleaning the rice milling，the milling system and polishing color selection process.The control system is composed of upper and lower position machine structures.The lower position machine uses PLC as the host controller to complete all the equipment control and state detection，while the upper position machine develops friendly human－computer interaction interface by using configuration software.Practice shows that the systems improve the efficiency of rice production，effective control of production process equipment failure caused by congestion，and reduce the operator labor intensity greatly.

rice processing；automatic control system；PLC；HMI

TP273

A

［責任編校：張巖芳］

1003－4684（2017）04－0047－04

2016－06－23

湖北省教育廳資助項目（XD2014115）

蔡華鋒（1978－），男，湖北黃梅人，湖北工業大學講師，研究方向為計算機控制與管理、電力電子節能裝置