智能控制系統(tǒng)在糧油罐區(qū)中的應用探索

劉俊輝 唐魏

摘 要：隨著國家工業(yè)4.0的推動，結(jié)合更智能化的控制設備及大數(shù)據(jù)等先進技術，使糧油罐區(qū)生產(chǎn)高度數(shù)字化、自動化、信息化，同時為企業(yè)控制系統(tǒng)、企業(yè)云各類管理系統(tǒng)以及工業(yè)云服務平臺的各類應用和服務提供數(shù)據(jù)支撐。智能控制系統(tǒng)基于該目的應運而生，本文結(jié)合實例對智能控制系統(tǒng)在糧油罐區(qū)生產(chǎn)過程中的數(shù)字化、智能化應用進行了簡要分析。

關鍵詞：智能控制;糧油罐區(qū);MES工單;路徑規(guī)劃;收發(fā)油調(diào)油能耗

1概述

某大型糧油企業(yè)新建糧油生產(chǎn)工廠，占地面積3.8萬平方米。罐區(qū)共計63個油罐，其中生產(chǎn)罐區(qū)8個5000T油罐、4個3000T油罐;物流罐區(qū)11個3000T油罐、8個10000T油罐;包裝調(diào)和罐區(qū)12個1000T原料罐、6個200T原料罐、2個500T原料罐、12個30T調(diào)和罐。另外整個廠區(qū)還有5組包裝生產(chǎn)線、5個回油箱、3個回油緩存箱。整個罐區(qū)參與控制的設備數(shù)量較多，油罐、油管上的閥門就有將近600個。

為滿足數(shù)字化、智能化建設需求，罐區(qū)監(jiān)控在設計階段對整條生產(chǎn)線的規(guī)劃提出了較高的需求。罐區(qū)的監(jiān)控需對接MES系統(tǒng)，罐區(qū)的槽車收發(fā)油、碼頭收發(fā)油、調(diào)油、倒罐、沖洗、充氮等業(yè)務流程全通過MES下發(fā)工單驅(qū)動。罐區(qū)監(jiān)控室的操作人員不在手動逐個設備進行操作。由MES下發(fā)各類型業(yè)務工單給到罐區(qū)智能控制系統(tǒng)，罐區(qū)智能控制系統(tǒng)自動解析MES下發(fā)的各類型訂單，同時自動組織路徑，由中控室操作人員在一鍵復核是否可以一鍵啟動業(yè)務工單。當確認可以啟動時，操作人員一鍵啟動，整個業(yè)務流程將會自動執(zhí)行，執(zhí)行完成后將相關的實際數(shù)據(jù)以及本工單所消耗的能耗反寫入MES工單，反饋給MES系統(tǒng)。當MES系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，智能控制系統(tǒng)需要能手動創(chuàng)建各業(yè)務流程工單，并執(zhí)行。在當MES系統(tǒng)恢復后，將手動創(chuàng)建的工單信息反饋給MES系統(tǒng)。同時罐區(qū)智能控制系統(tǒng)需要與車間、包裝線進行系統(tǒng)對接。

2智能化、數(shù)字化應用需求分析

目前糧油罐區(qū)的業(yè)務有槽車收油、散油車發(fā)油、碼頭收油、碼頭發(fā)油、食用油調(diào)和、管道沖洗、充氮系統(tǒng)、油罐倒罐、回油處理等。參與每個業(yè)務流程的罐區(qū)設備主要有閥門、油泵、儀表。而業(yè)務流程的路徑都是很繁瑣，每次操作的路徑根據(jù)工單不同而不同。當由中控室操作人員手動操作時，需要順序操作路徑上的所有閥門。當業(yè)務流程涉及多個油罐時，就會存在多條路徑。如果由操作人員進行手動逐個操作時，則每個路徑上的設備都需要手動操作，且等待某個路徑完成后，又操作同一工單的其他路徑設備。該過程是非常繁瑣，且容易造成生產(chǎn)事故。目前糧油罐區(qū)業(yè)務流程的執(zhí)行存在人工投入大、且容易在生產(chǎn)過程中造成生產(chǎn)事故等問題。智能化、數(shù)字化工廠是由數(shù)字化模型、方法和工具構(gòu)成的綜合網(wǎng)絡，數(shù)字化工廠的基礎包含生產(chǎn)自動化、信息流自動化。本智能控制系統(tǒng)實現(xiàn)罐區(qū)設備的監(jiān)控、工單的一鍵啟動執(zhí)行（不需要逐個操作單個設備）。通過該系統(tǒng)大大減少了罐區(qū)人力投入，由于業(yè)務流程的一鍵啟動執(zhí)行，降低了中控室操作人員的操作要求。同時也能實現(xiàn)對具體每個工單所產(chǎn)生的能耗進行統(tǒng)計分析。智能控制系統(tǒng)同時也預留接口給第三方系統(tǒng)，如將設備的運行時間傳送給設備管理系統(tǒng)。

3智能控制系統(tǒng)構(gòu)成

本系統(tǒng)的網(wǎng)絡架構(gòu)主要分為三層，現(xiàn)場設備層、控制層、應用層。設備主要由PLC、服務器、操作站、交換機、以及現(xiàn)場的設備組成。

智能控制系統(tǒng)部署在中央集控中心，中央集控室的冗余服務器與現(xiàn)場的PLC控制器通過以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)交互。PLC控制采用分布式IO通過以太網(wǎng)進行通訊，與現(xiàn)場各壓力儀表、多點溫度、雷達液位計、質(zhì)量流量計、散油稱系統(tǒng)、裝車儀系統(tǒng)等系統(tǒng)/設備采用以太網(wǎng)、Profibus-DP、Profibus-PA、Modbus-TCP、Modbus-RTU等通訊協(xié)議進行通訊。各油泵、閥門采用硬接線的方式接入就近遠程IO站進行信號采集與控制。同時罐區(qū)能耗計量儀表采用Modbus-RTU通訊方式接入就近通訊網(wǎng)關。中央集控中心采用冗余機制，提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性及可靠性，同時在中央集控室還有一臺服務器專用于MES系統(tǒng)對接。

4糧油罐區(qū)智能控制系統(tǒng)應用實現(xiàn)

智能控制系統(tǒng)通過與MES系統(tǒng)對接，實現(xiàn)罐區(qū)各種業(yè)務流程（槽車收油、散油車發(fā)油、管道收油、管道發(fā)油、食用油調(diào)和、管道沖洗、充氮系統(tǒng)、油罐倒罐、回油處理）工單的執(zhí)行，并反饋執(zhí)行結(jié)果。當MES系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況時，智能過程控制系統(tǒng)需支持手動創(chuàng)建各業(yè)務流程工單，供操作人員一鍵執(zhí)行。待MES系統(tǒng)恢復正常后，將手動創(chuàng)建的MES工單數(shù)據(jù)寫入MES系統(tǒng)。下面就以槽車收油、散油車發(fā)油、管道收油、管道發(fā)油、調(diào)油、倒罐業(yè)務流程為例進行說明，其余沖洗、充氮、回油等業(yè)務流程的處理過程類似。

4.1收槽車收油功能應用實現(xiàn)

業(yè)務部門根據(jù)采購訂單生成相應的到貨單到MES系統(tǒng)，MES系統(tǒng)將訂單相關信息（到貨單號、車牌號、物料信息、磅單號、進油罐號、卸油口、數(shù)量、合同號、泵號、日期等）發(fā)送給糧油罐區(qū)智能控制系統(tǒng)。罐區(qū)智能控制系統(tǒng)解析該訂單，并在相應的操作界面彈窗提示新的訂單，由中控室操作人員復核訂單信息后，一鍵啟動該訂單的執(zhí)行。在執(zhí)行過程中，智能控制系統(tǒng)實時將訂單狀態(tài)告知MES系統(tǒng)，同時在執(zhí)行完成后，智能控制系統(tǒng)將實際收油量、實際收油時間、進油罐號等信息反寫入MES工單。

槽車收油過程中，由于同一個MES工單中一個進油罐對應多個收槽車，所以在完成一個收槽車卸油后，控制系統(tǒng)需要具備暫停及繼續(xù)收油功能，智能控制系統(tǒng)具備工單執(zhí)行過程中的暫停、繼續(xù)以及結(jié)束功能。

4.2散油車發(fā)油功能應用實現(xiàn)

散油車的發(fā)油過程與收槽車收油過程基本相似，由計劃部門制定相應的工單至MES系統(tǒng)，MES下發(fā)相應的工單信息（發(fā)貨單號、車牌號、物料信息、鶴位號、出油罐號、數(shù)量、合同號、泵號、日期等）至智能控制系統(tǒng)。操作人員在智能控制系統(tǒng)一鍵復核訂單信息確認，確認無誤后一鍵啟動訂單執(zhí)行，工單執(zhí)行結(jié)束后返回相應的信息至MES系統(tǒng)。

4.3管道收油功能應用實現(xiàn)

管道收油與槽車收油過程是類似的，不同的是一個工單中包含多個進油罐號。MES系統(tǒng)下發(fā)的工單信息（到貨單號、船號、物料信息、罐號、數(shù)量、合同號、供油單位、泵號、日期等）至智能控制系統(tǒng)。操作人員在智能控制系統(tǒng)一鍵復核工單信息后，啟動訂單執(zhí)行，執(zhí)行完成后返回相應的信息到MES系統(tǒng)。

管道收油過程比槽車收油過程復雜，一個MES工單對應的可能存在多個油罐的情況，管道收油過程持續(xù)時間可能幾個小時、一天、甚至多天連續(xù)的情況都有。智能控制系統(tǒng)能夠在接收MES工單后，經(jīng)操作人員確認工單信息后，自動組織進多個油罐的路徑，根據(jù)進油順序自動完成路徑設備打開、進油、完成第一個油罐的進油、關閉第一個油罐進油閥、打開第二個油罐進油閥等等直至整個工單執(zhí)行完成。在工單執(zhí)行過程中，當現(xiàn)場設備層出現(xiàn)故障時，智能控制系統(tǒng)將暫停工單執(zhí)行，同時彈窗提醒工作人員進行現(xiàn)場核查。在現(xiàn)場維護人員處理故障后，通過點擊繼續(xù)進油，工單繼續(xù)執(zhí)行。

4.4管道發(fā)油功能應用實現(xiàn)

管道發(fā)油過程與管道收油過程是相反流程，因此管道發(fā)油與管道收油類似。

4.5調(diào)油功能應用實現(xiàn)

糧油行業(yè)的調(diào)油過程很復雜，MES系統(tǒng)下發(fā)工單信息（日期、工單號、調(diào)油罐、配方名稱、配方編號、計劃數(shù)量、成分1油罐、成分1數(shù)量、成分1油名...成分10油罐編號、成分10數(shù)量、成分10油名、各成分對應油泵編號、進油罐/包裝線）到智能控制系統(tǒng)。操作人員在智能控制系統(tǒng)上確認完工單信息后，通過一鍵啟動，即可實現(xiàn)各成分油輸入調(diào)和罐并進行調(diào)和工作。目前主流的調(diào)和罐一般都是兩個調(diào)和罐一組，一罐調(diào)和，另外一罐緩沖。智能控制系統(tǒng)能夠自動使一組兩個調(diào)和罐之間進行切換，同一組調(diào)和罐中的兩個油罐不停進行切換調(diào)油。當完成該工單后，智能控制系統(tǒng)將返回的實際數(shù)據(jù)反寫入MES工單。

4.6倒罐功能應用實現(xiàn)

糧油行業(yè)的倒罐相對以上各業(yè)務流程就簡單多了，MES系統(tǒng)下發(fā)的工單信息（日期、工單號、油品名、油品編號、數(shù)量、清罐（是或否）、出油罐名稱、出油罐編號、進油罐名稱、進油罐編號、油泵編號等）到智能控制系統(tǒng)。操作人員在智能控制系統(tǒng)上確認完工單信息后，通過一鍵啟動，即可實現(xiàn)各油罐之間的相互倒罐。當完成該工單后，智能控制系統(tǒng)將返回的實際數(shù)據(jù)反寫入MES工單。

4.7手動創(chuàng)建工單應用實現(xiàn)

當MES系統(tǒng)出現(xiàn)異常時，無法下發(fā)工單至智能控制系統(tǒng)時，則智能控制系統(tǒng)通過手動創(chuàng)建MES工單，執(zhí)行完工單信息后，再將手動創(chuàng)建的工單信息寫入MES系統(tǒng)。手動創(chuàng)建的工單格式與MES下發(fā)工單格式完全一樣。

4.8工單能耗統(tǒng)計應用實現(xiàn)

目前越來越多的企業(yè)都在關注能耗情況，因為能耗也是成本。以往訂單在執(zhí)行過程的設備生產(chǎn)能耗是無法統(tǒng)計到具體的訂單中的。智能控制系統(tǒng)具備將訂單執(zhí)行過程中采集到的設備能耗值跟隨工單信息寫入MES系統(tǒng)的功能。

4.9數(shù)據(jù)庫及報表功能的實現(xiàn)

數(shù)據(jù)存儲采用MYSQL數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)罐區(qū)長期歷史數(shù)據(jù)的存儲，開發(fā)專用的數(shù)據(jù)存儲程序，通過配置的方式實現(xiàn)循環(huán)或條件數(shù)據(jù)存儲。系統(tǒng)自帶報表查詢功能，通過對MYSQL數(shù)據(jù)庫的訪問，讀取并生成統(tǒng)計報表及記錄。

4.10節(jié)省人工投入成本

傳統(tǒng)的罐區(qū)如果采用手動操作，則需要配備多名操作人員進行逐個設備的啟停操作，同時對操作人員的操作技能要求較高。通過智能控制系統(tǒng)，只需要配備一名操作人員，不需要對各種業(yè)務流程的路徑的所有設備逐個進行操作。

4.11確保安全生產(chǎn)

傳統(tǒng)的手動操作設備，受操作人員個人對工藝的熟悉程度影響，如果操作不當容易出現(xiàn)生產(chǎn)事故。同時，過多的人工操作，也很容易產(chǎn)生生產(chǎn)事故。智能控制系統(tǒng)在訂單執(zhí)行前，操作人員通過點擊工單信息核對（主要是油品、罐號信息、設備狀態(tài)等）操作，與該訂單相關的信息，系統(tǒng)會自動核對，當MES下發(fā)的工單信息與現(xiàn)場實際信息不符或者設備故障時，則系統(tǒng)是無法啟動MES工單執(zhí)行的，從而保障了安全生產(chǎn)。

5關鍵技術

智能控制系統(tǒng)應用了以下關鍵技術：

5.1 MES訂單直接驅(qū)動食用油的生產(chǎn)，大大降低操作人員的操作難度。本系統(tǒng)打通與MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈路，通過MES訂單下發(fā)就可以實現(xiàn)食用油的生產(chǎn)。該方式降低了中控室操作人員的個人技能要求。中控室操作人員不在需要對整個生產(chǎn)工藝流程非常熟悉，只需操作人員點擊啟動停止即可;

5.2油罐罐容計算不在是幾千行上萬行代碼輸入，然后通過腳本執(zhí)行查詢的方式。在智能控制系統(tǒng)中直接通過控件的方式，通過EXCEL表格的方式存入電腦指定位置，即可自動讀取表格相應的參數(shù)值，進而計算出罐容值;

5.3以往油罐編號與油品名稱的修改，將造成整個程序中調(diào)用該編號以及油品名稱修改，部分的程序代碼也需要進行修改。現(xiàn)直接通過存放在電腦指定路徑下的EXCEL文件，一次性完成油罐編號、油品名修改。

6結(jié)束語

在傳統(tǒng)的糧油罐區(qū)生產(chǎn)中，收發(fā)油、倒罐、調(diào)油、充氮、沖洗流程的操作都需要中控室操作人員手動逐個操作路徑上的設備。該步驟對操作人員的個人技能要求較高。為了更智能化的控制設備及大數(shù)據(jù)等先進技術，使糧油罐區(qū)生產(chǎn)高度數(shù)字化、自動化、信息化，智能控制系統(tǒng)應運而生，在糧油罐區(qū)生產(chǎn)過程中，通過與MES系統(tǒng)對接，將傳統(tǒng)的手動操作方式轉(zhuǎn)為MES訂單型驅(qū)動。降低了人力投入成本，提高了罐區(qū)生產(chǎn)安全性。

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